四川盆地近年空氣質量時空演變及分布特征

高藝珂，羅靜蘭，王驍盛，侯 濤，余浩如，唐東民

（1.四川省眉山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 眉山 620010；2.眉山市氣象局，四川 眉山 620010）

0 引言

隨著經濟增長和時代發(fā)展，大氣環(huán)境污染問題日益突出。據統計，中國每年因城市大氣污染而造成的呼吸系統門診病例達35萬例[1]，大氣環(huán)境污染已成為影響人類生活質量的主要因素之一。由于四川盆地的獨特地形，盆地內大氣層結構穩(wěn)定，“避風港”效應明顯，秋冬季多逆溫，氣流不易交換，從而形成了四川盆地獨特的大氣污染特征[2-3]。四川盆地也是繼京津冀、長三角、珠三角地區(qū)之后的全國第四大霧霾高發(fā)區(qū)域[4]。近年來，四川盆地城市通過實施協同減排、調整能源結構、優(yōu)化產業(yè)布局和區(qū)域聯防聯控等措施，環(huán)境空氣質量得到明顯改善，但仍存在改善成效不穩(wěn)固、污染時空分布不均、復合型污染凸顯等問題[5]。目前針對四川盆地大氣污染傳輸過程、特征及影響因素（如氣象條件、地理位置）的研究相對較多[6-9]，而長時間跨度分析盆地空氣質量變化趨勢以及根據城市地理位置將四川盆地進行不同分區(qū)來開展空氣質量空間變化及其區(qū)域貢獻方面的研究相對較少。本文基于2016—2021年的空氣質量自動監(jiān)測數據，研究四川盆地內17市空氣質量及主要污染物濃度的時空演化過程，并根據地域狀況，將四川盆地17市劃分為3個不同的區(qū)域，以探討盆地及不同區(qū)域間空氣質量演變及分布特征，旨在為下一步大氣污染防治工作提供科學參考。

1 資料與來源

1.1 研究區(qū)域及數據來源

為了便于研究污染物空間分布特征，將四川盆地內17市按照地理位置分為3個區(qū)域，即成都平原地區(qū)（成都、德陽、綿陽、眉山、雅安、樂山、資陽、遂寧）、川南地區(qū)（宜賓、瀘州、自貢、內江）、川東北地區(qū)（廣安、廣元、巴中、南充、達州）。盆地內17市環(huán)境空氣質量數據來源于全國城市空氣質量實時發(fā)布平臺，按照《GB 3095—2012環(huán)境空氣質量標準》對空氣質量監(jiān)測數據有效性的規(guī)定，對獲得的空氣質量監(jiān)測數據去除無效數據，并剔除離群值。

1.2 處理方法及評價標準

評價標準依據《GB 3095—2012環(huán)境空氣質量標準》《HJ 663—2013環(huán)境空氣質量評價技術規(guī)范（試行）》《HJ633—2012環(huán)境空氣質量指數（AQI）技術規(guī)定（試行）》，SO2、PM2.5、PM10、NO2、CO日均值為當日小時濃度的算術平均值，O3日均值為O3當日最大8 h滑動均值；SO2、PM2.5、PM10、NO2月濃度和年濃度為全年日均值的算術平均值，CO月濃度和年濃度為日均值95百分位數，O3月濃度和年濃度為日均值90百分位數。污染物濃度及空氣質量改善情況通過Spearman秩系數判斷，四川盆地污染物濃度為17個城市污染物濃度的算術平均值，3個地區(qū)污染物濃度為地區(qū)城市污染物濃度的算術平均值；空氣質量綜合指數計算方法見《HJ 663—2013環(huán)境空氣質量評價技術規(guī)范（試行）》。

2 結果與分析

2.1 污染物濃度時間變化

2016—2021年四川盆地污染物濃度變化情況見圖1。從圖1可知，盆地內及三大區(qū)域除O3和NO2外，PM10、PM2.5、CO、SO2濃度變化趨勢較為一致，均表現為前期下降較快、后期保持相對穩(wěn)定。O3在經歷2016—2020年連續(xù)上升后于2021年首次出現下降；NO2濃度則在2016—2019年變化相對平穩(wěn)、2020—2021有小幅下降。利用Spearman秩相關系數法對污染物濃度變化進行趨勢檢驗（數據未列出），結果顯示四川盆地SO2、CO、PM10和PM2.5濃度呈顯著下降（P≤0.05）、NO2濃度呈下降趨勢、O3濃度呈上升趨勢；盆地其他區(qū)域也有類似變化趨勢。這表明四川盆地大氣污染治理已從濃度快速下降初級階段進入了相持階段，大氣污染治理開始步入“深水區(qū)”，其投入產出的“性價比”逐步下降，在實現空氣質量持續(xù)改善上面臨著巨大壓力[10-11]。

圖1 污染物濃度年際變化

隨著污染物濃度持續(xù)下降，盆地內各城市空氣質量優(yōu)良率逐步上升，優(yōu)良率變化情況見圖2。從圖2可知，盆地及三大區(qū)域空氣質量優(yōu)良率均明顯上升，2016—2021年各區(qū)域平均優(yōu)良率變化情況為：成都平原區(qū)域從79.7%上升至87.1%、川南區(qū)域從72.8%上升至81.8%、川東北從86.6%上升至92.1%；優(yōu)良率＞92%的城市數量由2016年的1個增加至2021年的4個，而優(yōu)良率＜80%的城市數量則從2016年的8個降至2021年的1個。

圖2 2016—2021年盆地空氣質量優(yōu)良率變化

2.2 污染物濃度空間分布

以2021年為例，分析了盆地內17市的污染物濃度空間分布，結果見圖3。從圖3可知，不同類型污染物在空間分布上存在較明顯的差異性：PM2.5和PM10高值區(qū)在成都平原區(qū)主要集中在成都市和德陽市，在川南片區(qū)主要集中在自貢市，在川東北區(qū)域主要集中在達州市；O3高值區(qū)主要集中以成都市為中心的成都平原區(qū)；NO2高值區(qū)主要集中在成都平原區(qū)的成都市和川東北片區(qū)的達州市；SO2高值區(qū)主要集中川南片區(qū)的瀘州市、成都平原區(qū)的眉山市及川東北片區(qū)的達州市；CO高值區(qū)則主要集中在川東北片區(qū)的達州市。

圖3 2021年盆地17市污染物濃度空間分布狀況

從四川盆地整體上看，污染物濃度在空間分布上呈西高東低、南高北低的特征，共有3個污染高值區(qū)，分別是以成都及周邊眉山、德陽三市構成的西部高值區(qū)，以瀘州、自貢和宜賓三市構成的南部高值區(qū)和以達州為主的川東北高值區(qū)。其中川東北片區(qū)污染物濃度差異性較其他兩個區(qū)域存在明顯不同，表現為“一高多低”的局部特征[12]，即達州市高值濃度相對較突出，可能與其作為典型的資源型城市，又是中國西部天然氣能源化工基地，以及本地鋼鐵行業(yè)污染排放量大有關。總的來看，不同污染物高值分布在空間上表現為一定的正相關性，可能與當地的城市機動車保有量、工業(yè)企業(yè)分布構成及數量、污染治理力度等經濟社會活動強度有關[13]，也可能與不同城市間氣象因素差異性有關[14]。

2.3 首要污染物時空變化

四川盆地首要污染物年際變化及在各區(qū)域的分布情況見圖4、表1。由圖4可知，2016—2021年，四川盆地以PM2.5和PM10作為首要污染物的天數逐年下降，而O3則呈波動上升。與2016年相比，2021年以PM2.5為首要污染物的天數下降了58 d，下降36.9%；以PM10為首要污染物的天數減少15 d，下降35.8%；以O3為首要污染物的天數增加25 d，上升42.4%。

表1 2016—2021年盆地17市首要污染物累計天數（d）

圖4 四川盆地首要污染物天數年際變化

由表1可知，2016—2021年，成都市累計出現首要污染物天數最多，共1698 d，是巴中市（1012 d）的1.7倍。同時由于成都市機動車保有量位居全國第二，移動源排放對大氣污染的貢獻相對突出，因此成都市以NO2作為首要污染物的天數遠遠超過盆地其他城市。眉山市、資陽市和遂寧市的O3已超過PM2.5成為當地第一首要污染物，其中眉山市以O3作為首要污染物的天數最多。自貢、宜賓、瀘州的PM2.5首要污染物天數分別位列盆地17市前三名。廣元市以PM10為首要污染物的天數累計出現437 d，為川內最高，可能與受西北沙塵天氣入川影響較明顯有關[15]。上述分析表明，不同區(qū)域間可能受污染擴散條件、區(qū)域傳輸影響、污染構成等影響不同，不同區(qū)域間首要污染物類別及天數差異明顯：成都平原地區(qū)O3作為首要污染物出現天數最多；川南地區(qū)則以PM2.5為首要污染物的天數最多；川東北地區(qū)以PM10為首要污染物的天數最多。

2.4 不同區(qū)域空氣質量對盆地影響變化

為進一步體現不同區(qū)域空氣質量對整個盆地影響大小，通過計算不同城市空氣質量綜合指數在盆地中占比大小來進行比較，占比越大表明對盆地空氣質量影響越明顯，反之亦然。分析結果見圖5。從圖5可知，一是對四川盆地空氣質量綜合指數貢獻高低依次為川南地區(qū)＞成都平原地區(qū)＞川東北地區(qū)；二是成都平原區(qū)對盆地空氣質量影響比重相對降低，川南區(qū)域和川東北區(qū)域則相對上升。川東北區(qū)域貢獻水平相對上升一方面是因為該區(qū)域空氣質量已處于盆地最佳，其空氣質量提升空間有限，另一方面則是整個四川盆地空氣質量改善顯著，因此該區(qū)域相對貢獻則增加。由此可見，四川盆地空氣質量要實現持續(xù)改善和提升，則川南區(qū)域和成都平原區(qū)域是大氣污染防治重點區(qū)域。

圖5 2016—2021年不同城市對盆地空氣質量綜合指數貢獻變化

3 結論

（1）四川盆地SO2、CO、PM10、PM2.5和NO2濃度下降，優(yōu)良率上升，空氣質量整體改善。但O3濃度呈上升趨勢，是空氣質量進一步改善的制約因子。

（2）污染物濃度在空間分布上呈西高東低、南高北低的特征，四川盆地共有3個污染高值區(qū)，分別是以成都及周邊眉山市、德陽市構成的西部高值區(qū)，以瀘州、自貢、宜賓構成的南部高值區(qū)和以達州為主的川東北高值區(qū)。

（3）四川盆地以PM2.5和PM10作為首要污染物的天數逐年下降，而O3則呈波動上升。不同區(qū)域間首要污染特征差異明顯，其中成都平原地區(qū)、川南地區(qū)、川東北地區(qū)分別以O3、PM2.5和PM10作為其主要首要污染物。

（4）對四川盆地空氣質量綜合指數貢獻高低依次為川南地區(qū)、成都平原地區(qū)、川東北地區(qū)。成都平原地區(qū)和川南地區(qū)將會是后期大氣污染防治的重點區(qū)域。