川南城市群秋冬季區域性大氣污染特征

摘 要：本文基于2020年9月—2021年2月PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO以及O3的環境空氣質量監測數據，利用統計分析的方法對所得數據進行處理，并利用origin軟件進行繪圖分析，研究川南城市群秋冬季5個地級市（自貢市、瀘州市、樂山市、內江市和宜賓市）6類主要大氣污染物在時間上和空間上的分布特征。結果表明，冬季空氣污染最嚴重，污染物濃度超標天數較多；自貢市的空氣污染狀況最嚴重，樂山、瀘州和宜賓三市空氣污染程度次之，內江市的空氣污染狀況最輕，空氣質量最好。顆粒物PM10和PM2.5是影響5個城市環境空氣質量的主要污染物。隨著污染程度加深和PM2.5/PM10增大，細顆粒物PM2.5濃度對空氣環境質量的影響比粗顆粒物更大。

關鍵詞：川南城市群；大氣污染；PM10；PM2.5

中圖分類號：X 513 " " " 文獻標志碼：A

空氣污染，又被稱為大氣污染，是指由人類的活動或者自然過程引起的某些物質進入大氣中，達到足夠高的濃度和足夠長的時間，并影響人體舒適、健康和福利或者環境的現象。當大氣中污染物的濃度達到有害程度時，會破壞生態系統并威脅人類的正常生存和發展條件，對人或物造成危害[1]。這些含有污染成分的氣體不僅影響能見度等氣象條件，還會嚴重影響人們的身體健康，增加感染呼吸道疾病的概率，因此解決大氣污染的問題刻不容緩。

SOTIRIS VARDONLAKIS等[2]在巴黎市中心位置建立監測站，進行了7個月的持續采樣，分析了監測站點附近大氣污染的時空變化特征和規律。P D HIEN等[3]利用被動采樣器研究了越南河內內城背景點、交通繁忙區、工業區、農村地區冬季和夏季大氣中二氧化氮、二氧化硫和苯的濃度分布。VANIA P CAMPOS等[4]利用被動采樣裝置監測了巴西亞馬遜流域的二氧化硫和二氧化氮。

目前，高愈霄等[5]對京津冀區域大氣污染特征的分析表明，大范圍重污染集中發生在秋、冬季，王自發等[6]對2013年1月中東部持續強霾天氣的數值預報模式進行了研究，初步評估了灰霾天氣下大氣細顆粒物的時空分布特征和傳輸規律。張人禾等[7]利用資料診斷，從大氣環流背景場、霧霾天氣演變過程2個方面分析了2013年1月中國東部持續性強霧霾產生的氣象條件。然而對大氣污染物進行研究的地區多為京津翼和中、東部地區，對人口密集且大氣污染形勢嚴峻的四川盆地研究較少，尤其缺乏對川南城市群大氣污染物濃度的變化趨勢和特征的研究。

1 數據的獲取和研究方法

本文采用川南城市群5個市（自貢市、瀘州市、樂山市、內江市和宜賓市）2020年9月1日—2021年2月29日共182天的環境空氣質量自動監測站點觀測數據（PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO和O3），根據《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）》（HJ633—2012），確定空氣質量狀況，目前我國采用的AQI（空氣質量指數）分為6級，即0～50、51～100、101～150、151～200、201～300和大于300。空氣質量指數見表1，指數越大，表示空氣質量越差，污染越嚴重。

本文對5個市秋、冬季（氣象上季節的劃分標準：通常9～11月為秋季，12月～來年2月為冬季）各污染物的日均濃度變化曲線進行分析，觀察各污染物濃度在整個秋、冬季隨時間的變化趨勢，根據《環境空氣質量標準》（GB3095－2012），統計各污染物的超標（二級標準）情況，確定主要污染物及其污染程度，探討秋、冬季大氣污染物的基本特征，全方位了解川南城市群秋、冬季大氣污染狀況，旨在為川南地區的大氣污染治理提供科學依據，為四川盆地區域的大氣污染防控提供決策參考。

2 區域性污染特征

2.1 污染程度

川南5個市秋、冬季空氣質量狀況如圖1所示。圖1統計了2020年9月—2021年2月共182天川南5個市的空氣質量情況，自貢市出現污染的天數為84d，占統計天數的43.2%；瀘州市出現污染的天數為49d，占統計天數的26.9%；樂山市出現污染的天數為52d，占統計天數的28.6%；內江市出現污染的天數為46d，占統計天數的25.3%；宜賓市出現污染的天數為53d，占統計天數的29.1%。當出現輕度污染天氣時，自貢、瀘州、樂山、內江和宜賓5個市的PM2.5平均濃度分別為92.0μg·m-3、88.3μg·m-3、90.6μg·m-3、88.5μg·m-3和93.1μg·m-3，PM10的濃度分別為128.4μg·m-3、132.3μg·m-3、

126.5μg·m-3、119.4μg·m-3和120.3μg·m-3。當出現中度污染天氣時，5個市的PM2.5平均濃度分別為135.3μg·m-3、131.5μg·m-3、128.6μg·m-3、132.9μg·m-3和131.6μg·m-3，PM10

濃度分別為185.6μg·m-3、170.0μg·m-3、187.2μg·m-3、163.4μg·m-3

和161.7μg·m-3。當自貢、瀘州、宜賓3個市出現重度污染天氣時，PM2.5的平均濃度分別為165.8μg·m-3、156.0μg·m-3和169.0μg·m-3，PM10的濃度分別227.2μg·m-3、190.0μg·m-3和204.3μg·m-3。樂山、內江2個市未出現重度污

染天氣。當出現嚴重污染天氣時，自貢、瀘州、樂山、內江、宜賓5個市的PM2.5平均濃度分別為299.0μg·m-3、258.0μg·m-3、

275.0μg·m-3、276.0μg·m-3和202.0μg·m-3，PM10濃度分別為366.0μg·m-3、322.0μg·m-3、324.0μg·m-3、320.0μg·m-3和238.0μg·m-3。

由圖1可知，空氣質量由好到壞為內江市gt;樂山市gt;瀘州市gt;宜賓市gt;自貢市，內江市空氣質量為優良的天數最多，出現污染的天數最少，空氣質量最好。自貢市出現污染的天數最多，優良天數最少，空氣質量是5個市中最差的，原因是自貢市屬于典型的低山淺丘地形且處于川南地區氣旋式流場污染物滯留中心，空氣流動性差，污染物易集聚、難擴散，特別是秋、冬季節逆溫現象突出、降水減少、風力弱、相對濕度大且大氣混合層低，污染物濃度較高，大氣污染發生的頻次高、持續時間長、污染強度大且影響范圍廣。

2.2 秋季和冬季污染物濃度對比

川南5市秋、冬季各污染物濃度對比如圖2所示。自貢、瀘州、樂山、內江和宜賓5個市的秋季PM2.5濃度值分別為62.6μg·m-3、45.3μg·m-3、48.5μg·m-3、41.5μg·m-3和46.1μg·m-3，冬季分別為95.3μg·m-3、70.5μg·m-3、70.7μg·m-3、71.6μg·m-3和82.8μg·m-3。秋季的PM10濃度分別為94.2μg·m-3、67.3μg·m-3、

70.1μg·m-3、60.6μg·m-3和64.4μg·m-3，冬季分別為131.3μg·m-3、96.4μg·m-3、102.9μg·m-3、95.1μg·m-3和105.4μg·m-3。從中可以看出，5個市冬季PM2.5和PM10的值均高于秋季，冬季NO2和CO的值略高于秋季，但是秋、冬兩季NO2和CO并未出現超標情況，秋季O3的濃度反而高于冬季。原因是冬季光照強度小、溫度低，不利于O3生成。此外還可以看出，不論是秋季還是冬季，自貢市的顆粒物濃度均最高，內江市最低，宜賓、樂山、瀘州次之，自貢市秋季和冬季PM2.5濃度比值為0.6，PM10濃度比值為0.7，而內江市PM10和PM2.5秋、冬季的比值分別為0.5和0.6。

2.3 PM10與PM2.5的超標率

“霧霾”天氣的形成，與大氣中各類顆粒物，尤其是PM2.5與PM10的含量有直接聯系[8]。由上述可知，川南5個市秋、冬季主要超標污染物為顆粒物PM10和PM2.5。各市日均PM10、PM2.5濃度超過二級標準的天數百分比如圖3所示，其中自貢市PM10超標天數為48d，占監測天數的23.1%，PM2.5超標天數為84d，占監測天數的46.2%；內江市PM10超標天數為14d，占監測天數的7.69%，PM2.5超標天數為45d，占監測天數的24.73%；瀘州、樂山、宜賓3個市PM10的超標率均低于10%，PM2.5超標率為25%～30%。顆粒物超標比重為自貢市gt;樂山市=宜賓市gt;瀘州市gt;內江市，細顆粒物PM2.5的超標率遠高于粗顆粒物PM10。

2.4 細顆粒污染程度

自貢市顆粒物超標最嚴重，由圖4可以看出，隨著污染程度加深，細顆粒物濃度和粗顆粒物濃度均有顯著增長，并且在污染程度加深的同時，細顆粒物濃度的增長速度明顯高于粗顆粒物濃度，這一點也可以通過PM2.5占PM10比例的變化看出。

當空氣質量為優時，PM2.5占PM10的平均比例只有0.56；當空氣質量為良時，PM2.5占PM10的平均比例為0.65；在輕中度污染天中，PM2.5占PM10的平均比例分別為0.72和0.73；在重度污染天中，PM2.5占PM10的平均比例達到0.73；在嚴重污染天中，PM2.5占PM10的平均比例為0.82。因此當污染程度加深時，PM2.5占PM10的平均比例呈明顯的上升趨勢。可見，當空氣污染越嚴重、PM2.5占PM10的比例越大時，污染天氣條件有利于細顆粒物的生成，而大量增加的細顆粒物濃度對空氣環境質量的影響比粗顆粒物更大。

3 結論

本文采用川南城市群5個市2020年9月1日—2021年2月28日共182d的環境空氣質量自動監測站點的觀測數據和地面氣象觀測數據，分析了川南城市群秋、冬季大氣污染物濃度的變化特征，探討了污染物濃度變化的時間差異、空間差異以及氣象要素對污染物濃度變化的影響，并得到以下3個結論。1）川南5個市冬季污染情況比秋季更嚴重，出現污染的天數較多，顆粒物PM10和PM2.5超過二級標準的比例較高。2）川南5個市秋、冬季主要空氣污染物是顆粒物PM10和PM2.5，隨著污染程度加深和PM2.5/PM10增大，細顆粒物PM2.5濃度對空氣環境質量的影響比粗顆粒物更大。3）自貢市是5個市中污染最嚴重的城市，出現污染天數最多，內江市污染程度最低，瀘州、樂山和宜賓次之，這與城市的地理位置和污染物排放量有關。

參考文獻

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[2]SOTIRIS VARDOULAKIS，NORBERT GONZALEZ-FLESCA．Spatial variability of air pollution in the vicinity "of a permanent

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[3]P D HIEN，M HANGARTNER.Concentrations of NO2，SO2 and benzene across Hanoi measured bypassive diffusion samplers[J].

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[4]VANIA P CAMPOS，LíCIA P S CRUZ.Development and validation

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[5]高愈霄，霍曉芹，閆慧，等.京津冀區域大氣重污染過程特征初步分析[J].中國環境監測，2016，32（6）：26-35.

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[7]張人禾，李強，張若楠.2013年1月中國東部持續性強霧霾天氣產生的氣象條件分析[J].中國科學：地球科學，2014，44（1）：27-36.

[8]許藝馨，何林宴，馮磊.貴港市污染天氣分型及污染氣象特征研究[J].中低緯山地氣象，2020，44（6）：9-17.

通信作者：魏翔（1993—），男，云南昆明市人，理學碩士，工程師，研究方向為氣候變化研究和航空氣象服務。

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