2017年-2021年開州區城區環境空氣質量時空分布特征及影響因素研究

摘要：研究分析了開州區城區2017年-2021年環境空氣質量及6項污染物指標變化情況，并總結歸納了其大氣污染特征。結果表明：開州區城區環境空氣質量整體明顯改善，各指標的年均值均滿足二級以上標準；冬季受逆溫天氣影響，城市空氣質量指數（AQI）顯著升高，7月、8月份臭氧成為影響空氣質量的主要因素；通過分別建立相關污染物與降雨量的相關分析發現，降雨量對可吸入顆粒物和細顆粒物清除作用明顯，而對臭氧無明顯清除作用；受生產生活影響，環境空氣指標呈現特征變化趨勢。

關鍵詞：開州區；空氣質量；時空分布；影響因素

中圖分類號：X511 文獻標志碼：A

前言

隨著社會經濟的發展，居民環保意識的提升，使人們充分認識到環境保護的重要性與迫切性，環境空氣質量的持續改善仍面臨著諸多困難和挑戰。國內眾多學者也對環境空氣質量的時空特征及影響因素進行了研究，并取得了一些成果。例如：劉利等研究指出，AQI與廣東省人均地區生產總值（GDP）、第三產業占GDP的比重呈負相關關系，與GDP中第二產業產值的占比、人均可支配收入，研究與試驗發展經費支出呈正相關關系。周夢鴿等的研究表明，PM2.5與人口密度、第二產業的GDP占比和城鎮化率分別呈現出極顯著的正相關關系和負相關關系。廖代強等研究了氣象條件影響空氣質量的機制及協同作用，明確顯著影響空氣質量的氣象要素。現有文獻中，有關重慶市主城區大氣污染特征的研究相對較多，但研究重慶市其它區縣的較少。為弄清開州區城區環境空氣質量變化規律，文章以開州區2017年一2021年國家環境空氣自動監測網重慶安康站的監測數據為基礎，分析可吸人顆粒物、二氧化硫、二氧化氮、細顆粒物、一氧化碳、臭氧等環境空氣指標的變化，研討開州區在發展過程中環境空氣質量的變化趨勢及其影響因素，以期為開州區后期的空氣污染防治提供科學依據。

1材料與方法

1.1研究區概況

開州區位于重慶市東北部，四川盆地東部溫和高溫區內，屬亞熱帶暖濕季風氣候，四季分明，雨量充沛，無霜期長，日照多。隨海拔高度的不同，地域性氣候差異明顯，年主導風向為東風，次多風向背西風，城區靜風頻率22%。霧最多出現在冬季，目前未開展霾的統計。2017年- 2021年開州區年降水量，分別為1 493.6毫米、1 043.4毫米、917.7毫米、1 233.6毫米和1 589.8毫米。

1.2評價標準

按照《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）》（HJ 633-2012）要求，所測指標有6項，即二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物、細顆粒物、臭氧、一氧化碳。O3的評價濃度為評價時段內日最大8小時滑動平均值的第90百分位數，CO的評價濃度為評價時段內日均濃度的第95百分位數，其他項目的評價濃度為評價時段日均濃度的平均值。

2結果與分析

2017年-2021年期間，城區環境空氣質量優良天數變化如圖1所示。在此期間城區環境空氣質量呈大幅改善的趨勢，2021年與2017年相比環境空氣質量優良天數多42天，重度污染天氣只在2017年出現過1天（首要污染因子為臭氧），其余年份均無重污染天氣。

2.1城區環境空氣質量年變化情況

2017年-2021年，城區環境空氣質量各指標年變化情況如圖2所示。由圖2可見：可吸入顆粒物年均值均滿足二級標準，總體呈下降趨勢，年均值由2017年66微克每立方米下降至2021年48微克每立方米，下降27.3%；二氧化硫年均值均滿足一級標準，總體呈下降趨勢，年均值由2017年13微克每立方米下降至2021年12微克每立方米，下降7.7%；二氧化氮年均值均滿足一級標準，呈逐年下降趨勢，年均值由2017年32微克每立方米下降至2021年23微克每立方米，下降28.1%；細顆粒物年均值均滿足二級標準，呈逐年下降趨勢，年均值由2017年38微克每立方米下降至2021年26微克每立方米，下降31.6%；臭氧年均值均滿足二級標準，呈逐年下降趨勢，年均值由2017年137微克每立方米下降至2021年100微克每立方米，下降27.0%；一氧化碳年均值均滿足一級標準，呈逐年下降趨勢，年均值由2017年1.4毫克每立方米下降至2021年0.9毫克每立方米，下降35.7%。

2.2城區環境空氣質量月變化情況

2017年-2021年期間，城區環境空氣質量指數月變化情況如圖3所示。2017年1月和12月月均值超過環境空氣質量二級標準，其余年份中各月均能達到環境空氣二級標準，導致2017年1月和12月月均值超標主要影響因子為細顆粒物和可吸人顆粒物。

2017年-2021年期間，城區環境空氣質量指數月變化基本呈現出兩端高中間低，在7月-8月會出現小幅上升趨勢，導致這一現象出現的主要原因：一是每年1月、2月和12月這三個月容易出現逆溫天氣，不利于空氣擴散；二是每年7月和8月開州區氣溫高紫外線強，容易出現臭氧超標情況。

研究表明，降雨對清除大氣中的污染物意義重大，但當降雨量較小時，空氣污染反而越嚴重。為了分析降雨量對污染物濃度的影響，將2017年-2021年期間開州區城區各月降雨量與各污染物濃度作分析，如圖4所示：（1）可吸入顆粒物呈現出兩端高中間低，7月達到最低值，降雨量呈兩端低中間高，表明降雨對可吸人顆粒物有較強的降低作用，但在弱降水天氣由于受到其他氣象要素的影響可能對可吸人顆粒物的清除作用不明顯；（2）二氧化硫總體呈現出兩端高中間低，降雨量呈兩端低中間高，表明降雨對二氧化硫有較強的降低作用，但在弱降水天氣由于受到其他氣象要素的影響可能對二氧化硫的清除作用不明顯；（3）二氧化氮呈現出兩端高中間低，7月達到最低值，降雨量呈兩端低中間高，表明降雨對二氧化氮有較強的降低作用，但在弱降水天氣由于受到其他氣象要素的影響可能對二氧化氮的清除作用不明顯；（4）細顆粒物總體呈現出兩端高中間低，降雨量呈兩端低中間高，表明降雨對細顆粒物有較強的降低作用，但在弱降水天氣由于受到其他氣象要素的影響可能對細顆粒物的清除作用不明顯；（5）臭氧呈現出兩端低中間高，高值一般出現在5到8月，降雨量呈兩端低中間高，表明臭氧濃度對降雨量變化不是很敏感；（6）一氧化碳總體呈現出兩端高中間低，降雨量呈兩端低中間高，表明降雨對一氧化碳有一定的降低作用，但在弱降水天氣由于受到其他氣象要素的影響可能對一氧化碳的清除作用不明顯。

為進一步分析降雨量對環境空氣質量各指標的影響，將2017年-2021年城區環境空氣質量各指標的月均濃度與月均降雨量做相關分析，結果如表1所示。除臭氧與降雨量呈正相關外，其余各指標均與降雨量呈負相關，可吸人顆粒物和細顆粒物與降雨量相關系數最大，且相關關系的顯著性較好（Plt;0.05），說明降雨量對可吸入顆粒物和細顆粒物清除作用最為明顯，而對臭氧無明顯清除作用。在弱降水天氣可能由于受到其他氣象要素的影響，降水對吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮、細顆粒物、一氧化碳的清除作用不明顯。

2.3環境空氣質量日變化情況

2017年-2021年期間，以城區連續監測24小時數據為依據，得到污染物日變化趨勢如圖5所示。由圖可見：可吸入顆粒物、二氧化氮、細顆粒物和一氧化碳的小時濃度峰值出現于夜間20點-22點，次高峰出現在上午9點-10點，午后污染物濃度值逐漸下降至谷底。主要是夜間出現了短時的逆溫天氣不利于污染物擴散，隨著污染源的減少在夜間20點-22點達到峰值后逐步下降，但在第二天隨著道路的垃圾清潔、上班人群的出行、交通的堵塞都使得大氣污染物急速增加，在上午9點-10點達到次高峰；二氧化硫在上午11點左右達到高峰隨后逐步下降，總體濃度變化不大；臭氧在下午16點達到峰值隨后逐步下降，在上午9點左右達到最低值，主要由氣象條件變化而導致臭氧濃度的變化趨勢。

3結論

文章主要研究了2017年-2021年開州區城區環境空氣質量變化情況，分析了6種污染物的時空分布特征。開州區城區環境空氣質量整體明顯改善，但城區大氣污染仍存在兩個階段：一是冬季逆溫天氣不利于空氣擴散，導致城區AQI顯著上升；二是夏季氣溫高紫外線強，容易出現臭氧超標情況。開州區降雨量對可吸人顆粒物和細顆粒物清除作用最為明顯，而對臭氧無明顯清除作用。在弱降水天氣可能由于受到其他氣象要素的影響，對空氣中污染物的清除作用不明顯。開州區臭氧在下午16點左右達到峰值隨后逐步下降，二氧化硫在上午11點左右達到高峰隨后逐步下降，其它污染物峰值出現于夜間20點-22點。通過研究可以為開州區城區大氣污染防治提供可靠的依據。