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.鄭州大學化學與分子工程學院，環(huán)境科學研究院，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]。隨著人們對空氣質量狀況的逐漸關注[9,10]，空氣質量的改善已經(jīng)成為當前亟需解決的關鍵問題。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)濟帶126個城市之一，屬于典型的南方空氣質量相對較好的城市。國際環(huán)保組織綠色和平與上海閔行區(qū)青悅環(huán)保信息技術服務中心聯(lián)合發(fā)布的《2016年中國366個城市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方面對聊城市和寧波市的空氣污染狀況進行研究，歸納產(chǎn)業(yè)結構、經(jīng)濟發(fā)展水平、地理位置與擴散條件等影響因素，進而得出南北城市在大氣污染防治方面的重點問題與相應策略。

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，屬于溫帶季風氣候區(qū)，具有顯著的季節(jié)變化和季風氣候特征，屬半干旱大陸性氣候。春季干旱多風，回暖迅速，光照充足，輻射強；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)境保護局，聊城市各縣（市）空氣質量數(shù)據(jù)來源于聊城市環(huán)境保護局；寧波市重度污染及縣（市）空氣質量數(shù)據(jù)來源于寧波市2013—2016年空氣質量公告，首要污染物數(shù)據(jù)來源于寧波市環(huán)境保護局。

2 環(huán)境空氣質量現(xiàn)狀

2.1 各項污染物濃度

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)

以國家空氣質量二級標準（以下簡稱二級標準）為依據(jù)判斷兩市歷年大氣污染物的達標情況，年均ρ(SO2)、ρ(NO2)和 ρ(PM2.5)二級標準值分別為 60μg/m3、40μg/m3和35μg/m3。2013—2016年兩市各項污染物濃度見圖1，可見2013—2016年兩市各項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)已低于二級標準限值，NO2濃度也已經(jīng)趨近二級標準限值。而NO2主要由化石燃料的利用以及機動車排放而來。聊城市機動車保有量大，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，過境車輛對其貢獻也不容忽視。可見隨著聊城市城市化進程的加快和機動車保有量的增加，以金屬冶煉業(yè)等重工業(yè)為主的工業(yè)結構和以燃煤為主的能源結構[20]尚未改善，當?shù)刂鸩匠尸F(xiàn)出煤煙型污染與機動車尾氣污染共存的復合型大氣污染特征。2016年聊城市ρ(PM2.5)為86μg/m3，較2013年下降34%，但仍超出二級標準限值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%，且均已低于二級標準限值?？梢婋S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，超出二級標準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17天，2016年O3超標26天。對比兩市污染物濃度差異，根據(jù)美國環(huán)境學家提出的環(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展的總結[22]，本文認為兩市經(jīng)濟發(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O3為首要污染物的污染天數(shù)逐年增加，2016年聊城市以O3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O3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O3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)化學原料及化學制品制造業(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，化學原料及化學制品制造業(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)結構的差異。

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%，嚴重污染天數(shù)為4天，較2013年減少91%。同時，2016年聊城市重度污染天數(shù)基數(shù)仍然較大，空氣質量形勢不容樂觀；寧波市地理位置優(yōu)越，且當?shù)孛癖妼τ诃h(huán)境保護的意識較強，城市管理水平較好，空氣質量相對較好，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)濟發(fā)展水平不同，所處發(fā)展階段的差異導致的。

2.4 季節(jié)性特征

聊城市空氣質量狀況呈現(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年聊城市空氣質量已經(jīng)明顯改善，但秋冬季ρ(PM2.5)仍高達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)濟發(fā)展水平差異

近年來，聊城市經(jīng)濟持續(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)濟總量較大，2016年地區(qū)生產(chǎn)總值達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)濟總量及人均生產(chǎn)總值，可見聊城市經(jīng)濟發(fā)展水平相對滯后，城市建設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”將在人均國民收入達到5 000—20 000美元區(qū)間到來，而聊城市相對落后的經(jīng)濟發(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)較多的一個重要人為因素。

3.2 產(chǎn)業(yè)結構差異

產(chǎn)業(yè)結構是影響城市空氣質量狀況的關鍵因素。近五年來聊城市產(chǎn)業(yè)結構并未發(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)結構狀況見圖7，2016年聊城市第一、二、三產(chǎn)業(yè)結構比例為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)集團為代表的大型金屬冶煉企業(yè)與以魯西化工集團為代表的化工企業(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)結構狀況見圖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%）、電器機械（11.7%）、化學工業(yè)（10.4%）、電子通信（7.1%）、電力熱力（7%）、通用設備（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)結構中，以石油化工和電器機械為代表的重工業(yè)占據(jù)主導地位。

對比兩市產(chǎn)業(yè)結構，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)中組成結構又有較大差異，聊城市以有色金屬冶煉與化工為支柱產(chǎn)業(yè)，排放的污染物以細顆粒物為主，而寧波市以石油化工與化學工業(yè)等為主的工業(yè)以VOCs排放為主。因此，兩市產(chǎn)業(yè)結構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，我國以西北風偏多，隨著距離的增加，風速逐漸減小，到達聊城市時已經(jīng)相當微弱，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?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，污染物擴散條件較好，環(huán)境容量較大。而這種擴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關系上表現(xiàn)尤為顯著。

圖7 2013—2016年聊城市產(chǎn)業(yè)結構狀況

圖8 2013—2016年寧波市產(chǎn)業(yè)結構狀況

聊城市近年來積極推進氣代煤、電代煤工程，加強重型柴油車監(jiān)管力度，認真落實煤炭壓減任務，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工程減排、結構減排和監(jiān)管減排，深入開展各類污染防治，強化環(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濃度達到了寧波市的2.2倍，可見擴散條件對城市空氣質量的影響巨大。因此，兩市地理位置及擴散條件的差異便成為兩市空氣質量差異較大的一個重要客觀因素。

對兩市污染影響因素進行歸納，聊城市較低的經(jīng)濟發(fā)展水平是導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)結構的差異是導致兩市首要污染物不同的人為因素；地理位置與擴散條件差異是導致兩市空氣質量差異的客觀因素。

對兩市區(qū)域差異性（數(shù)據(jù)均為2016年值）進行總結，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也有較大差異。聊城市要把控制對象從以往的只關注高架源治理轉變?yōu)槿骈_展固定源、移動源、面源等多污染源綜合防治，強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)新管理機制，強化重型柴油車管控，全面提升揚塵、秸稈焚燒、餐飲油煙等面源精細化管理水平。強化對企業(yè)環(huán)保設施和污染物排放達標審核，嚴格開展違規(guī)項目環(huán)保認定和備案，實施違規(guī)在建項目清理，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)境污染治理和轉型升級。對鋼鐵、水泥、玻璃、化工、金屬冶煉等重點行業(yè)進行清潔生產(chǎn)審核，針對節(jié)能減排關鍵領域和薄弱環(huán)節(jié)，推進企業(yè)能源系統(tǒng)優(yōu)化管理、余熱余壓發(fā)電等清潔生產(chǎn)技術改造。提高鋼鐵、水泥、焦化等行業(yè)原料破碎、運輸、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升級，確保廠界污染物濃度達到相關標準要求。開展粉磨站綜合整治，提高無組織排放管理水平。此外，聊城市應著力推動第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加大揚塵治理力度，嚴格控制煤炭消耗量，加強清潔能源使用，提升城市管理水平，提高縣（市）污染物控制技術水平，減少排放量，在秋冬季應嚴格落實錯峰生產(chǎn)，在此基礎上加強對工業(yè)污染源以及機動車尤其是重型柴油車的監(jiān)管力度，才能在空氣質量改善方面取得更大的成效。

寧波市應在鞏固重點源污染治理成果的基礎上，協(xié)同推進多污染源綜合控制。目前寧波市大氣污染物減排主要來自工業(yè)源的貢獻。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，雖然完成了黃標車淘汰等一系列工作，并逐步開展了船舶污染控制，但機動車保有量大、增長迅速，集卡車貨運車輛數(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O3污染的防控，應鞏固重點源污染治理成效，強化對機動車、船舶、非道路移動機械污染的防控，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)進行排查并加強管控力度，及時跟進國內外對于VOCs治理的先進技術，積極推動寧波市空氣質量進一步改善。

在今后城市空氣質量防治的過程中，應根據(jù)其經(jīng)濟發(fā)展水平與產(chǎn)業(yè)結構特點、污染狀況與季節(jié)性特點、排放量與擴散條件特點，有針對性地制定城市大氣污染防治策略，形成精細化管理的理念，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構方面的數(shù)據(jù)，今后可進一步挖掘兩市能源結構差異，歸納典型城市污染影響因素，從而研究其空氣質量改善的有效途徑。