鄭州市春節(jié)禁止燃放煙花爆竹前后空氣質(zhì)量狀況對(duì)比分析

馬雙良 王 楠 黃騰躍 王玲玲（河南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 河南 鄭州 450000）

鄭州市春節(jié)禁止燃放煙花爆竹前后空氣質(zhì)量狀況對(duì)比分析

馬雙良 王 楠 黃騰躍 王玲玲（河南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 河南 鄭州 450000）

結(jié)合城市空氣質(zhì)量常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、PM2.5化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)和氣象要素，分析了煙花爆竹燃放和擴(kuò)散條件對(duì)鄭州市春節(jié)空氣質(zhì)量的疊加影響。2015年鄭州市未采取禁燃措施，造成持續(xù)14h以上的重度及嚴(yán)重污染，PM10、PM2.5和SO2濃度均急速增長(zhǎng)，峰值濃度出現(xiàn)在初一凌晨1時(shí)左右，分別達(dá)到380μg/m3、271μg/m3、113μg/m3；NO2、CO和O3等氣態(tài)污染物濃度響應(yīng)不敏感；PM2.5中部分金屬元素K、As、Ba、 Cu、Pb、Sr和Cl元素濃度也受煙花爆竹影響，在春節(jié)也出現(xiàn)了當(dāng)月的峰值濃度。2016年春節(jié)開(kāi)始實(shí)施禁燃規(guī)定后，PM2.5、PM10、SO2與PM2.5化學(xué)組分出現(xiàn)急速增長(zhǎng)的特征消失，空氣質(zhì)量維持較好水平。

春節(jié)；重污染；禁燃；煙花爆竹；化學(xué)組分

1 引言

農(nóng)歷春節(jié)期間城市機(jī)動(dòng)車(chē)和人口數(shù)量驟減、大部分工地、企業(yè)停工，本地及周邊污染源排放量顯著減少，對(duì)空氣質(zhì)量改善非常有利；但是煙花爆竹集中大量燃放，會(huì)導(dǎo)致空氣質(zhì)量瞬時(shí)惡化。因此，春節(jié)期間大氣污染物的變化特征與平時(shí)秋冬季重污染天氣有很大不同。相關(guān)研究表明，燃放煙花爆竹會(huì)在短時(shí)間內(nèi)釋放大量的二氧化硫、重金屬及顆粒物等，比非燃放時(shí)期高出5倍左右。鄭州市2016年重新開(kāi)始在春節(jié)實(shí)施禁燃煙花爆竹，本文對(duì)近兩年春節(jié)期間的常規(guī)大氣污染物濃度進(jìn)行分析，探討除夕夜間煙花爆竹燃放對(duì)大氣環(huán)境的影響。2015年鄭州市處于恢復(fù)煙花爆竹燃放期，除夕夜間空氣質(zhì)量惡化顯著，期間氣象擴(kuò)散條件不利，污染物積累并難以擴(kuò)散，通常會(huì)延續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的重度或嚴(yán)重污染，危害市民身體健康，且能見(jiàn)度降低、造成出行不便。2016年實(shí)施禁燃措施后，空氣質(zhì)量和周邊燃放煙花爆竹城市成顯著差異，改善效果顯著。

2 結(jié)果分析

2.1 春節(jié)氣象總體情況

2015年與2016年春節(jié)期間鄭州市氣象狀況總體情況：均無(wú)明顯的強(qiáng)降溫、強(qiáng)降水天氣，除2015年初一溫度變化比較平穩(wěn)之外，風(fēng)速、相對(duì)濕度、氣壓的變化趨勢(shì)都較為一致，見(jiàn)圖1。按中國(guó)習(xí)俗，居民燃放煙花爆竹的時(shí)間段主要是從除夕17時(shí)晚間至初一10時(shí)，其中23時(shí)至凌晨01時(shí)燃放量最大；該時(shí)段與白天相比濕度較高、邊界層降低、大氣層結(jié)變穩(wěn)定，擴(kuò)散條件相對(duì)略差。

圖1 2015年及2016年鄭州市除夕、初一氣象要素

2.2 春節(jié)期間顆粒物濃度變化情況分析

2015年鄭州市區(qū)未采取禁放煙花爆竹的規(guī)定，除夕至初一顆粒物濃度小時(shí)變化趨勢(shì)與爆竹燃放量基本一致（圖2）。春節(jié)期間大氣擴(kuò)散條件較有利，除夕白天地面以偏東風(fēng)為主，空氣相對(duì)濕度在40%左右，PM2.5濃度維持在57-96μg/m3之間。19：00濕度增至55%左右，煙花爆竹逐步燃放，空氣污染程度隨之加重，空氣質(zhì)量級(jí)別從輕度污染上升至嚴(yán)重污染，19：00至01：00PM2.5小時(shí)平均增長(zhǎng)濃度為22μg/m3，零時(shí)左右鞭炮燃放量達(dá)到最大值，PM2.5濃度急劇攀升，并于01：00達(dá)到峰值271μg/m3，達(dá)到嚴(yán)重污染級(jí)別。此峰值持續(xù)至02：00后開(kāi)始下降，在04：00達(dá)到谷值190μg/m3，但仍處于重度污染；初一上午隨著燃放量再次增多，于08：00迎來(lái)次高峰值235μg/m3。10：00以后隨著風(fēng)力加大、濕度減小，PM2.5濃度緩慢下降至100μg/m3左右。PM10與PM2.5的變化規(guī)律基本相似，19：00至01：00PM2.5小時(shí)平均增長(zhǎng)濃度為30μg/m3，于01：00達(dá)到峰值380μg/m3，在04：00達(dá)到谷值230μg/m3，09：00達(dá)到次峰值268μg/m3。

2016年實(shí)施禁燃規(guī)定后，除夕19：00至01：00 PM2.5與PM10增長(zhǎng)速率僅為1μg/m3﹒h和3μg/m3﹒h，同時(shí)峰值消失。但在郊區(qū)由于有偷燃現(xiàn)象發(fā)生，根據(jù)鄭州市不同站點(diǎn)的空氣自動(dòng)站數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果顯示，位于郊區(qū)的供水公司和崗李水庫(kù)站點(diǎn)自除夕夜間至早上顆粒物濃度均明顯高于市區(qū)站點(diǎn)（圖3）。但整體來(lái)說(shuō)，除夕至初一未出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的中度及以上污染，基本維持在良至輕度污染的水平。

2.3 氣態(tài)污染物濃度變化情況分析

煙花爆竹燃放對(duì)不同大氣污染物影響存在明顯差別。SO2的濃度響應(yīng)最為明顯；2015年春節(jié)空氣相對(duì)濕度低于60%的情況，SO2與顆粒物的增長(zhǎng)趨勢(shì)一致，峰值濃度為113μg/m3。而2016年初一凌晨時(shí)刻SO2濃度值較高的原因可能是受當(dāng)天局部排放源或者偷燃煙花爆竹引起的。

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，NO2濃度與1、2月份均值相比，有明顯的降低，這是由于NO2主要來(lái)源為機(jī)動(dòng)車(chē)，在節(jié)假日期間機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量大大減少。其濃度隨著煙花爆竹的燃放量增多并沒(méi)有立即上升，未出現(xiàn)明顯的峰值，且濃度浮動(dòng)也沒(méi)有一致的規(guī)律性（圖2）。

圖2 2015年及2016年除夕至初一污染物六因子濃度變化曲線

CO濃度受長(zhǎng)時(shí)間排放積累影響較大，兩年的小時(shí)值均比較穩(wěn)定，日變化趨勢(shì)不明顯，受煙花爆竹燃放量干擾較小。

O3是通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，入夜之后濃度會(huì)降低，這與非燃放煙花爆竹期間趨勢(shì)一致，因此燃放煙花爆竹對(duì)O3濃度影響不大。

2.4 PM2.5中化學(xué)成分變化情況分析

圖4圖5選取了兩年春節(jié)前后20d左右的PM2.5中部分元素的小時(shí)濃度變化趨勢(shì)。2015年初一（公歷2月19日） 凌晨K、As、Ba、Cu、Pb、Sr和Cl濃度出現(xiàn)了明顯的峰值。其中，K與Cl的質(zhì)量濃度在19日0：00分別達(dá)到了41.3μg/m3與24.1μg/m3，分別為當(dāng)月月均濃度的11.9倍和5.5倍，大幅增加的原因是煙花爆竹主要成分中含有高氯酸鉀和其他氯酸鹽。同時(shí)，As、Ba、Cu、Pb、Sr在19日零時(shí)也達(dá)到了當(dāng)月 的 峰 值 ， 分 別 為 0.417、3.257、0.565、1.325、1.101μg/m3，為當(dāng)月均濃度平均值的5.9、25.1、17.1、8.7、19.3倍。金屬濃度升高的主要原因是：為了在煙花爆竹燃放時(shí)形成鮮艷明亮的顏色，會(huì)在其成分中添加金屬或重金屬鹽類(lèi)。上述七種元素19日0：00質(zhì)量濃度之和占PM2.5小時(shí)質(zhì)量濃度的百分比為31.9%，與2月非煙花爆竹燃放期間平均占比8%相比，有顯著上升。而2016年春節(jié)期間，金屬與氯濃度并沒(méi)有明顯的峰值出現(xiàn)，在初一0：00的濃度值反而比月均濃度有所下降，這是由于春節(jié)期間污染排放量減小，同時(shí)無(wú)煙花爆竹燃放，顆粒物濃度值較低，致使氣溶膠中各項(xiàng)元素的含量也隨之減小。

圖3 2016年除夕至初一鄭州市四站點(diǎn)顆粒物濃度變化曲線

表1 2015年與2016年初一零時(shí)各項(xiàng)元素小時(shí)平均濃度與2月月均濃度

圖4 2015年2月PM2.5中部分金屬與氯離子小時(shí)平均濃度變化曲線

圖5 2016年2月PM2.5中部分金屬與氯離子小時(shí)平均濃度變化曲線

3 結(jié)論

（1）2015年春節(jié)期間，PM10、PM2.5、SO2的濃度對(duì)燃放煙花爆竹的量呈正相關(guān)，除夕夜間三種污染物濃度瞬間上升并于凌晨達(dá)到峰值380μg/m3，271μg/m3，113μg/m3，且濃度變化規(guī)律與煙花爆竹燃放量保持一致。燃放煙花爆竹量對(duì)NO2、CO與O3濃度響應(yīng)不明顯。

（2）實(shí)施禁燃規(guī)定后，雖然郊區(qū)有偷燃現(xiàn)象發(fā)生，但整體改善效果顯著，PM2.5、PM10與SO2的濃度凸升的現(xiàn)象得到遏止。

（3）與非燃放期相比，燃放期間PM2.5中K、As、Cu、Pb、Sr和Cl等成分的質(zhì)量濃度迅速增長(zhǎng)，并在春節(jié)凌晨達(dá)到當(dāng)月的峰值，分別為當(dāng)月均濃度平均值的11.9、5.9、25.1、17.1、8.7、19.3和5.5倍。這與煙花爆竹主要成分中含有鉀鹽、氯酸鹽和其他金屬化合物等有關(guān)。

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Comparative Analysis of Air Quality Before and After Fireworks Prohibition in ZhengZhou City During the Spring Festival

MaShuangliang（Environment Monitoring Center of HeNan Province ZhengZhou HeNan 450000）

Monitoring data of air quality，chemical components of PM2.5and meteorological factors were applied to analyse the effect of firework burning and diffusion condition on the air quality of ZhengZhou city in Spring Festival.When firework prohibition measure was not taken in 2015，the result was heavy pollution or severe pollution in more than 14 hours.The concentration of PM10、PM2.5and SO2increased rapidly and peak concentration appeared at 01：00 a.m.in the Spring Festival which reached 380μg/m3，271μg/m3and 113μg/m3respectively.The concentration of gaseous pollutants such as NO2，CO and O3was not sensitive to firework burning.Burning of firework also had a significant impact on the concentration of K、As、Ba、Cu、Pb、Sr and Cl which reached the peaks in January.When firework prohibition measure was taken in 2016，the characteristics of rapid growth in the concentration of PM10、PM2.5and SO2and chemical components of PM2.5disappeared and air quality maintained in a good level.

Spring festival Serious pollution Fireworks prohibition Chemical component

X511

A

1674-263X（2017）03-0025-05

2017-09-20

馬雙良（1990-），碩士，主要從事重污染天氣分析和預(yù)報(bào)預(yù)警工作。