宜昌市2019—2021年空氣質量特征分析

＊袁連新 劉偉璇 張婉婷 吳萍

（1.湖北省生態環境監測中心站 湖北 430070 2.湖北省生態環境廳隨州生態環境監測中心 湖北 441399 3.武漢市生態環境宣教中心 湖北 430079)

由于現代化與城市化進程加快，人類生活、生存的規模不斷擴大，以及人口數量的持續增長，人類的衣食住行都在悄無聲息地影響著空氣質量問題。空氣質量監測是預防、治理環境問題的關鍵一環。利用完善的監測系統，對城市空氣污染物進行實時監測，信息化和數據化處理，為城市的空氣環境優化提供了科學、準確的指導。宜昌市位于湖北省西南部、地處長江中下游，地勢西高東低，依山而建，長江從城市中穿行而過。我國生態環境部于2018 年出臺了《環境影響評價技術導則 大氣環境》（HJ 2.2—2018），宜昌市環境監測中心據此深入分析并優化調整現有的監測方案和監測布點，進一步完善環境空氣質量的監測工作。現根據2019—2021 年三年的實時監測數據統計分析，探究宜昌市空氣質量狀況及規律。

1.研究方法

本文以2019—2021 年宜昌市6 個國家空氣自動監測站（伍家崗、夷陵區、白龍崗、猇亭區張家灣站、點軍區、云深路），以二氧化硫SO2、二氧化氮NO2、一氧化碳CO、臭氧O3、細顆粒物PM2.5和可吸入顆粒物PM106 項空氣污染物為監測指標的小時濃度值（計算各點位O3日最大8 h 平均值濃度）和空氣質量指數AQI，對宜昌市環境空氣質量變化特征進行分析。空氣質量評價標準采用《環境空氣質量標準》（GB 3095－2012）、《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行)》（HJ 633－2012）和《環境空氣質量評價技術規范（試行）》（HJ 633－2013）。

城市空氣質量指數（AQI）是用來表示空氣質量的指數，比較六項污染物的實際監測值和濃度的限制則可以得到城市空氣質量分指數（IAQI）。各種污染物的空氣質量分指數的最大值就是空氣質量指數的值，計算公式為：

根據AQI 數值的大小，可以將空氣質量劃分為6個不同的級別和類別。當AQI 數值在0～50 之間，AQI為一級，空氣質量為優，表明無空氣污染；當AQI 數值在51～100 之間，AQI 為二級，空氣質量為良，某些污染物可能對極少數敏感人群產生較弱的影響；當AQI 數值在101～150 之間，AQI 為三級，輕度污染，易感人群應減少外出活動；當AQI 數值在151～200 之間，AQI為四級，中度污染，一般人群應減少戶外運動；當AQI數值在201～250 之間，AQI 為五級，重度污染，健康人群可能會出現不適的癥狀；當AQI 數值在251～300之間，AQI 為六級，嚴重污染，應避免戶外運動[3]。

2.結果與討論

根據宜昌市2019—2021 年的六項污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3的日均值濃度進行分析統計，見表1。三年來，宜昌市的空氣環境六項污染物的日濃度變化范圍較大，且各污染物的中位值濃度均低于平均值濃度，細顆粒物PM2.5和可吸入顆粒物PM10的變化最為明顯。但隨著時間和外部多因素的影響，2020年和2021 年相較于2019 年，除了SO2的日均濃度保持不變外，其他各項污染物的日均濃度值均有所下降。

表1 宜昌市2019—2021 年六項污染物統計特征

根據各項污染物的日均濃度，計算各項污染物的I 和AQI，分析得到2019—2021 年宜昌市的空氣質量情況：2019 年，宜昌市全年空氣質量等級優共有54 天，占全年天數的14.8%；全年空氣質量等級良的天數最多，為197 天，占全年的54%；輕度污染共78天，占全年21.4%；中度污染和重度污染分別為21 天和12 天，各占全年天數的5.8%和3.3%；且在2019年還存在3 天的嚴重污染。2019 年宜昌市的空氣質量情況不容樂觀，優良等級的天數僅占全年的68.8%，共251 天。2020 年宜昌市全年空氣質量優良等級的天數相較于2019 年有所增加，共308 天，占全年的84.2%；輕度污染和重度污染的天數有所降低，分別為46 天和11 天，占全年的12%和3%；重度污染全年僅有一天。2020 年宜昌市全年無嚴重污染的天氣。2021年與2020 年的全年空氣質量大體相同，但從表1 可以得知，2021 年相比于2020 年，細顆粒物PM2.5，可吸入顆粒物PM10、SO2、NO2、CO、O3污染物全年的日最大濃度值都有所減小。

空氣質量評價標準采用《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012），各監測污染物的評價標準的日、年均值限值濃度及宜昌市2019—2021 年六項污染物按照標準得到的評價結果，如表2 所示[4]。2019 年PM2.5日均值濃度范圍為6～284μg/m3，全年日均值達標天數為291 天，日均達標率79.7%，PM2.5年均值濃度超標0.49 倍。2019 年O3日最大8 h 均值濃度范圍為8～210μg/m3，全年日均值達標天數為325 天，日均達標率89.1%。2020 年PM2.5日均值濃度范圍為4～170μg/m3，全年日均值達標天數為316 天，日均達標率86.3%，PM2.5年均值濃度超標0.17 倍。2020 年O3日最大8 h 均值濃度范圍為6～212μg/m3，全年日均值達標天數為357 天，日均達標率97.5%。與2019年的空氣質量評價結果相比，2020 年的PM2.5最大日均值濃度降低，全年日均值達標天數有明顯的提高，且PM2.5年均值濃度超標倍數在減小。2020 年O3全年日均值達標天數在增加。2021 年PM2.5日均值濃度范圍為6～149μg/m3，全年日均值達標天數為321 天，日均達標率87.9%，PM2.5年均值濃度超標0.11 倍。2021 年O3日最大8 h 均值濃度范圍為7～173μg/m3，全年日均值達標天數為351 天，日均達標率96.2%。其他的污染物項目NO2、SO2、CO，近三年日達標率100%。所以，細顆粒物PM2.5、可吸入顆粒物PM10和O3仍然是宜昌市空氣污染的主要問題。

表2 宜昌市2019—2021 年環境空氣質量單項濃度限值及評價結果

為了更準確地分析宜昌市空氣質量的變化及其影響因素，根據宜昌市2019—2021 年六項污染物的日均值濃度的變化分析得到圖1 和圖2。顯然，各項污染物隨著時間、季節、溫度等因素呈不同趨勢地變化。從圖1（a）和圖1（b）中可以看到，細顆粒物PM2.5、可吸入顆粒物PM10在每年冬季1 月初到達峰值，隨著季節更替，在夏季溫度最高時到達濃度最低點，由于溫度降低，細顆粒物PM2.5、可吸入顆粒物PM10的濃度逐漸升高，隨著時間呈現周期性的變化。從圖2（a）和圖2（b）中可以看到，從早上人類的工作和生活開始，細顆粒物PM2.5、可吸入顆粒物PM10地排放增加，直到夜晚生產生活逐漸減少，污染物的濃度也隨著降低。溫度對O3有著重要影響，如圖1（c），因為夏季的溫度較高，高溫是有利于O3濃度增高的光化學反應，而冬季溫度較低，濕度較大，影響了太能輻射，降低了O3的光化學反應效率[4]。在一天中，中午的溫度最高，O3的濃度也隨著增高，再隨著溫度降低而降低，如圖2（c）。從圖1（d）和圖1（f）中了解到，NO2、SO2的日均濃度值則是在每年的11 月—次年2 月相對較高，由于宜昌市的地理位置，冬季濕寒，人們選擇非機動車出行的概率減少，對機動車的需求增多，城市汽車尾氣的排放量隨著增大。圖2（d）和圖2（e）中一天的NO2、SO2濃度變化也與之吻合。從圖1（e）中，可以看到CO 也會隨著時間呈周期性的變化，CO 是O3形成的前體之一，所以控制CO 的排放，監測CO 的濃度變化也是必不可少的。

圖2 宜昌市2019—2021 年某一天六項污染物的日濃度變化

3.結論

近三年來，宜昌市的空氣環境質量在逐步改善，這得益于國家各項環境保護和環境監測政策的有效實施，但污染物細顆粒物PM2.5和可吸入顆粒物PM10全年的日濃度的變化區間仍然很大，細顆粒物PM2.5年均濃度值存在超標。各項污染物以年為周期呈現周期性的變化，污染物濃度的變化也與人類的生產生活密不可分，仍然是影響宜昌市空氣質量的主要污染物。空氣污染是多因素共同導致的，如污染源的排放，大氣中產生的化學反應，以及氣象擴散等因素。所以還需要多方的聯動配合及治理，才能高效地改善城市的空氣質量。