典型城市空氣污染特征對比分析

燕 麗，杜小申

（1.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012；2.鄭州大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，環(huán)境科學(xué)研究院，河南鄭州 450001）

近年來隨著世界工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，化石燃料的大量消耗，一系列環(huán)境問題逐漸凸顯出來[1-3]。有研究表明，過高的SO2、NO2、PM2.5及PM10濃度會提升人類循環(huán)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)的發(fā)病率[4-8]。隨著人們對空氣質(zhì)量狀況的逐漸關(guān)注[9,10]，空氣質(zhì)量的改善已經(jīng)成為當(dāng)前亟需解決的關(guān)鍵問題。但我國地域廣闊，各地空氣污染特征差異大[11-14]，污染成因也不盡相同[15-19]，這給空氣污染防治帶來了諸多困難。聊城市為京津冀大氣污染傳輸通道“2＋26”城市之一，是典型的北方污染程度較重城市；而寧波市地處東南沿海，位于長三角南翼，是長江經(jīng)濟(jì)帶126個(gè)城市之一，屬于典型的南方空氣質(zhì)量相對較好的城市。國際環(huán)保組織綠色和平與上海閔行區(qū)青悅環(huán)保信息技術(shù)服務(wù)中心聯(lián)合發(fā)布的《2016年中國366個(gè)城市PM2.5濃度排名》中，聊城市的PM2.5濃度排在第9位，而寧波市的PM2.5濃度則位于第241位（排名按照PM2.5濃度從高到低的順序排列）。因此選取寧波市與聊城市為案例，分析南北城市空氣污染特征與治理防治策略差異，具有重要意義。本文將從各項(xiàng)污染物濃度變化、首要污染物差異、重度污染變化、季節(jié)性特征以及污染類型等幾個(gè)方面對聊城市和寧波市的空氣污染狀況進(jìn)行研究，歸納產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、地理位置與擴(kuò)散條件等影響因素，進(jìn)而得出南北城市在大氣污染防治方面的重點(diǎn)問題與相應(yīng)策略。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

聊城市（115°16′E～116°32′E、35°47′N～37°02′N）位于山東省西部，是橫跨冀、魯、豫三省的最大交通物流樞紐，是山東省重要的工業(yè)城市，主要以有色金屬和化工為支柱產(chǎn)業(yè)。聊城地處黃河故道，降塵量較大，屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有顯著的季節(jié)變化和季風(fēng)氣候特征，屬半干旱大陸性氣候。春季干旱多風(fēng)，回暖迅速，光照充足，輻射強(qiáng)；夏季濕熱多雨，雨熱同步；秋季天高氣爽，氣溫下降快，輻射減弱；冬季寒冷干燥，雨雪稀少，常有寒流侵襲。主要依靠燃煤供暖，全年供暖期為四個(gè)月（11月15日至次年3月15日）。

寧波市（120°55′E～122°16′E、28°51′N～30°33′N）地處東南沿海，位于中國大陸海岸線中段，屬于典型的江南水鄉(xiāng)兼海港城市，主要以化工、紡織服裝和機(jī)械工業(yè)為三大支柱產(chǎn)業(yè)。寧波市地處寧波平原，緯度適中，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，溫和濕潤，四季分明。寧波市位于“秦嶺—淮河”以南，無集中供暖期。

1.2 數(shù)據(jù)來源

聊城市和寧波市近年來年均 ρ（SO2）、ρ（NO2）、ρ（PM2.5）及ρ（PM10）數(shù)據(jù)分別來源于聊城市和寧波市2013—2016年空氣質(zhì)量公告。聊城市重度污染及首要污染物數(shù)據(jù)來源于聊城市環(huán)境保護(hù)局，聊城市各縣（市）空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)來源于聊城市環(huán)境保護(hù)局；寧波市重度污染及縣（市）空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)來源于寧波市2013—2016年空氣質(zhì)量公告，首要污染物數(shù)據(jù)來源于寧波市環(huán)境保護(hù)局。

2 環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

2.1 各項(xiàng)污染物濃度

圖1 2013—2016年兩市SO2、NO2、PM10和PM2.5年均濃度對比

圖2 近年來聊城市首要污染物天數(shù)

以國家空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱二級標(biāo)準(zhǔn)）為依據(jù)判斷兩市歷年大氣污染物的達(dá)標(biāo)情況，年均ρ(SO2)、ρ(NO2)和 ρ(PM2.5)二級標(biāo)準(zhǔn)值分別為 60μg/m3、40μg/m3和35μg/m3。2013—2016年兩市各項(xiàng)污染物濃度見圖1，可見2013—2016年兩市各項(xiàng)污染物年均濃度均呈下降趨勢。2016 年聊城市 ρ(SO2)為 31μg/m3、ρ(NO2)為 41μg/m3，較2013年分別下降54%和24%，其中ρ(SO2)已低于二級標(biāo)準(zhǔn)限值，NO2濃度也已經(jīng)趨近二級標(biāo)準(zhǔn)限值。而NO2主要由化石燃料的利用以及機(jī)動車排放而來。聊城市機(jī)動車保有量大，尤其是重型貨車保有量大，且呈逐年增長趨勢，其對于聊城市氮氧化物排放貢獻(xiàn)突出。此外，聊城市又是我國重要的交通樞紐，過境車輛對其貢獻(xiàn)也不容忽視?？梢婋S著聊城市城市化進(jìn)程的加快和機(jī)動車保有量的增加，以金屬冶煉業(yè)等重工業(yè)為主的工業(yè)結(jié)構(gòu)和以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)[20]尚未改善，當(dāng)?shù)刂鸩匠尸F(xiàn)出煤煙型污染與機(jī)動車尾氣污染共存的復(fù)合型大氣污染特征。2016年聊城市ρ(PM2.5)為86μg/m3，較2013年下降34%，但仍超出二級標(biāo)準(zhǔn)限值1.46倍。2016 年寧波市 ρ(SO2)為 13μg/m3、ρ(NO2)為 39μg/m3、較2013年分別下降41%和11%，且均已低于二級標(biāo)準(zhǔn)限值。可見隨著寧波市大氣污染治理工作的大力開展，其傳統(tǒng)煤煙型污染已得到有效控制。2016年寧波市 ρ(PM2.5)為 39μg/m3，超出二級標(biāo)準(zhǔn)11%，但ρ(O3)近年來逐漸增高，尤其是夏季表現(xiàn)更為突出，2013年O3超標(biāo)17天，2016年O3超標(biāo)26天。對比兩市污染物濃度差異，根據(jù)美國環(huán)境學(xué)家提出的環(huán)境庫茲涅茨曲線理論[21]以及虞依娜等對中國環(huán)境庫茲涅茨曲線研究進(jìn)展的總結(jié)[22]，本文認(rèn)為兩市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異可能是造成兩市污染物濃度差異較大的一個(gè)重要原因。

2.2 首要污染物

近年來聊城市首要污染物天數(shù)變化見圖2。由圖2可知，近年來聊城市以PM2.5和PM10為首要污染物的污染天數(shù)均呈下降趨勢，而以O(shè)3為首要污染物的污染天數(shù)逐年增加，2016年聊城市以O(shè)3為首要污染物天數(shù)上升至84天，占總污染天數(shù)的23%，較2013年增長15.8倍。2016年聊城市以PM2.5為首要污染物天數(shù)共計(jì)185天，占總污染天數(shù)的51%，可見近年來聊城市首要污染物仍然主要為PM2.5，而以O(shè)3為首要污染物的污染天數(shù)雖然占比較小，但呈逐年增加態(tài)勢。

近年來寧波市首要污染物見圖3，可見寧波市2013年與2014年的首要污染物主要以PM2.5為主，而2015年以來以O(shè)3為首要污染物天數(shù)均大于以PM2.5為首要污染物的天數(shù)，說明寧波市O3污染問題已經(jīng)逐漸凸顯出來。而對流層O3污染一般是由VOC及NOx等前體物轉(zhuǎn)化而來[23]，說明寧波市空氣污染呈現(xiàn)出明顯的二次污染特征。此外，通過對寧波市VOC排放清單的研究，發(fā)現(xiàn)化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)中的合成材料制造是寧波市2010年VOC排放量最高的行業(yè)，占VOC總量的18.6%，占工業(yè)源總排放的30%，石油加工業(yè)中精煉石油產(chǎn)品的制造位于第二位，占2010年VOC總排放量的13.1%，占工業(yè)源總排放的21.1%[24]。可見，化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)和石油加工業(yè)較多的VOC排放是寧波市O3污染的主要原因。對比兩市污染類型與主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)差異，推斷造成兩市首要污染物不同的主要原因可能是兩市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的差異。

2.3 重污染天數(shù)

圖4為近年來聊城市與寧波市重度污染及以上天數(shù)對比。聊城市位于黃河故道，常年風(fēng)沙較大，秋冬季常發(fā)生重污染天氣。不過自2014年以來，經(jīng)過聊城市人民的不懈努力，重污染天數(shù)明顯減少，尤其是嚴(yán)重污染天數(shù)明顯減少，2016年聊城市重污染天數(shù)為36天，較2013年下降47%，嚴(yán)重污染天數(shù)為4天，較2013年減少91%。同時(shí)，2016年聊城市重度污染天數(shù)基數(shù)仍然較大，空氣質(zhì)量形勢不容樂觀；寧波市地理位置優(yōu)越，且當(dāng)?shù)孛癖妼τ诃h(huán)境保護(hù)的意識較強(qiáng)，城市管理水平較好，空氣質(zhì)量相對較好，且呈逐年改善趨勢。此外，寧波市自2014年起已無嚴(yán)重污染天氣發(fā)生，2016年已無重度污染天氣發(fā)生。根據(jù)環(huán)境庫茲涅茨曲線理論，兩市這種重污染天數(shù)的差異可能也是兩市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同，所處發(fā)展階段的差異導(dǎo)致的。

2.4 季節(jié)性特征

聊城市空氣質(zhì)量狀況呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性特征，如圖5所示，2013—2016年秋冬季ρ(PM2.5)較春夏季高74%。2016年聊城市空氣質(zhì)量已經(jīng)明顯改善，但秋冬季ρ(PM2.5)仍高達(dá)108μg/m3。這可能是我國北方秋冬季采暖過程大量的化石燃料（尤其是煤炭）燃燒以及夏季較為集中的降雨造成的[25-27]。

寧波市雖然年均ρ(PM2.5)較低，也不存在集中供暖期，但也呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性特征。如圖6所示，2013—2016年秋冬季PM2.5平均濃度較春夏季高76%。2016年寧波市秋冬季 ρ(PM2.5)為 47.5μg/m3，較 2016 年年均 ρ(PM2.5)高出22%。

可見兩市ρ(PM2.5)均呈現(xiàn)較強(qiáng)的季節(jié)性差異，且秋冬季濃度均高出春夏季70%以上，這種情況可能是秋冬季混合層高度降低造成的[28]。

3 影響因素差異分析

3.1 經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異

近年來，聊城市經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，從2010年到2016年，地區(qū)生產(chǎn)總值由1 606.5億元上升至2 859.2億元，增長速率呈下降趨勢，由2010年的18.6%下降至2015年的5.8%，2016年有回升趨勢，為7.3%。2016年聊城市人均生產(chǎn)總值67 706元，按年均匯率折算為10 193美元[29]。

圖3 近年來寧波市首要污染物天數(shù)

圖4 近年來聊城市與寧波市重度污染及以上天數(shù)對比

圖5 聊城市近年來分季節(jié)PM2.5平均濃度

圖6 寧波市近年來分季節(jié)PM2.5平均濃度

寧波市經(jīng)濟(jì)總量較大，2016年地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)8 541.1億元，2012—2016年增長速度總體呈小幅下降趨勢，增速穩(wěn)定在7.5%左右。2016年寧波市人均生產(chǎn)總值108 804元，按年均匯率折算為16 380美元[30]。

對比兩市經(jīng)濟(jì)總量及人均生產(chǎn)總值，可見聊城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對滯后，城市建設(shè)及管理水平相對較差。不同研究表明，我國環(huán)境庫茲涅茨曲線“拐點(diǎn)”將在人均國民收入達(dá)到5 000—20 000美元區(qū)間到來，而聊城市相對落后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平可能是其污染物濃度相對較高以及重度污染天數(shù)較多的一個(gè)重要人為因素。

3.2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)差異

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是影響城市空氣質(zhì)量狀況的關(guān)鍵因素。近五年來聊城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)并未發(fā)生根本性變化，依然是以第二產(chǎn)業(yè)為主，第三產(chǎn)業(yè)次之，第一產(chǎn)業(yè)最低，但第三產(chǎn)業(yè)比例呈逐年上升趨勢。聊城市近年來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)狀況見圖7，2016年聊城市第一、二、三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例為11.8∶49.5∶38.7，同年山東省的三產(chǎn)比值為7.3∶45.4∶47.3，可見聊城市目前第三產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)低于全省平均，而第一、二產(chǎn)業(yè)占比明顯高于全省。此外，2016年輕、重工業(yè)比例分別為28.7%和71.3%。從2013年開始，重工業(yè)占工業(yè)總產(chǎn)值的比例較大且逐步增加，由62.7%上升到71.3%。以山東信發(fā)集團(tuán)為代表的大型金屬冶煉企業(yè)與以魯西化工集團(tuán)為代表的化工企業(yè)占據(jù)了第二產(chǎn)業(yè)的較大比重。

寧波市近年來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)狀況見圖8，可見，近年來寧波市第一產(chǎn)業(yè)占比保持穩(wěn)定，第二產(chǎn)業(yè)占比在2013—2015年呈下降趨勢，2016年稍有回升，而第三產(chǎn)業(yè)占比呈明顯增長趨勢。2016年寧波市三次產(chǎn)業(yè)之比為3.6︰49.6︰46.8。2012年寧波工業(yè)中產(chǎn)值前十位產(chǎn)業(yè)依次是石油加工（12.5%）、電器機(jī)械（11.7%）、化學(xué)工業(yè)（10.4%）、電子通信（7.1%）、電力熱力（7%）、通用設(shè)備（5.6%）、服裝（4.9%）、汽車（4.9%）、黑色金屬（4.6%）和有色金屬（4.3%）[31]，可見寧波市工業(yè)結(jié)構(gòu)中，以石油化工和電器機(jī)械為代表的重工業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位。

對比兩市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，可見差異明顯：聊城市第一產(chǎn)業(yè)占比明顯偏高，第二產(chǎn)業(yè)差異不大，第三產(chǎn)業(yè)差異明顯但差距正在逐步縮小。而兩市較高的第二產(chǎn)業(yè)占比尤其是重工業(yè)占比也決定了兩市較大的能源消耗量與污染物排放量，但兩市重工業(yè)中組成結(jié)構(gòu)又有較大差異，聊城市以有色金屬冶煉與化工為支柱產(chǎn)業(yè)，排放的污染物以細(xì)顆粒物為主，而寧波市以石油化工與化學(xué)工業(yè)等為主的工業(yè)以VOCs排放為主。因此，兩市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)差異成為首要污染物差異的主要人為因素。

3.3 地理位置及擴(kuò)散條件差異

聊城市位于沂蒙山西北部、華北平原中部，而華北平原空氣質(zhì)量通常呈現(xiàn)不同程度的污染特征。在重污染天氣頻發(fā)的秋冬季，我國以西北風(fēng)偏多，隨著距離的增加，風(fēng)速逐漸減小，到達(dá)聊城市時(shí)已經(jīng)相當(dāng)微弱，而聊城市東南部是連綿起伏的沂蒙山，又阻止了污染物的稀釋和擴(kuò)散，易造成污染物的累積。此外，聊城市周圍的邯鄲、菏澤、濮陽、德州等市均易發(fā)生污染物的累積，而這些城市之間又容易發(fā)生污染物的傳輸，這在一定程度上加劇了當(dāng)?shù)氐奈廴緺顩r[32,33]。而寧波市地處我國海岸線中段、長江三角洲南翼，污染物擴(kuò)散條件較好，環(huán)境容量較大。而這種擴(kuò)散條件的差異在污染物排放總量與污染物年均濃度的對應(yīng)關(guān)系上表現(xiàn)尤為顯著。

圖7 2013—2016年聊城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)狀況

圖8 2013—2016年寧波市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)狀況

聊城市近年來積極推進(jìn)氣代煤、電代煤工程，加強(qiáng)重型柴油車監(jiān)管力度，認(rèn)真落實(shí)煤炭壓減任務(wù)，主要大氣污染物減排效果顯著。2016年聊城市SO2、NOx、煙粉塵的排放量分別為6.30萬噸、7.40萬噸及1.73萬噸[34]。近年來寧波市全面推進(jìn)工程減排、結(jié)構(gòu)減排和監(jiān)管減排，深入開展各類污染防治，強(qiáng)化環(huán)境監(jiān)管，主要大氣污染物減排成效明顯。2016年寧波市SO2、NOx、煙粉塵排放量分別為5.02萬噸、6.76萬噸和2.68萬噸[35]。對比兩市污染物排放總量，可見兩市二氧化硫及氮氧化物排放量較為接近，而聊城市2016年煙（粉）塵排放量僅為同年寧波市的65%，但2016年聊城市PM2.5濃度達(dá)到了寧波市的2.2倍，可見擴(kuò)散條件對城市空氣質(zhì)量的影響巨大。因此，兩市地理位置及擴(kuò)散條件的差異便成為兩市空氣質(zhì)量差異較大的一個(gè)重要客觀因素。

對兩市污染影響因素進(jìn)行歸納，聊城市較低的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是導(dǎo)致聊城市較高的污染物濃度以及較多的重污染天數(shù)的人為因素；而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的差異是導(dǎo)致兩市首要污染物不同的人為因素；地理位置與擴(kuò)散條件差異是導(dǎo)致兩市空氣質(zhì)量差異的客觀因素。

對兩市區(qū)域差異性（數(shù)據(jù)均為2016年值）進(jìn)行總結(jié)，見表1。

表1 南北區(qū)域差異性匯總

4 對策建議

對比兩市污染的影響因素，可知今后兩市的工作重點(diǎn)也有較大差異。聊城市要把控制對象從以往的只關(guān)注高架源治理轉(zhuǎn)變?yōu)槿骈_展固定源、移動源、面源等多污染源綜合防治，強(qiáng)化固定源排污許可證管理，建立車—油—路全過程移動源綜合防治體系，創(chuàng)新管理機(jī)制，強(qiáng)化重型柴油車管控，全面提升揚(yáng)塵、秸稈焚燒、餐飲油煙等面源精細(xì)化管理水平。強(qiáng)化對企業(yè)環(huán)保設(shè)施和污染物排放達(dá)標(biāo)審核，嚴(yán)格開展違規(guī)項(xiàng)目環(huán)保認(rèn)定和備案，實(shí)施違規(guī)在建項(xiàng)目清理，利用環(huán)保統(tǒng)一監(jiān)管倒逼產(chǎn)能過剩行業(yè)加快環(huán)境污染治理和轉(zhuǎn)型升級。對鋼鐵、水泥、玻璃、化工、金屬冶煉等重點(diǎn)行業(yè)進(jìn)行清潔生產(chǎn)審核，針對節(jié)能減排關(guān)鍵領(lǐng)域和薄弱環(huán)節(jié)，推進(jìn)企業(yè)能源系統(tǒng)優(yōu)化管理、余熱余壓發(fā)電等清潔生產(chǎn)技術(shù)改造。提高鋼鐵、水泥、焦化等行業(yè)原料破碎、運(yùn)輸、貯存、加工等環(huán)節(jié)除塵器的配置率，有效控制無組織排放；開展原料場封閉和煙氣捕集及配套處理技術(shù)升級，確保廠界污染物濃度達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。開展粉磨站綜合整治，提高無組織排放管理水平。此外，聊城市應(yīng)著力推動第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加大揚(yáng)塵治理力度，嚴(yán)格控制煤炭消耗量，加強(qiáng)清潔能源使用，提升城市管理水平，提高縣（市）污染物控制技術(shù)水平，減少排放量，在秋冬季應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)錯(cuò)峰生產(chǎn)，在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)對工業(yè)污染源以及機(jī)動車尤其是重型柴油車的監(jiān)管力度，才能在空氣質(zhì)量改善方面取得更大的成效。

寧波市應(yīng)在鞏固重點(diǎn)源污染治理成果的基礎(chǔ)上，協(xié)同推進(jìn)多污染源綜合控制。目前寧波市大氣污染物減排主要來自工業(yè)源的貢獻(xiàn)。但對于PM2.5和O3生成前體物的NOx、VOCs，移動源、生活源等也是主要的排放來源。移動源是寧波市NOx、VOCs的重要排放源，雖然完成了黃標(biāo)車淘汰等一系列工作，并逐步開展了船舶污染控制，但機(jī)動車保有量大、增長迅速，集卡車貨運(yùn)車輛數(shù)量多，且對非道路移動源尚缺乏有效的監(jiān)管和治理措施，移動源污染仍然突出。因此，要持續(xù)降低PM2.5濃度，協(xié)同推進(jìn)O3污染的防控，應(yīng)鞏固重點(diǎn)源污染治理成效，強(qiáng)化對機(jī)動車、船舶、非道路移動機(jī)械污染的防控，協(xié)同開展生活源VOCs治理和農(nóng)業(yè)氨的排放控制。此外，寧波市應(yīng)依托自身地理優(yōu)勢，加快第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對“低小散”型企業(yè)進(jìn)行排查并加強(qiáng)管控力度，及時(shí)跟進(jìn)國內(nèi)外對于VOCs治理的先進(jìn)技術(shù)，積極推動寧波市空氣質(zhì)量進(jìn)一步改善。

在今后城市空氣質(zhì)量防治的過程中，應(yīng)根據(jù)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、污染狀況與季節(jié)性特點(diǎn)、排放量與擴(kuò)散條件特點(diǎn)，有針對性地制定城市大氣污染防治策略，形成精細(xì)化管理的理念，積極開展“一市一策”研究。

此外，本文對兩市污染狀況影響因素的歸納仍處于較為粗淺的階段，且未能獲取兩市能源結(jié)構(gòu)方面的數(shù)據(jù)，今后可進(jìn)一步挖掘兩市能源結(jié)構(gòu)差異，歸納典型城市污染影響因素，從而研究其空氣質(zhì)量改善的有效途徑。