恩施市空氣質(zhì)量變化特征及污染成因分析

余紅林，王婧青，楊 麗，黃光鑫，盧婷婷

（湖北省生態(tài)環(huán)境廳恩施州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，湖北 恩施 445000）

引言

空氣質(zhì)量和人類健康息息相關(guān)，空氣污染會對人體健康產(chǎn)生危害，增加心腦血管疾病和呼吸系統(tǒng)疾病的死亡率與發(fā)病風(fēng)險。近年來，隨著城市化建設(shè)和工業(yè)化進(jìn)程的加快，很多城市出現(xiàn)了霧霾天氣、能見度和空氣質(zhì)量狀況下降等問題，嚴(yán)重影響了人們的生活，本文采用2015—2022年恩施市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)資料，對PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3、CO六項(xiàng)常規(guī)參數(shù)的變化情況進(jìn)行研究，整體評價和分析恩施市的環(huán)境空氣質(zhì)量狀況、變化特征，為制定恩施市大氣污染防治及管理策略提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源和評價依據(jù)

空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)來源于2015年1月1日—2022年12月31日的恩施市城區(qū)3個大氣國控站點(diǎn)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)。

本文利用統(tǒng)計分析方法，分析恩施市空氣質(zhì)量狀況及變化特征。恩施市環(huán)境空氣質(zhì)量評價依據(jù)為《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）及《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定》（HJ 633—2012）。

2 監(jiān)測結(jié)果與分析

2.1 2015—2022年恩施市空氣質(zhì)量狀況及變化特征

空氣質(zhì)量指數(shù)AQI級別根據(jù)表1規(guī)定進(jìn)行劃分。

表1 空氣質(zhì)量指數(shù)級別

由圖1可知，2015—2022年恩施市AQI年均值均在80以下，達(dá)到空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)的要求。2015—2022年AQI平均值為58.4，日AQI最大值為278，是平均值的4.78倍；最小值為13，是平均值的22.3%。自2015年以來，盡管恩施市AQI平均值在2016—2017年和2018—2019年呈現(xiàn)上升趨勢，2020—2022年略有上升，但整體AQI年平均值在50.3～71.6，呈波動下降趨勢，2019—2020年AQI年平均值下降趨勢較為明顯，主要原因是2019年12月湖北省武漢市疫情爆發(fā)，湖北省從2020年1月下旬開始實(shí)施嚴(yán)格的限制措施，隨著公共交通驟減，工廠減產(chǎn)，空氣污染亦隨之驟減，空氣質(zhì)量明顯改善。但隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，2021—2022年AQI年平均值有小幅上升。總體看，近年來AQI年均值均達(dá)到“良”的水平，恩施市環(huán)境空氣質(zhì)量總體向好[1]。

圖1 2015—2022年恩施市AQI平均指數(shù)的年際變化

2015—2022年，AQI為優(yōu)的天數(shù)有1 392 天、良的天數(shù)為1 281天、輕度污染171天、中度污染44天、重度污染13天，無嚴(yán)重污染發(fā)生。恩施市空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)占97.9%，中度污染及以上的天數(shù)占2.1%。由表2可知，2015—2022年優(yōu)良天數(shù)呈波動上升趨勢，優(yōu)的天數(shù)增幅明顯，2021年優(yōu)的天數(shù)較2015年顯著增加，多了98天，輕度污染及以上的天數(shù)降幅顯著。總體上，恩施市的空氣質(zhì)量有明顯好轉(zhuǎn)[2]。

表2 2015—2022年恩施市不同空氣質(zhì)量類別發(fā)生天數(shù) 單位：天

AQI＞50時空氣質(zhì)量分指數(shù)（IAQI）最大的污染物為首要污染物。2015—2022年恩施市首要污染物為PM2.5的天數(shù)共有831天，占總天數(shù)54.28%，首要污染物為PM10的天數(shù)一共有364天，占總天數(shù)23.78%，以O(shè)3（8 h）為首要污染物的天數(shù)共有336天，占總天數(shù)的21.95%。由表3可知，2015—2022年以PM2.5、PM10為首要污染物的天數(shù)整體呈下降趨勢，而以O(shè)3（8 h）為首要污染物的天數(shù)整體呈波動上升趨勢，恩施市污染物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，特別是PM2.5污染天數(shù)下降明顯，主要是近幾年我國實(shí)施了更嚴(yán)格的大氣環(huán)境監(jiān)管措施。恩施市臭氧污染天數(shù)整體呈上升趨勢，這主要是由于近地面O3濃度增加造成的，近地面臭氧是一種二次污染物，是由人類活動排放的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）和氮氧化物（NOx）等臭氧前體物經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的，工業(yè)污染和汽車尾氣排放的增加也進(jìn)一步導(dǎo)致了臭氧前體物的增加[3]。下一步，恩施市應(yīng)建立健全VOCs污染防治管理體系，加強(qiáng)重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)行業(yè)VOCs的管控，降低NOx和VOCs的排放，減少恩施市近地面O3的生成。

表3 2015—2022年恩施市首要污染物發(fā)生天數(shù) 單位：天

由圖2恩施市季節(jié)平均AQI的變化可知，冬季平均AQI指數(shù)明顯高于其他季節(jié)，說明冬季是恩施市一年中污染最嚴(yán)重的時期。春季和秋季次之，夏季平均AQI指數(shù)最小，波動也較小，說明夏季的空氣質(zhì)量在四季中最好。

圖2 2015—2022年恩施市季節(jié)平均AQI指數(shù)箱形圖

由圖3可知，恩施市2015—2022年的AQI月變化相似，除2020年外，皆呈現(xiàn)出先下降再上升的趨勢，AQI月平均值的峰值均出現(xiàn)在每年的1月和12月，說明恩施市空氣污染最嚴(yán)重的時期出現(xiàn)在冬季。受疫情封控影響，2020年AQI月變化最為平緩，且AQI月平均值的峰值僅出現(xiàn)在12月。2018—2022年AQI月變化的較為平緩，2015—2017年AQI月變化的波動較為劇烈，2016年12月AQI月平均值增幅明顯，12月出現(xiàn)輕度污染及以上的天數(shù)為17天。

圖3 2015—2022年恩施市AQI指數(shù)月變化

由圖4可知，恩施市空氣污染物PM10、PM2.5及O3（8 h）濃度隨季節(jié)較為明顯，其中以PM2.5首要污染物的天數(shù)最多，PM2.5的濃度在冬季最高，秋季和春季次之，夏季最低。恩施市冬季首要污染物為PM2.5的天數(shù)最多，有499天。春季和秋季首要污染物為PM2.5的天數(shù)也較多，分別為138天和171天。夏季是四季中首要污染物為PM2.5天數(shù)最少的季節(jié)。恩施市是個山區(qū)盆地，四面環(huán)山，靜風(fēng)頻率高達(dá)73%，每年冬春之際干旱少雨，天氣靜穩(wěn)，大氣污染擴(kuò)散條件差，本地污染積累及外來污染源輸入疊加共同影響，導(dǎo)致冬春是一年中污染最嚴(yán)重的時期，其中冬季的1月和12月以PM2.5為首要污染物的污染天數(shù)最多[4]。春季首要污染物為PM10的天數(shù)最多，這是因?yàn)榇杭臼俏覈硥m天氣的高發(fā)期，上游地區(qū)沙塵輸送造成PM10濃度出現(xiàn)峰值。夏季PM10和PM2.5作為首要污染物的天數(shù)最少，濃度也最低，這主要是由于夏季大氣垂直運(yùn)動活躍，氣旋活動頻繁，不易出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象，恩施市夏季降水天氣較多，頻繁的降雨對空氣中污染物的沖刷效果明顯。O3（8 h）的濃度整體呈現(xiàn)夏季＞春季＞秋季＞冬季的特征，夏季O3（8 h）的濃度高，夏季首要污染物是O3（8 h）的天數(shù)是四季中最多的，為178天。夏季日照強(qiáng)、溫度高、云量少，利于空氣中的VOCs和NOx發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成O3，導(dǎo)致O3濃度升高。雖然不同季節(jié)首要污染物不同，但恩施市空氣質(zhì)量的首要污染物仍為PM2.5。

圖4 2015—2022年恩施市四季首要污染物發(fā)生天數(shù)

2.2 污染原因分析

2.2.1 地理因素影響

恩施州地勢三山鼎立，四周高，中間低。恩施市地處凹陷山谷，在周圍高山的阻擋作用下，排放到山谷的污染物擴(kuò)散受阻，導(dǎo)致污染物質(zhì)聚集。恩施市屬亞熱帶季風(fēng)和季風(fēng)性濕潤氣候，冬少嚴(yán)寒，夏無酷暑，雨水較多，濕度較大，靜穩(wěn)天氣出現(xiàn)概率較大，利于顆粒物污染形成。

2.2.2 區(qū)域傳輸影響

受北方沙塵天氣影響，由于恩施市未處在主要傳輸通道，同時受武陵山脈阻隔影響，歷次沙塵天氣經(jīng)襄陽-荊門-荊州過境時，恩施市細(xì)顆粒及顆粒物濃度有一定影響，但影響不大。

2.2.3 城市建設(shè)影響

“十三五”期間是恩施市經(jīng)濟(jì)發(fā)展飛躍的時期，在此期間，城市建設(shè)迅猛發(fā)展，建設(shè)工地增多，同時城區(qū)居民生活水平不斷提升，汽車保有量逐年增加。包裝印刷、工業(yè)涂裝、石油儲存和運(yùn)輸（儲油庫、加油站、油罐車）、中大型餐飲、汽車維修噴涂、家具制造及木材加工、建筑類涂料等VOCs綜合治理重點(diǎn)行業(yè)發(fā)展迅速[5]。以上因素一定程度上對城市環(huán)境空氣質(zhì)量帶來不利影響。

3 結(jié)論

本文利用2015—2022年恩施市三個大氣國控站空氣質(zhì)量自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，使用統(tǒng)計分析方法對恩施市空氣質(zhì)量狀況及變化特征進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

（1）2015—2022年恩施市AQI年均值均在80以下，達(dá)到空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)的要求，AQI年均值整體呈下降趨勢。2015—2022年恩施市空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)占97.9%，中度污染及以上的天數(shù)占2.1%，空氣質(zhì)量以優(yōu)良為主。雖然首要污染物為PM2.5的天數(shù)降幅明顯，但恩施市首要污染物仍為PM2.5。而O3（8 h）污染呈加重趨勢。

（2）AQI月平均值的峰值均出現(xiàn)在每年的1月和12月。恩施市空氣污染物PM10、PM2.5及O3（8 h）濃度隨季節(jié)變化較為明顯，冬季PM2.5濃度最高，春季PM10濃度最高，夏季O3（8 h）的濃度最高。總體上看，恩施市冬季空氣污染最嚴(yán)重，夏季空氣質(zhì)量最好。

（3）2015—2022年，恩施市不斷健全完善當(dāng)?shù)卮髿夤芸貦C(jī)制，為大氣污染防治工作提供依循，強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，深入挖掘減排潛力，圍繞重點(diǎn)區(qū)域、關(guān)鍵環(huán)節(jié)、突出精細(xì)化管控、為全市環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)性改善提供了堅(jiān)實(shí)的保障基礎(chǔ)。