2023年春節煙花爆竹燃放對重慶大氣影響研究

熊桂洪　趙潔　張蕾　李靈　余家燕

摘要：基于重慶市空氣質量監測數據、氣象數據及PM2.5組分數據，對2023年春節重慶長時間大范圍PM2.5污染過程中煙花爆竹燃放對大氣影響開展詳細分析。結果表明，2023年春節期間重慶市PM2.5濃度為近年來同期最高水平，污染呈現區域性特征。2023年春節持續無有效冷空氣和降雨等污染清除天氣，導致污染長時間持續。大年三十至初一集中燃放期煙花爆竹燃放對重慶市PM2.5污染貢獻率為47%-55%。在不利氣象條件下煙花爆竹、機動車和工業等排放增加共同作用導致2023年春節污染的發生。春節期間需加強周邊區縣的煙花爆竹燃放管控，同時加大城市交通、工業等治理，以持續提升區域空氣質量。

關鍵詞：煙花爆竹；春節；PM2.5；重慶

中圖分類號：X51 文獻標志碼：A

前言

煙花爆竹燃放會導致大氣污染物濃度的急劇上升，能見度下降，影響群眾生活并對全年PM2.5濃度水平有重要貢獻。中國各地相繼出臺了煙花爆竹管控政策，空氣質量出現好轉。朱媛媛等發現京津冀地區春節和元宵節的煙花爆竹燃放影響為降低趨勢，王男等發現煙花爆竹禁放實施帶來空氣質量明顯改善。值得注意的是，煙花爆竹管控區域大多位于城市建成區，大多農村地區和城鄉結合部未實行煙花爆竹管控，導致該區域仍受煙花爆竹燃放影響顯著。例如2018年起寶雞市區開始禁放煙花爆竹，2020年寶雞市煙花爆竹燃放期較非燃放期PM2.5濃度升高43.2μg·m-3，安徽省2016年加強煙花爆竹禁燃限燃管理，2022年春節期間部分站點煙花爆竹對PM2.5濃度貢獻率仍可達到70.6%。

為了切實提升環境質量，重慶市政府于2019年起啟動了《重慶市燃放煙花爆竹管理條例》，春節期間空氣質量得到一定改善。然而作為新冠疫情“乙類乙管”后首個春節，2023年重慶市春節期間出現了長時間的連續污染過程，引發了社會和環境管理的廣泛關注。此研究基于空氣質量監測數據、氣象數據及PM2.5組分數據等，針對2023年春節期間污染過程中煙花爆竹燃放對重慶大氣影響開展分析，以期為后疫情時代大氣污染管控措施的制定提供科學支撐。

1 材料與方法

1.1 數據來源

研究區域包括重慶市全域，重慶市空氣質量監測數據來自重慶市環境空氣質量自動監測網絡，合計監測點位74個。中心城區PM2.5組分觀測數據來自重慶大氣超級站，其中水溶性離子組分來IGACS611型在線氣體與氣溶膠成分監測儀，碳組分來自Sunset Model4在線OC/EC監測儀，無機元素來自AMMS- 100大氣金屬分析儀。合川PM2.5組分數據來自合川大氣超級站，其中水溶性離子組分來自IGAC S611型在線氣體與氣溶膠成分監測儀，碳組分來自Magee CASS碳氣溶膠組分在線分析系統，無機元素來自AMMS-100大氣金屬分析儀。各監測站均按照國家相關規定定期進行質控校準和數據審核，確保數據質量。根據風俗情況，此研究所指的春節期間為大年三十至元宵節。

1.2 研究方法

1.2.1 煙花爆竹對污染物貢獻計算

大氣主要污染物CO濃度相對穩定，受燃放的影響較小，故以CO為參照采用PM2.5/CO比值法計算煙花爆竹對污染物的貢獻。計算公式如式（1）、式（2）：

M=CPM-CCO×C'PM，a/C'CO，a （1）

R=M/CPM×100% （2）

其中，M為集中燃放期（選取大年三十23：00-初-4：00）煙花爆竹對PM2.5的貢獻量，μg·m-3，CPM為集中燃放期PM2.5濃度，μg·m-3，CCO為集中燃放期CO濃度，mg·m-3，C‘PM，a為集中燃放前（選取大年三十1：00-18：00）PM：，濃度，μg·m-3，CCO，a為集中燃放前CO濃度，mg·m-3，R為煙花爆竹對PM2.5的貢獻率，%。

1.2.2 PMF模型PM2.5來源解析方法

采用PMF（PosiLive Malrix Faclorization）正交因子分解法進行PM2.5來源解析，該方法廣泛應用于PM2.5的來源解析，其分析原理為把樣本矩陣分解為排放貢獻矩陣和污染源成分矩陣，從而得到不同源類對不同污染物的貢獻。

2 結果與討論

2.1 2023年空氣質量狀況

2023年春節期間，重慶市空氣質量指數（AQI）范圍為80-179，優良天數為4天（良4天），污染天12天，其中輕度污染11天（AQI范圍為102-144），中度污染1天（AQI為179），無重度及以上污染天，優良天數較2022年春節同期減少12天。春節期間PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3濃度分別為88μg·m-3、117μg·m-3、10μg·m-3、37μg·m-3、1.1mg·m-3、90μg·m-3，同比2022年春節上升166.7%、148.9%、11.1%、60.9%、22.2%、15.4%。

與歷年春節期間空氣質量對比來看（如圖1所示），2023年春節期間空氣質量處于2018年以來同期較差水平，峰值及整體濃度為2018年以來最高。值得注意的是，2023年大年三十和初一的日均濃度甚至高于煙花爆竹管控條例實行前的2018年，同時2023年大年三十和初一的濃度增幅也為近年來最大，2023年大年三十、初一的濃度增加值分別為27μg·m-3和42μg·m-3，相應2018年的濃度增幅為24μg·m-3和38μg·m-3，說明2023年重慶市空氣質量受煙花爆竹影響非常明顯。

從年內春節期間時間變化來看，2018年-2023年春節期間總體呈現前期（大年三十到初一）較差，后期逐步改善的趨勢，但是各年改善效果存在差異（見圖1）。2018年-2022年春節中后期空氣質量改善效果良好，AQI指數到達最優等級。2023年則改善效果不顯著，AQI指數在臨界超標或超標范圍持續高位運行，出現持續性污染過程。

從空間分布來看（如圖2所示），春節期間成渝地區空氣質量整體偏差，區域性連片污染特征突出。大年三十至初一PM2.5濃度高值區集中于四川盆地北部及中部區域，例如重慶長壽區、重慶墊江縣、四川廣安市、四川達州市等，需要注意大年三十至初一重慶中心城區的PM2.5濃度整體空氣質量以良-輕度污染為主，說明中心城區煙花爆竹管控效果整體好于周邊區縣。春節期間PM2.5濃度高值區發生輕微變化，其中四川盆地北部及中部區域仍為PM2.5高值區，此外中心城區PM2.5濃度與周邊區域的PM2.5差別變小，說明周邊區域煙花爆竹燃放逐步影響到了中心城區，形成區域性污染過程。此外，春節假期，重慶市主城都市區（不含中心城區）污染程度最重，其次是中心城區、渝東北地區和渝東南地區。大年三十至初一，重慶市各站點PM2.5、PM10和SO2小時最高濃度分別達930μg·m-3、986μg·m-3和74μg·m-3（長壽區桃源西路站），較渝中區上清寺站（中心城區站點）偏高450%、444%和270%，PM2.5峰值提前11小時（桃源西路站峰值時間為除夕23時，上清寺站為初一10時）；全市小時重度以上污染持續時長最長站點較上清寺站偏多12小時（銅梁區龍門街站持續16小時，上清寺站持續4小時）。重慶市主城都市區建成區人口密度大，建筑物集中，同時環境空氣質量自動監測點位均布設在行政區建成區范圍內，煙花爆竹燃放區緊鄰監測點位，長時間序列“多點開花”式燃放煙花爆竹對空氣質量影響極為顯著。表明區縣禁燃力度較弱或者沒有嚴格管控建成區煙花爆竹燃放的區縣，多點分散燃放對空氣質量影響顯著，污染程度高且持續時間長。

2.2 成因分析

2.2.1 氣象條件分析

以沙坪壩國家地面基本氣象觀測站為代表開展氣象條件分析。2023年春節期間平均風速、小風頻率、相對濕度和高濕頻率等要素為2018年以來同期中等水平，但是降雨量為同期最少，降雨量僅0.2mm，并且2018年-2022年春節期間均存在有效冷空氣，PM2.5濃度降至優水平，2023年則冷空氣影響勢力極為有限，位于四川盆地東部的重慶市特殊的山地地形對風場存在削弱和導流作用，使得弱冷空氣入渝前效力降低，無法起到削減污染效果，導致污染積聚與反復。山地地形疊加靜穩天氣使得污染物在重慶市內上空滯留凝聚，污染反復出現。（見表1）

2.2.2 煙花爆竹燃放影響分析

2023年大年三十至初一的PM2.5小時濃度來看，伴隨著大年三十夜間煙花爆竹的燃放影響，大年三十夜間20時左右，重慶市PM2.5濃度出現短時急劇上升，初一1：00到達峰值（184μg·m-3），峰值濃度較大年三十18：00的80μg·m-3上升了130%，部分區縣小時最高增長速率達424%。大年三十到初一，重慶市有13個區縣空氣質量由前期的良一輕度污染水平上升至重度污染及以上級別，重慶市整體PM2.5濃度大年三十至初一出現15小時重度污染，全天重慶市空氣質量為中度污染（如圖3所示）。通過PM2.5/CO比值法測算，2023年除夕至初一重污染時段，煙花爆竹燃放對重慶市PM2.5污染的貢獻總體在47%-55%左右，平均貢獻率52%。

重慶中心城區大氣超級站和周邊區縣的合川大氣超級站PM2.5組分分析結果顯示，大年三十到初一，合川大氣超級站中指示煙花爆竹燃放污染的K+、Cl-、Mg2+等關鍵化學組分濃度持續升高，初一0：00-12：00較大年三十同時段分別上漲14.1倍、9.4倍和19.8倍，中心城區相關組分上升幅度遠低于合川大氣超級站，合川區大氣超級站K+、Cl-、Mg2等組分為中心城區大氣超級站的9.8倍、5.8倍和1.7倍，說明周邊區縣煙花爆竹無序燃放對PM2.5污染影響明顯（見圖4）。

對2023年春節期間PM2.5濃度和組分分析發現，大年三十至初一煙花爆竹集中燃放階段呈現PM2.5累積速度快、污染程度重、污染范圍大的特征，為煙花爆竹燃放主要影響階段，該段時間內周邊區縣污染突出，濃度上升的主要驅動組分為K+、Cl等煙花爆竹指示組分，污染形成原因主要為不利氣象條件疊加煙花爆竹排放影響，污染高值區域為除中心城區外的其他區縣；初二至初七零星燃放呈現PM2.5污染整體相對較輕的特征，為持續影響階段，污染高值集中于重慶主城都市區，PM2.5組分顯示硝酸鹽組分濃度升高明顯，主要污染成因為氣象條件轉不利、機動車和生活源排放大幅上升和少量煙花爆竹燃放影響；初八至元宵開始復工復產，為疊加影響階段，氣象條件轉差時空氣質量出現進一步反彈，超標區域擴大至重慶市大部，尤其是主城都市區污染濃度更高，監測數據分析發現工業、機動車等排放的硝酸鹽、有機物等升幅明顯且貢獻較大（如圖5所示），與2023年重慶市經濟穩定恢復工業復工、機動車排放增加有關（重慶市規上工業企業初七節后復工率即近8成，較去年提高10.3個百分點）。利用PMF方法，對中心城區PM2.5開展來源解析，發現春節期間重慶中心城區PM2.5主要的源類依次為交通源、工業源、生活源（生物質燃燒+煙花爆竹）、揚塵和其他源，2023年春節期間中心城區PM2.5受煙花爆竹和生物質燃放貢獻約為10.4%，煙花爆竹和生物質燃燒是春節期間大氣中主要的污染來源之一。

3 結論

2023年重慶市春節期間出現長時間大范圍PM2.5污染過程。2023年春節持續無有效冷空氣和降雨等污染清除天氣，是污染長時間持續的重要氣象因素。2023年大年三十至初一煙花爆竹燃放對重慶市PM2.5污染的貢獻總體在47%-55%左右，平均貢獻率52%，合川大氣超級站中指示煙花爆竹燃放污染的K+、Cl-、Mg2+等關鍵化學組分濃度上升明顯，周邊區域PM2.5污染受煙花爆竹燃放影響明顯。春節期間中心城區硝酸鹽、有機物污染突出，PM2.5主要來源為交通源、工業源、生活源（生物質燃燒+煙花爆竹）、揚塵和其他源。建議春節期間加強周邊區縣的煙花爆竹燃放管控，同時加大交通、工業等治理，以持續提升區域空氣質量。