典型生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)環(huán)境空氣中二氧化硫濃度變化特征研究

楊芙蓉，張永江，馮艷紅

（重慶市黔江區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心站，重慶409000）

1 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，全球各地大氣環(huán)境問題引起人類的廣泛關(guān)注，而二氧化硫則是大氣中最常見的污染物之一。二氧化硫主要來源于火山噴發(fā)、含硫金屬礦冶煉、煤炭和石油等化石燃料的燃燒，通過呼吸系統(tǒng)，會引起慢性呼吸道疾病，更重要的是形成酸雨和光化學(xué)煙霧，對植物和人類的生活造成嚴(yán)重危害。

在國內(nèi)，對城市大氣環(huán)境質(zhì)量中的研究報(bào)道較多，主要集中于北京、上海、天津、銀川等大中型城市，通過大氣自動實(shí)時監(jiān)測，綜合分析城區(qū)空氣質(zhì)量中的PM10、SO2、NO2、CO、O3等主要污染物，而對單獨(dú)的污染因子進(jìn)行綜合分析研究報(bào)道較少。因此，本研究以典型武陵山地區(qū)的生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)域的黔江區(qū)大氣質(zhì)量為研究對象，通過實(shí)時監(jiān)測，分析城區(qū)大氣中二氧化硫的變化規(guī)律及污染狀況（圖1），為黔江區(qū)城區(qū)大氣污染防治提供參考。

2 監(jiān)測點(diǎn)位及方法

監(jiān)測點(diǎn)位為黔江區(qū)區(qū)政府站（107°47′4″N 29°31′33″）和下壩站點(diǎn)（108°47′5″N 29°31′30″），采取自動連續(xù)24h監(jiān)測。按照《環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T193－2005），二氧化硫觀測儀器采用瑞典OPSIS公司的長光程DOAS分析系統(tǒng)（AR500），通過OPSIS的控制軟件，對二氧化硫監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 二氧化硫監(jiān)測結(jié)果與討論

3.1 二氧化硫質(zhì)量濃度變化特征

3.2 不同季節(jié)二氧化硫質(zhì)量濃度變化

2014年下壩、區(qū)政府兩個監(jiān)測點(diǎn)的二氧化硫四季濃度值對比見圖2。下壩監(jiān)測點(diǎn)SO2濃度明顯高于區(qū)政府監(jiān)測站點(diǎn)SO2濃度值，SO2質(zhì)量濃度隨季節(jié)變化較明顯。下壩站春季平均質(zhì)量濃度為35.7μg/m3，夏季為24.3μg/m3，秋季為32.8μg/m3冬季為68.0μg/m3；區(qū)政府站春季平均質(zhì)量濃度為28.2μg/m3，夏季為19.2μg/m3，秋季為16.7μg/m3，冬季為39.0μg/m3。下壩和區(qū)政府觀測站點(diǎn)年均SO2質(zhì)量濃度分別為39.7和25.8μg/m3。盡管黔江區(qū)從2013年起開始大力推進(jìn)城區(qū)“推清”行動，但是從圖3可以看出在冬取暖季，二氧化硫的值明顯升高，這與劉曉剛［1］研究結(jié)果相似，冬季的SO2濃度值為夏季的兩倍左右，且在城東片區(qū)（下壩監(jiān)測點(diǎn)）SO2濃度值明顯高于城西片區(qū)，主要原因是城東片區(qū)作坊式企業(yè)較多、人口密度較大，且兩個居民安置區(qū)的燃煤取暖和地區(qū)習(xí)俗煙熏臘肉等原因?qū)е隆?/p>

圖4繪出了不同季節(jié)的二氧化硫濃度日變化曲線。下壩和區(qū)政府二氧化硫小時濃度在四季均呈明顯的雙峰分布，其濃度從5時以后逐漸上升，在9時左右出現(xiàn)第一次高峰，隨后逐漸降低，直到17時以后又開始上升，到19時達(dá)到第二次高峰。并且冬春兩季的日變化幅度明顯高于夏秋季節(jié)，其中夏季SO2日變化幅度最小。這與目前城市地區(qū)典型二氧化硫質(zhì)量濃度日變化規(guī)律相符合［2］。黔江地區(qū)二氧化硫濃度季節(jié)變化趨勢比較明顯，冬季二氧化硫濃度明顯高于春季、夏季、秋季。SO2雙峰型日變化形成的成因，交通早晚高峰、取暖季煤炭燃燒以及24h中邊界層結(jié)構(gòu)引起的大氣擴(kuò)散能力的差異，一般在10～16時大氣湍流旺盛，水平輸送和垂直擴(kuò)散能力強(qiáng)，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這時擴(kuò)散條件非常有利于SO2稀釋、輸送；而10時前與17時后大氣相對穩(wěn)定，擴(kuò)散能力較弱，不利于SO2擴(kuò)散。而季節(jié)差異是由于排放源、大氣擴(kuò)散能力以及大氣光化學(xué)反應(yīng)的差異造成［1］。

3.3 空氣污染指數(shù)API超標(biāo)天與二氧化硫濃度變化

利用空氣污染指數(shù)法，對二氧化硫監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，獲得冬季取暖季API指數(shù)平均值超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)有26d，API指數(shù)超標(biāo)天API平均值101～139.5，SO2濃度范圍50～84μg/m3，二氧化硫超出國家二級標(biāo)準(zhǔn)天數(shù)有19d，說明API指數(shù)超標(biāo)天與高濃度SO2之間存在著十分密切的關(guān)系。冬季取暖季的風(fēng)速低，不利于大氣污染物擴(kuò)散與傳輸，容易造成SO2積累，而積累造成的高濃度SO2也會通過氣—粒轉(zhuǎn)化過程，產(chǎn)生細(xì)粒子，進(jìn)一步降低大氣能見度［3］，加劇大氣污染程度。此結(jié)果與溫天雪［4］研究結(jié)果相似，均為陰霾天不利于污染物擴(kuò)散的氣象條件導(dǎo)致SO2積累。

3.4 下壩監(jiān)測點(diǎn)冬季二氧化硫濃度持續(xù)超標(biāo)案例分析

如圖5所示，2014年1月中旬開始下壩監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)SO2持續(xù)高濃度值，其中有15d單點(diǎn)濃度值超過國家二級濃度值，雖然影響大氣污染水平的因素有很多，但是單項(xiàng)污染物濃度持續(xù)偏高出現(xiàn)往往與不利氣象條件下大氣污染物的積累效應(yīng)以及監(jiān)測點(diǎn)范圍居民生產(chǎn)生活污染物的排放有關(guān)。在冬季取暖季污染物濃度變化的天氣過程，則為近乎周期性的局地累積—清除變化特征［5］。

因此下面主要針對1月14～31日的污染過程進(jìn)行分析，尤其是結(jié)合氣象要素重點(diǎn)討論1月14～31日SO2持續(xù)偏高的成因。5～13日冷空氣活動強(qiáng)，使積累數(shù)天的SO2濃度有所降低，13日均值降低到52μg/m3，14日濃度開始上升，在14～22日SO2持續(xù)積累，地面揚(yáng)塵增大，23日最高值達(dá)183ug/m3；24～30日受冷空氣影響，地面氣壓增強(qiáng)，SO2濃度呈現(xiàn)下降趨勢，到12月30日濃度值下降到96.2μg/m3。其主要原因是：自14日開始?xì)鈮褐饾u減弱，風(fēng)速逐漸降低，持續(xù)多日的晴天，而黔江區(qū)城市最主要建成區(qū)的地形四面環(huán)山屬于“盆地”性，不利于污染的擴(kuò)撒，從而滯留在城區(qū)上空，且SO2在城東與東南有較多的居民點(diǎn)和小型加工廠排放源，從而導(dǎo)致SO2濃度單點(diǎn)上上升快且持續(xù)較高。從圖6可以看出SO2濃度變化與風(fēng)速是成反比，風(fēng)速越大污染物更容易擴(kuò)散；氣壓越穩(wěn)定越不利于SO2的擴(kuò)散，同時SO2的濃度變化還與空氣濕度有關(guān)［6］。

4 結(jié)論

通過對2014年黔江區(qū)大氣中SO2時間分布特征及風(fēng)速、風(fēng)向?qū)O2濃度影響，API指數(shù)超標(biāo)天與SO2的相互關(guān)系成因分析，得出以下結(jié)論。

（1）黔江區(qū)SO2濃度變化呈現(xiàn)冬季高、夏季低的“U”型分布；統(tǒng)計(jì)日變化呈雙峰型，并且冬春季日較差，高于夏秋季節(jié)，取暖期SO2污染依然嚴(yán)重，其濃度為非取暖期的兩倍以上。

（2）城區(qū)二氧化硫區(qū)域分布不均，污染較突出的是城東、東南片區(qū)，主要與城市建成區(qū)功能區(qū)布局和居民生產(chǎn)生活有較大關(guān)系。

（3）API指數(shù)超標(biāo)天相對容易造成SO2濃度超標(biāo)。

（4）黔江區(qū)城區(qū)SO2污染過程呈現(xiàn)周期性的局地累積—清楚特征，地形及風(fēng)速、氣壓等不利于擴(kuò)散的氣象條件；“盆地形”城區(qū)、不利于擴(kuò)散的氣象條件造成短時間SO2連續(xù)超標(biāo)。這些結(jié)論可對研究黔江區(qū)大氣中SO2濃度的變化規(guī)律控制策略提供理論支持，同時對黔江區(qū)城區(qū)大氣污染特征及污染物來源研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

［1］劉曉剛.重慶市主城區(qū)二氧化硫地面濃度場分布特征及污染防治對策研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2007.

［2］吉東升，王躍思，孫 揚(yáng)，等.北京大氣中SO2濃度變化特征［J］.氣候與環(huán)境研究，2009，14（1）：69～72.

［3］王京麗，劉旭林.北京市大氣細(xì)粒子質(zhì)量濃度與能見度定量關(guān)系初探［J］.氣象學(xué)報(bào)，2006，46（2）：221～228.

［4］溫天雪，王思躍，徐宏輝.采暖期北京大氣PM10中硫酸鹽與硫氧化率的觀測研究［J］.中國科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào)，2006（5）：584～589.

［5］孫 揚(yáng)、王躍思，劉廣仁.北京地區(qū)一次大氣環(huán)境持續(xù)嚴(yán)重污染過程中SO2的垂直分布分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2006，26（3）：408～414.

［6］林登華，沈 彪.淺析氣象條件對大氣污染時空分布的影響［J］.資源節(jié)約與環(huán)保，2015（3）：196.