環境空氣質量及污染物變化趨勢分析
——以許昌市為例

劉夢杰

(河南省許昌生態環境監測中心，河南 許昌 461000)

環境空氣污染是當前我國面臨的較為嚴重的環境問題之一.空氣污染直接影響到生態環境、經濟發展和人類健康，已成為各界關注的焦點.目前多是對城市大氣污染現狀、成因、對策及治理方法進行研究[1-4].但是關于許昌市的空氣污染問題研究較少.因此對2016～2020年許昌市的大氣污染特征及其污染物的變化趨勢進行研究，能夠為許昌市逐步消除重污染天氣、改善空氣質量提供指導建議，同時也為環境管理部門控制大氣污染提供科學依據.

1 數據與方法

1.1 數據來源

以2016～2020年許昌市國控環境空氣自動監測的國家空氣質量聯網監測管理平臺數據為基礎，選取可吸入顆粒物(PM10)、細顆粒物(PM2.5)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)6項指標的日均值作為基礎數據.

1.2 綜合質量指數和污染負荷系數

環境空氣質量綜合評價采用綜合質量指數法[5].空氣綜合質量指數是表示空氣受污染程度的綜合指標，是各項空氣污染物的單項因子指數的和，用來研究空氣各項污染物的年際變化特征.綜合質量指數的計算公式為

(1)

(2)

式中，I為綜合質量指數；Ii為i種污染物的污染分指數；Ci為i種污染物的年均濃度值，單位為μg/m3；Si為i種污染物的年均值評價標準，單位為μg/m3；n為評價污染物的個數.

污染負荷系數則是反映空氣污染物對環境空氣整體污染水平污染貢獻率的大小狀況，確定研究區域內環境空氣中的首要和次要污染物.污染負荷系數的計算公式為

(3)

式中，fi為i種污染物的污染負荷系數，I為綜合質量指數，Ii為i種污染物的污染分指數.

1.3 秩相關系數分析法

環境空氣質量年際間的變化趨勢分析采用Spearman秩相關系數法[5]，對環境污染變化趨勢及統計學上的顯著性特征進行定量分析，計算公式為

(4)

式中，rs為Spearman秩相關系數，Xi為周期I到N按濃度值從小至大排列的序號，Yi為按時間排列的序號，N為時間周期.將秩相關系數rs的絕對值與Spearman相關系數表中的臨界值Wp進行比較.如果rs>Wp，表明變化趨勢有顯著意義；如果rs是負值，則表明為下降趨勢.

2 空氣質量狀況分析

2.1 空氣質量年變化趨勢

2016～2020年許昌市各類污染物年均濃度的監測結果見表1.可以看出，SO2和CO濃度五年均未超國家環境空氣質量二級標準[6]，PM10和PM2.5五年均超標準.NO2濃度2018～2020年未超標準，O3濃度2016年和2020年未超標準.2016～2020年間綜合質量指數I呈逐年下降趨勢.采用Spearman秩相關系數來衡量各項污染物濃度年際變化趨勢在統計上有無顯著性.結果表明：在2016～2020年間，PM10、PM2.5年平均濃度呈現下降趨勢，年均濃度與時間的秩相關系數等于-0.9，下降趨勢顯著；SO2、NO2、CO年均濃度呈現下降趨勢，年均濃度與時間的秩相關系數等于-1.0，下降趨勢顯著；O3年均濃度與時間的秩相關系數小于0.9，下降趨勢不明顯.2016～2020年的評價指標說明許昌市的空氣質量不斷得到改善.

表1 2016—2020年許昌市環境空氣質量監測結果

2.2 污染物貢獻比例

從圖1中可以看出，排在前三名的為PM2.5、PM10、O3，且PM10和PM2.5兩項污染因子每年的污染負荷系數之和均超過50%，是主要污染因子；PM2.5和O3的污染負荷系數逐年升高，PM10污染負荷系數基本不變，主要因為許昌市環境空氣質量受二次污染影響加大，以PM2.5與O3污染為核心的大氣復合型污染日益突出.

圖1 許昌市2016～2020年主要污染物污染負荷系數變化趨勢

從表2中可以看出，2016～2020年間，許昌市以PM10為首要污染物的天數從90天降到48天，以O3為首要污染物的天數從103天增至150天，以NO2為首要污染物的天數也有所降低.從年份上看，2016年PM10和NO2為首要污染物的天數最多，分別為90天和17天；2020年則是PM2.5最多，為136天；2019年O3最多，為150天.表明近幾年PM10得到了有效控制，PM2.5和O3對許昌市大氣的污染具有加重趨勢.

表2 2016～2020年許昌市首要污染物頻次統計表 單位：天

2.3 空氣質量達標情況

從圖2可以看出，2016～2020年環境空氣質量達標率為51.5%～69.9%，其中最低值出現在2019年，最高值出現在2020年.2016～2020年間達標率平均值為58.4%.2020年環境空氣質量達標率明顯升高，為69.9%.說明《許昌市污染防治攻堅戰三年行動計劃(2018～2020年)》取得了顯著成效.

圖2 許昌市2016～2020年空氣質量達標情況

2.4 污染物濃度時間變化特征

許昌市2016～2020年空氣質量的月變化趨勢基本相同，以2020年大氣污染監測數據為例分析污染物的時間變化特征.圖3為許昌市2020年空氣質量等級分布圖.空氣質量等級存在明顯的時間變化特征，中度污染及以上的污染天氣主要分布在1～2月和11～12月.從總體上看，許昌市空氣環境質量等級呈現出冬季>秋季>春季>夏季.主要因為冬季采暖，污染物排放量增加；加之冬季多逆溫天氣，不利于污染物擴散，污染物在近地面空間停留時間較長，導致污染加重[7]；四季降水不均，冬季降水明顯少于夏季，也是冬季污染偏重的主要因素[8].

圖3 2020年許昌市環境空氣質量分布圖

圖4為污染因子的月均濃度變化趨勢.監測因子中，PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO濃度的變化趨勢基本一致，月均濃度值均呈U型變化，1～2月、11～12月濃度較高，5～8月濃度較低.O3濃度的變化趨勢為倒U型，5～9月濃度較高，1～2月、11～12月濃度較低.

圖4 2020年主要污染物月際變化圖

3 結語

2016～2020年評價時段內的空氣污染物變化呈現整體下降趨勢，空氣質量不斷改善；PM10和PM2.5兩項污染因子的污染負荷系數之和均超過50%，是許昌市環境空氣質量的主要污染因子.2016～2020年環境空氣質量達標率為51.5%～69.9%，2020年環境空氣質量達標率有明顯提高，為69.9%.許昌市環境空氣質量等級有明顯的時間變化特征，中度污染及以上的污染天氣主要分布在1～2月和11～12月.

為有效應對許昌市當前的環境空氣質量問題，應積極做好以下幾個方面：

(1)以習近平生態文明思想為指導，堅持科學治污、依法治污、精準治污和聯合治污.

(2)抓好“六控”，控煤、控排、控車、控油、控塵、控燒.

(3)打好10個標志性戰役，煤炭消費減量、產業布局優化、運輸結構調整、柴油貨車治理、城鄉揚塵整治、工業綠色升級、清潔取暖建設、生態擴容提速、監測能力提升、重污染天氣管控.

(4)摸清全市各類大氣污染源排放底數，建立精細化管理指揮調度機制，形成橫向到邊、縱向到底的精細化治理網絡.

(5)在臭氧的污染防治方面加大管控力度，開展PM2.5和臭氧協同控制.

(6)努力做好預報預警、研判調度、巡查走訪等工作，為許昌市大氣環境治理“把脈問診”，持續改善許昌市環境空氣質量.