濟南市大氣污染物“春節(jié)效應”特征

周姣姣，吳泉源

(山東師范大學，山東 濟南 250300)

受傳統(tǒng)習俗影響，春節(jié)期間人民生產(chǎn)、生活、出行時間及方式會發(fā)生較大轉(zhuǎn)變，大氣污染物的濃度變化特征與日常相比具有明顯的獨特性。且煙花爆竹燃放量的急劇增加致使部分大氣污染物濃度在短時間內(nèi)迅速攀升，造成嚴重環(huán)境污染問題，形成“春節(jié)效應”。這些大氣污染物不僅會通過沉降對土壤系統(tǒng)產(chǎn)生危害[1]，且會通過影響太陽輻射的吸收和散射改變局部氣候[2]，還會降低大氣能見程度影響人類出行[3]，甚至可以通過影響人類生存環(huán)境對人體健康產(chǎn)生直接或長期的危害[4]。

針對大氣污染物的“春節(jié)效應”特征，現(xiàn)已有不少學者對其進行了相關的探討研究。韓余等[5]利用觀測資料以及TAMP模式模擬分析氣象條件對重慶主城區(qū)2006年春節(jié)期間中度污染日的影響。陳欣等[6]采用虛擬變量回歸，隨機效應模型等計量方法對31個城市的多項指標數(shù)據(jù)進行分析，認為中國城市空氣質(zhì)量存在較強的春節(jié)效應。耿紅等[7]采用小波分析等多種方法對太原市污染物的變化特點及來源進行了分析，且就PM2.5濃度對其9個監(jiān)測站點進行聚類。周兆媛等[8]利用相關分析法和主成分回歸分析法分析了氣象因素與污染物濃度變化的相關性。還有不少學者采用不同方法就春節(jié)期間煙花爆竹的燃放對空氣污染物濃度變化的影響進行了專門的分析[9-10]。綜合來看，有關城市空氣污染變化規(guī)律及原因方面已形成一定的理論基礎，但缺乏對在空間上的聚集規(guī)律的定量研究。本文以濟南市天橋區(qū)、歷下區(qū)、市中區(qū)、槐蔭區(qū)、歷城區(qū)作為研究對象，從時空2方面對大氣污染物在春節(jié)期間的變化特點進行分析，明確其“春節(jié)效應”的特征表現(xiàn)，展現(xiàn)城市污染狀況，為空氣污染防治提供科學參考，以便有針對性地解決大氣污染問題。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

本文研究所采用的PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3的6項污染物濃度數(shù)據(jù)為濟南市國控監(jiān)測站點(圖1)公布的2014年至2016年數(shù)據(jù)(機床二廠及魯能監(jiān)測站數(shù)據(jù)欠缺)。主要通過山東省城市環(huán)境空氣質(zhì)量信息發(fā)布系統(tǒng)(http://58.56.98.78：8801/airdeploy.web/AirQuality/MapMain. aspx)及中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺(http://www.aqistudy.cn/)整理匯總獲得?？紤]到這3年的法定休假時間，剔除可能作為工作日的正月初七，最終選取2014年1月30日至2月5日、2015年2月18日至2月24日以及2016年2月7日至2月13日作為春節(jié)期間觀測時段，用于分析污染物時間變化特征。采用反距離權重法對各項污染物濃度進行插值，直觀呈現(xiàn)其空間分布差別。并通過聚類分析對監(jiān)測站點進行分類，明確哪些監(jiān)測站點具有相似的污染狀況。實現(xiàn)從時空2方面分析探究春節(jié)期間大氣污染物變化的共同特征。

圖1 濟南市國控監(jiān)測站點的位置分布

2 結(jié)果與分析

2.1 時間特征

2.1.1 逐日變化特征

由于大氣污染物濃度高低受到污染源和氣象因素2方面的影響，不同年份之間其具體特征表現(xiàn)不同。除夕、初一與初五受習俗影響，煙花爆竹燃放量較大，部分污染物濃度顯著上升，污染狀況較為嚴重。但受具體氣象因素及相關政策影響，污染物濃度變化規(guī)律并不一致。具體來看，2014年春節(jié)前期由于冷暖氣團交替，污染物擴散條件差，且煙花爆竹大量集中燃放，造成嚴重污染，致使除夕至初二期間主要污染物濃度處較高水平。初三后受強冷空氣影響，風速加大，大氣污染物濃度降低。與2014年相比，2015年及2016年春節(jié)期間煙花爆竹燃放量有所減少(圖2)。這主要是由于日益嚴峻的環(huán)境污染形勢使得人民的環(huán)保意識不斷提高，相關部門為解決空氣污染問題積極開展大氣污染防治行動，發(fā)表環(huán)保倡議，在一定程度上控制了污染源排放量，緩解大氣污染問題。2015年春節(jié)期間由于污染物擴散條件較好，污染程度有所降低，空氣質(zhì)量得到改善。且初二至初三因受降水影響，空氣中的污染物沉降至地面，與春節(jié)期間其他時期相比污染物濃度處較低水平。初六因受霧霾天氣影響，污染物呈現(xiàn)一定聚集。2016年春節(jié)期間由于煙花爆竹燃放量明顯減少，氣象擴散條件良好，除夕至初三間污染物濃度始終保持較低水平。但初四和初五間受空氣相對濕度加大、風速減小等不利因素影響，污染物濃度升高。初六的降水及大風天氣為污染物沉降擴散提供良好條件，空氣質(zhì)量得以回升。綜合3年數(shù)據(jù)，PM2.5與PM10的春節(jié)期間污染物濃度逐日變化特征大體相似，除夕至初一呈上升趨勢，初一至初六呈波動下降趨勢。SO2具有波浪式起伏特征，初一及初五到達平均濃度高峰。NO2在初一至初五期間變化幅度不大，在初五至初六下降明顯，降至低谷。CO在初一至初三期間平均濃度值較高，初五時略微上升。O3濃度變化特征較為獨特，波動性大，除夕至初二及初四至初五期間呈現(xiàn)明顯下降趨勢，初三至初四及初五至初六濃度略有回升。

2.1.2 逐時變化特征

由于除夕夜晚至次日初一期間是煙花爆竹燃放的高峰時期，污染物變化特征明顯，故選取2016年2月7日17:00至8日10:00作為研究時段進行探討分析。由圖3可以看出，PM2.5與PM10的濃度變化規(guī)律較為一致，且與煙花爆竹燃放時間具有同步性。在17：00起二者濃度逐漸上升，在2月7日20：00—22：00達到第一個高峰，隨后污染物濃度有所下降。在2月8日凌晨2:00處污染物濃度急劇攀升，到達第二個峰值，此時達到監(jiān)測時段內(nèi)最高濃度。污染物濃度在2:00至3:00迅速下降，PM2.5與PM10濃度分別降低66 μg·m-3和114 μg·m-3，隨后呈緩慢上升趨勢。SO2濃度變化與PM相比有所不同，其第一個污染物濃度高峰值出現(xiàn)在2月7日19:00，在2月8日凌晨1：00處達到第二高峰，污染物濃度達到最高。其峰值出現(xiàn)時間與PM2.5、PM10相比早1 h，煙花爆竹燃放對其影響的即時性較強。NO2濃度在2月7日19：00處達到第一個峰值，污染物濃度高達34 μg·m-3。隨后污染物濃度逐漸下降，2月8日凌晨2:00—3:00達到最低值。之后污染物的濃度逐漸回升，在2月8日8:00處達到第二高峰。峰值出現(xiàn)時間與煙花爆竹燃放時段并不一致，與其相關性較小。CO與SO2濃度變化曲線的多個拐點出現(xiàn)時間較為一致，但峰值時間略有不同，分別為2月7日19：00、24：00及2月8日7:00。且污染物濃度變化曲線起伏較小，可看出煙花爆竹燃放對其濃度變化影響較小。除O3外其他污染物濃度因受市民出行及爆竹燃放的雙重影響，皆于2月8日晨間出現(xiàn)了新的高峰值。與其他污染物相比，O3具有獨特的變化特征，其低峰出現(xiàn)時間與SO2高峰時期較為一致，整體呈現(xiàn)波動下降趨勢。各項污染物濃度逐時變化特征的不一性在一定程度上是由污染來源存在差別及化學反應速度不同所導致的[11]。

圖2 2014—2016年春節(jié)期間各污染物濃度的逐日變化

2.2 空間特征

2.2.1 空間分布差異性

圖3 2016年除夕至正月初一各污染物濃度的逐時變化

為凸顯重點污染區(qū)域，直觀呈現(xiàn)污染物濃度空間分布特征，以便針對性控制大氣污染來源，運用反距離權重法對春節(jié)期間各項污染物平均污染濃度進行空間插值。由圖4可知，PM2.5、PM10及SO2的空間分布規(guī)律較為一致，有2處明顯污染集聚核心，污染物濃度自西北向東南逐漸降低，西部污染程度高于東部。具體到各分區(qū)來說，天橋區(qū)、槐蔭區(qū)、市中區(qū)西北部、歷城區(qū)西北部污染嚴重，且歷下區(qū)西部PM10及SO2濃度水平較高。其中，農(nóng)科所、寶勝電纜2處監(jiān)測站點的3項污染物均處高濃度水平。NO2濃度的空間分布具有一定對稱性，中北部污染程度較重，南部較輕。且歷城區(qū)西北部及歷下區(qū)西北部污染物濃度較高。CO濃度呈現(xiàn)南北高，中部低的分布特點。其中，歷城區(qū)西北部及東南部污染物濃度水平較高。在各監(jiān)測站中泉城廣場及寶勝電纜監(jiān)測站的NO2、CO濃度值均處較高水平。O3的空間分布特征表現(xiàn)為西北及東南處污染物濃度較高，東北及西南處濃度較低。天橋區(qū)及歷下區(qū)南部、歷城區(qū)東南部污染物較為集聚。且各監(jiān)測站中，化工廠監(jiān)測站O3濃度最高，而5項污染物濃度均處較高水平的寶勝電纜監(jiān)測站O3濃度較低。

2.2.2 監(jiān)測站點對比聚類分析

為明確各監(jiān)測站點間的污染特征共性，選取2016年除夕當日各項污染物平均濃度作為依據(jù)，對各監(jiān)測站點進行對比聚類分析。綜合考慮6項污染物日均濃度，16個監(jiān)測站總體可分為4大類。省種子倉庫、市監(jiān)測站、泉城廣場、藍翔技校、長清大學城、長清區(qū)黨委校歸為一類。前3個監(jiān)測地理位置相近且NO2濃度差值較小。后2個監(jiān)測站空間距離較小，且PM2.5及SO2污染物濃度值較為相近。藍翔技校雖與同類內(nèi)的其他監(jiān)測站距離較遠，但彼此間多項污染物濃度量差距較小。開發(fā)區(qū)、山東建筑大學、高新學校、商職學院、山東經(jīng)濟學院、科干所、跑馬嶺歸為一類。前5個監(jiān)測站的PM2.5濃度值相近，前4個監(jiān)測站的PM10濃度與科干所相似，且科干所與山東建筑大學、商職學院的CO濃度相仿。跑馬嶺作為清潔對照點，其PM2.5、PM10及NO2濃度值較低，但其O3濃度較高，與山東建筑大學、高新學校、商職學院、山東經(jīng)濟學院的監(jiān)測數(shù)值類似。農(nóng)科所與寶勝電纜歸為一類，2處監(jiān)測站污染較為嚴重，在PM10、SO2及O3濃度值方面較為一致，污染狀況較嚴峻?；S單獨為一類，其PM10濃度值較高，O3濃度遠高于其他站點，污染嚴重，具有明顯的區(qū)域特性。

圖4 2016年春節(jié)期間各污染物濃度的空間分布

3 小結(jié)

因受具體氣象因素及相關政策影響，不同年份、不同污染物在春節(jié)期間污染物濃度逐日變化特征表現(xiàn)不同。依據(jù)2014—2016年數(shù)據(jù)，可以看出：PM2.5與PM10在除夕至初一間呈上升趨勢，初一至初六間呈下降趨勢。SO2具有波浪式起伏特征，初一及初五濃度水平高。NO2在初一至初五期間變化幅度不大，初六降至低谷。CO在初一至初三濃度值較高，初五時略微上升。O3濃度變化波動性較大。

PM2.5與PM10逐時變化特征較為一致，且與煙花爆竹燃放時間具有同步性。SO2濃度峰值出現(xiàn)時間比PM2.5、PM10早，煙花爆竹燃放對其影響的即時性較強。NO2峰值出現(xiàn)時間與煙花爆竹燃放時段并不一致，與其相關性較小。CO與SO2多個拐點出現(xiàn)時間較為一致，但峰值時間略有不同且曲線起伏程度較小，煙花爆竹燃放對其濃度變化影響較小。O3變化特征獨特，其低峰時間與SO2高峰時期較為一致，整體呈現(xiàn)波動下降趨勢。

PM2.5、PM10及SO2的空間分布規(guī)律較為一致，有2處污染集聚核心，自西北向東南污染物濃度逐漸降低，西部污染高于東部。NO2濃度的空間分布具有一定對稱性，中北部污染程度較重。CO濃度呈現(xiàn)南北高，中部低的分布特點。O3的空間分布特征表現(xiàn)為西北及東南處污染物濃度較高，東北及西南處濃度較低。

綜合考慮6項污染物日均濃度，16個監(jiān)測站總體可分為省種子倉庫、市監(jiān)測站、泉城廣場、藍翔技校、長清大學城、長清區(qū)黨委校；開發(fā)區(qū)、山東建筑大學、高新學校、商職學院、山東經(jīng)濟學院、科干所、跑馬嶺；農(nóng)科所與寶勝電纜；化工廠4大類。

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