達州市空氣質量狀況及污染防治探索
——以2023 年1 月一次污染過程為例

杜欣欣 劉 兵* 鄧小函 唐 敏

（1 四川省達州生態環境監測中心站 四川達州 635000 2 力合科技（湖南）股份有限公司湖南長沙 410000）

引言

隨著城鎮化的推進和經濟社會的快速發展，環境污染問題逐漸凸顯，以冬季細顆粒物（PM2.5）為首的復合型大氣環境污染問題越發頻繁。達州市地處四川盆地川東北地區，是川東北城市群的核心城市，也是人口和農業大市、工業重鎮（鋼鐵、火電等）[1]。主城區位于鐵山和雷音鋪山之間，地形整體呈“三山夾兩溝”，產生的污染物易在達州市主城區累積，易造成本地污染。由于城市發展，達州市大氣污染較為嚴重，空氣質量排名在四川省長年靠后，大氣污染防治壓力大。經過各方逐步治理和改善，2022 年達州市主城區達標率為94%，優良天數343d，PM2.5濃度30μg/m3，并首次實現顆粒物濃度的全面達標。而2023年年初，達州市卻經歷了近3 年污染持續時間最長、污染程度最嚴重的天氣過程，空氣質量全面反彈。本研究分析2023 年1 月達州市空氣質量情況，結合PM2.5組分監測數據、氣象數據和后向軌跡模型，對達州市空氣質量現狀、污染過程、污染成因進行分析，并積極探索符合達州本地的污染防治治理措施。

1 數據來源及分析方法

1.1 數據來源

達州市主城區常規六參數（SO2、NO2、O3、CO、PM10和PM2.5）數據來源于4 個國控空氣質量評價自動監測站（國控站點），站點周邊分布有工業源、移動源、居民源等，可有效代表達州市主城區空氣質量。PM2.5組分數據來自達州市生態環境局樓頂的組分監測站，可實時在線監測顆粒物中水溶性離子、無機元素以及碳組分。常規六參數觀測時間為2023 年1 月1 日至31 日，PM2.5組分監測有效時間為2023 年1 月1 日至22日，所有數據均采用小時值。

1.2 數據分析方法

本研究使用Matlab 軟件對數據進行可視化處理，采用由美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的空氣資源實驗室與澳大利亞氣象局聯合研發的一種用于計算和分析大氣污染物輸送、擴散軌跡的專業模型——HYSPLIT 4 模型[2]，對達州市1月污染過程進行后向軌跡分析，用于判定達州市污染物輸送情況。

2 結果分析

2.1 空氣質量狀況

2023 年1 月，達州市主城區空氣質量全面反彈，綜合指數同比上升39.2%，優良率同比下降25.8%，重污染天數同比增加3d（2022 年全年無重污染天氣），SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10濃度上升幅度范圍為19.4%～51.9%。其中，顆粒物濃度上升幅度最大，PM10、PM2.5分別上升51.9%、46.7%，空氣質量惡化嚴重。

2.2 兩輪污染過程與特征分析

2.2.1 第一輪污染過程分析

2.2.1.1 污染物濃度特征

SO2是工業源、燃煤源的特征性指標。本研究將SO2站點濃度短時上升且單站峰值濃度超過20μg/m3或單站點變化趨勢異于其他站點判定為異常時段。污染期間主城區國控站點SO2異常時段共計出現9 次。SO2異常時段，PM2.5濃度同步上升。以2023 年1 月8 日為例，市政中心國控站點SO2濃度從10∶00 的5μg/m3飆升至15∶00 的54μg/m3，同時段硫酸根離子濃度上升了3.8μg/m3，漲幅達到38.4%。

此外，在本輪污染前期（4～11 日），結合主城區PM2.5、NO2逐小時數據分析，NOx存在明顯晚高峰效應，顆粒物濃度峰值較氣態污染物有一定滯后，說明顆粒物受移動源排放NOx的二次轉化影響。NOx及顆粒物濃度均呈現逐日增長趨勢，說明受本地移動源影響明顯。

2.2.1.2 PM2.5組分特征

從顆粒物組分時序變化趨勢分析，在首輪污染期間組分整體呈上升趨勢。其中，二次無機離子（硝 酸根離子、銨根離子、硫酸根離子）和有機碳占比之和超過80%。12～13 日重污染過程，組分占比均大幅增加。整個污染期間，硫氧化率（SOR）和氮氧化率（NOR）值均大于0.1，說明二次轉化較強。研究表明，鉀離子是生物質燃燒特征性指標[3]。首輪污染期間鉀離子和PM2.5濃度變化趨勢保持高度一致，表明污染期間主城區受生物質燃燒明顯。鋇元素、鋁元素是煙花爆竹中的顯色劑[4]，可作為煙花爆竹燃放的特征性指標。8 ～13 日鋇元素達到峰值的時間范圍為19∶00 ～21∶00，其中12 ～13 日（重度污染期間）鋁元素濃度一直維持高值狀態，比9 ～11 日（中度污染期間）高出58.1%。同時，鋇元素、鋁元素的濃度均達到整個污染期間高值，表明煙花爆竹的燃放加重了達州市主城區的污染程度。1 月8 日20∶00、10 日2∶00、11 日11∶00、12 日5∶00這4 個時刻，氯離子短時上漲顯著，其濃度出現2～6.5 倍漲幅。1 月13 日4∶00 ～12∶00 鎂離子漲幅0.73 倍。總的來說，本次污染期間，特別是重污染期間煙花爆竹和生物質燃燒產生了一定影響，疊加不利的氣象擴散條件，使得達州市出現污染累積，造成嚴重的空氣質量污染。

2.2.2 第二輪污染過程分析

2.2.2.1 污染物濃度特征

21 日（除夕）夜間至22 日（初一）凌晨，主城區PM2.5濃度平緩上升，無短時快速增長時段出現。而達州市所轄縣級城市宣漢縣在22 日00∶00 ～2∶00 的PM10、PM2.5出現短時快速增長過程，其中PM2.5由148μg/m3增長至290μg/m3，平均每小時增長71μg/m3。對比分析可知主城區在除夕至初一未受到嚴重的污染影響。

2.2.2.2 PM2.5組分特征

本輪污染期間有機碳、地殼元素、硫酸鹽三者之和在PM2.5的占比為60%～65%，有機碳占比最大（34.5%），其次為地殼元素（15.8%）和硫酸根離子（15.7%）。OC 與EC 相關性顯著，表明EC 和OC 具有同源性，且OC 在PM2.5中占主導地位。鋁和鉀為煙花爆竹的示蹤元素，硅元素主要來于風沙揚塵[5]。19～20 日銨根離子和元素碳組分呈現爆發性增長，分別增長2.8 倍和1倍；硝酸根離子、地殼元素和硫酸根離子也都出現0.7～0.8 倍漲幅。21～22 日相較于前日顆粒物各組分中氯離子、地殼元素、元素碳分別增長3.49倍、2.35 倍和1.78 倍，對無機元素占比分析發現，鋁、鉀和硅3 種元素占比之和超過90%。此期間前體物NOx、SO2的轉化速率（NOR、SOR）分別為0.17、0.36，污染期間轉化速率較清潔期間上升10%，表明二次轉化增強。

3 污染成因分析

3.1 氣象擴散條件不利加重污染

2023 年1 月，歐亞中高緯地區以緯向環流為主，冷空氣強度接近常年，月內波動明顯。其中，1 月中旬中期及下旬中后期中高緯環流經向度加大，特別是中旬中期冷空氣活動加強，出現階段性低溫雨雪天氣，下旬中后期受強盛西北氣流控制，晴好天氣為主，濕度明顯下降。其余時段中高緯環流以緯向型環流為主，冷空氣弱，污染擴散條件較差，大氣自凈能力較差。

本月降水量僅為7.4mm，較常年同期偏少53%；平均風速為1.1m/s，較常年同期持平；平均相對濕度為78.8%，較常年同期偏低1.3%；平均氣溫6.5℃，較常年同期偏高0.1℃。雖然1 月風速、相對濕度及氣溫3 個氣象要素與常年同期相比差異不大，但通過分析3 個要素1 月逐日值與常年同期對比可知，逐日風速，1 月大部時段均小于常年同期；逐日相對濕度，中上旬及下旬前期均較大，普遍超過80%且大部時段高于常年同期；逐日氣溫，13 日前明顯高于常年同期；逐日降水量，除14～16 日外，月內其余時段基本無明顯降水。同時，1 月晴天較多，夜間輻射降溫明顯，邊界層逆溫現象突出，使得大氣自凈力整體較差。綜上分析可知，達州1 月冷空氣活動次數少、大部時段相對濕度較大、雨日少、降水明顯偏少、逆溫現象突出，總體不利于污染物擴散。

3.2 本地多種源疊加進一步加重污染

2023 年1 月，工業企業快速復工復產，工業源和燃煤源特征性指標CO、NO2、SO2顯示，CO漲幅在20.0%～41.7%，NO2漲幅在2.6%～23.7%，SO2漲幅在16.4%～33.3%，且存在多個濃度異常飆升時段。1 月NO2同比上升35.1%。以1 月7日17∶00 至21∶00 晚高峰為例，PM2.5在PM10中占比平均值為62.9%，較11∶00～16∶00 比值低16.1%，可見氣態前體物的二次轉化增強。主城區餐飲店多且密，部分餐飲店油煙凈化裝置未全覆蓋或運行不正常，其排放對主城區PM2.5的影響不容忽視。據達州市公安局統計資料顯示，1月達州市流入人口約100 萬，使得機動車激增，汽車尾氣排放和道路揚塵均增強。受春節煙熏臘肉的影響，主城區設置集中熏制點，但城郊仍有散熏，且組分顯示鉀離子和PM2.5濃度變化趨勢保持高度一致，說明城區受生物質燃燒影響。

3.3 污染物區域輸送加重污染

利用HYSPLIT 4 模型對達州市2023 年1 月PM2.5污染期間不同時間進行24h 后向軌跡模擬。1～5 日不同高度（100m、500m 和1000m）的氣流軌跡均由東北方向輸入。7 日100m 高度氣流主要在本地小范圍運動。9 日100m 和500m 高度氣流主要來自西南方向，而11 日來自東南方向，共同點是軌跡較短，氣團運動較慢，污染易積累。12 日氣流軌跡主要來自東南方向，軌跡較長，移動速度較快，有利于東南方向氣團向達州市傳輸。13 日100m 高度風速較小，污染難以擴散，造成持續污染。綜上1 月前期PM2.5污染過程，先受到偏北方向的氣流傳輸滲透，后期受到偏南方向氣流控制，在區域傳輸的作用下，來自北部和東南方向的氣團傳輸對達州上半月出現的重污染過程起到重要助推作用。

4 污染防治探索

為應對2023 年1 月達州市主城區重污染天氣，達州市環境管理部門早預報、早減排，為主城區搶回3 個優良天，為主城區污染防治提供了可行經驗。

4.1 提前研判污染形勢減緩累積速率

采取多部門聯合會商以及環保、氣象等部門信息共享的措施，為達州主城區每日空氣質量提供精準預測，為決策單位提供依據。提前研判污染形勢，便于決策部門提前科學部署，適時啟動重污染天氣預警，各行業嚴格控制減排，減緩污染累積速率。

4.2 實施多源精細化管理

對工業源、移動源、揚塵源、面源等進行多源精細化管理，鼓勵使用新能源汽車，開展清潔油品行動、改善路網結構等減少移動源污染；強化揚塵污染治理，加大道路清掃力度，嚴控道路揚塵；推進人防和科技相結合，加強秸稈綜合利用和禁燒管理；推動產業結構和布局優化調整，推動企業實行錯峰生產；加強煙花爆竹管控力度，嚴控禁燃區煙花爆竹燃放；強化大氣污染聯防聯控，降低區域污染物輸送影響等精細化管理措施，為主城區污染治理提供有效措施。

結語

2023 年1 月，達州市空氣質量全面反彈，優良天數同比減少8d，重污染同比增加3d；常規六項污染物濃度均同比上升，上升幅度范圍19.4%～51.9%，其中顆粒物濃度上升幅度最大，PM10、PM2.5分別上升51.9%、46.7%，空氣質量惡化嚴重。1 月先后經歷2 輪重污染過程，首輪污染期間市內氣象整體呈現長時間靜穩特征，疊加本地污染排放量大，第二輪污染期間大氣環境整體呈現不利氣象條件，局部受到春節煙花爆竹燃放影響。總體來說，受不利氣象、本地污染累積和外源性輸入影響，前體物在高濕條件下的二次生成和顆粒物吸濕增長顯著，共同造成了近3年污染持續時間最長、污染程度最重的空氣污染過程。而此次達州市主城區重污染天氣，達州市環境管理部門早預報、早減排，為主城區搶回3 個優良天。各部門聯合會商、信息共享，提前研判污染形勢，為達州主城區每日空氣質量提供精準預測，提前科學部署；及時啟動重污染天氣預警，對工業源、移動源、揚塵源、面源等進行多源精細化管理，各行業嚴格控制減排，減緩污染累積速率，為主城區污染防治提供了可行經驗。