2014－2018 年沈陽市空氣質(zhì)量狀況及變化趨勢分析

劉樞 王嘉璐

（1. 遼寧省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧沈陽 110161；2. 遼寧省生態(tài)環(huán)境保護(hù)科技中心，遼寧沈陽 110161）

1 引言

2014 年3 月，世界衛(wèi)生組織（WHO）發(fā)布的報(bào)告中指出，大氣污染已經(jīng)成為全球最大的環(huán)境健康風(fēng)險，采取行動改善空氣質(zhì)量迫在眉睫［1］。作為我國的主要環(huán)境污染因素之一，大氣污染對人體健康特別是呼吸系統(tǒng)和心血管疾病有著顯著的影響［2］。近些年來，我國頻繁爆發(fā)大規(guī)模的霧霾事件，對社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和人民群眾身心健康造成嚴(yán)重威脅，引

起政府和社會的重視和關(guān)注。沈陽市作為工業(yè)城市，污染較為嚴(yán)重，可吸入顆粒物濃度明顯超過國家標(biāo)準(zhǔn)［3］，在采暖期二氧化硫濃度超標(biāo)，其他的大氣污染物也出現(xiàn)不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象［4］。為了解2014—2018 年沈陽市空氣質(zhì)量狀況及主要大氣污染物濃度的變化趨勢，對近5 年沈陽市的大氣污染物數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，闡明影響其變化的可能因素，為城市大氣污染治理和進(jìn)一步研究大氣污染對人類健康的影響提供理論依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 大氣污染監(jiān)測數(shù)據(jù)來源

空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)主要來源于天氣后報(bào)網(wǎng)和遼寧省環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，收集整理2014—2018 年沈陽市每日AQI 及PM2.5，PM10，SO2，NO2，CO 和O3日平均濃度。

2.2 評價指標(biāo)

2.2.1 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）［5］

我國AQI 共分6 個等級，AQI 值在0~50 之間，空氣質(zhì)量為優(yōu)，51~100 為良，101~150 為輕度污染，150~200 為中度污染，201~300 為重度污染，300 以上為嚴(yán)重污染。

2.2.2 大氣污染物濃度評價

根據(jù)我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）中的二類區(qū)域濃度限值（CO 和O3無年平均濃度限值，CO 年平均濃度計(jì)算按24 h 第95 百分位數(shù)，O3年平均濃度計(jì)算按日最大8 h 滑動平均值的第90 百分位數(shù)），對各大氣污染物濃度進(jìn)行分析。

2.2.3 日空氣質(zhì)量指數(shù)

參照《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》（HJ 633—2012A）［6］，計(jì)算沈陽市2014 年逐日空氣質(zhì)量綜合指數(shù)（air quality composite index，CAQI）。以每日PM2.5，PM10，SO2，NO2，CO 及O3濃度按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算空氣質(zhì)量分指數(shù)，以最大分指數(shù)作為該日的環(huán)境空氣污染指數(shù)，對應(yīng)的污染物為首要污染物。

2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用Excel2007 建立2014—2018 年沈陽市大氣污染物數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行整理，運(yùn)用SPSS24.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析方法分析差異性，采用Spearman 方法分析相關(guān)性，檢驗(yàn)水準(zhǔn)為ɑ＝0.05。

3 結(jié)果

3.1 2014—2018 年沈陽市AQI 變化分析

2014—2018 年沈陽市空氣質(zhì)量實(shí)際有效監(jiān)測天數(shù)共計(jì)1 804 d，從年均值變化來看，沈陽市AQI 從2014 年的105.25 下降到2018 年的71.54，年均值逐年下降。沈陽市空氣質(zhì)量為優(yōu)的天數(shù)明顯增加，從2014 年的21 d 增加至2018 年的101 d；空氣質(zhì)量為良的天數(shù)占比最高，占5 年總天數(shù)55.49%；其次為輕度污染的天數(shù)，占19.24%；重度污染天數(shù)從2016年開始逐年減少；在2014—2016 年出現(xiàn)嚴(yán)重污染天氣，2016 年最高達(dá)到7 d。沈陽市空氣質(zhì)量的優(yōu)良率從2014 年的57.34%提高到了2018 年的85.31%，總體優(yōu)良天數(shù)大幅增加，見表1。

表1 2014—2018 年沈陽市環(huán)境空氣質(zhì)量

3.2 2014—2018 年沈陽市大氣污染物年平均濃度變化

2014—2018 年沈陽市大氣污染物監(jiān)測結(jié)果顯示，PM2.5，PM10，SO2，NO2，CO 和O3的年平均濃度范圍 分 別 為39.16~71.39，71.65~120.15，23.59~72.59，35.5~49.46，0.924~1.062 2，55.62~63.26 μg/m3；其中PM2.5和PM10在2014—2018 年年平均濃度超過二級標(biāo)準(zhǔn)，NO2和SO2年平均濃度在2014 和2015 年均出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，CO 和O3年平均濃度在2014—2018年均未超過二級標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 2014—2018 年沈陽市大氣污染物年均值

2014—2018 年沈陽市大氣污染物除O3外，PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO 的年平均濃度呈逐年下降趨勢，其中PM2.5，PM10，SO2和NO2的下降趨勢基本相似，呈線性或近似線性。

CO 濃度在2016 年最低，年均值為0.924 mg/m3，在2017 和2018 年有上升趨勢。

O3年平均濃度呈逐年上升趨勢，在2017 年最高，年均值為63.26 μg/m3。6 種大氣污染物年平均濃度變化趨勢見圖1。

圖1 2014—2018 年沈陽市大氣污染物年平均濃度變化

3.3 2014—2018 年沈陽市大氣污染物月平均濃度變化

圖2 2014—2018 年沈陽市大氣污染物月平均濃度變化

2014—2018 年沈陽市大氣污染物濃度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化趨勢，PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO 月均濃度顯示，秋冬季（秋季9—11 月，冬季12—次年2月）濃度高，春夏季（春季3—5 月，夏季6—8 月）濃度低；而O3恰好相反，春夏季濃度高，秋冬季濃度低；PM2.5，PM10在8 月濃度最低，在11 月濃度最高；SO2和NO2在7 月濃度最低，1 月濃度最高；CO 濃度在5 月最低，12 月最高；O3濃度在6 月最高，12 月最低，見圖2。對2014—2018 年沈陽市6 種大氣污染物的月均濃度進(jìn)行差異分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同年份間的PM2.5，PM10和NO2差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），而SO2，CO 和O3差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

3.4 2014—2018 年AQI 與大氣污染物相關(guān)性分析

沈陽市2014—2018 年AQI 與大氣污染物PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO 濃度主要呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），與O3濃度呈顯著負(fù)相關(guān)性（P＜0.05）。其中，PM2.5和PM10濃度變化相關(guān)性極高，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.95，這也是沈陽市2 種最為常見的主要污染物。AQI 與6 種污染物的相關(guān)系數(shù)分別為0.926（PM2.5），0.954（PM10），0.630（SO2），0.652（NO2），0.736（CO）和－0.095（O3），從大到小排列為r（PM10）＞r（PM2.5）＞r（CO）＞r（NO2）＞r（SO2）＞r（O3）。PM2.5，PM10與SO2，NO2，CO 濃度之間呈顯著正相關(guān)性（P＜0.05）；SO2，NO2，CO 及PM2.5，PM10濃度與O3濃度呈顯著負(fù)相關(guān)性（P＜0.05），見表3。

表3 2014—2018 年沈陽市污染物日均濃度Spearman 相關(guān)系數(shù)

3.5 沈陽市2014 年大氣污染物濃度變化分析

2014 年沈陽市首要特征污染物為PM2.5，共計(jì)170 d，占全年47.09%；其次是PM10和SO2，分別占到37.67%和9.42%。PM2.5，PM10，SO2和CO 濃度變化趨勢呈U 型，PM2.5，PM10和CO 的濃度變化趨勢基本一致，月均濃度在6—7 月最低，11—12 月最高；SO2在夏季和秋季4—10 月較低，在冬季11—12 月和1—2 月濃度較高；NO2月均濃度變化范圍較小，在7 月濃度低，11 月濃度高；而O3月均濃度變化與其他5種污染物的變化呈相反趨勢，在夏季濃度最高，秋冬季濃度較低。2014 年6 種污染物月均濃度變化趨勢見圖3。

圖3 2014 年沈陽市6 種大氣污染物濃度變化趨勢

4 討論

沈陽市是我國東北地區(qū)重要的中心城市，也是我國典型的工業(yè)區(qū)，發(fā)展迅速，以煤炭為主的能源消耗以及機(jī)動車輛的急劇增加，已經(jīng)成為造成沈陽市大氣污染的突出問題［7］。隨著污染治理力度的不斷加強(qiáng)，沈陽市空氣污染狀況逐漸好轉(zhuǎn)，但大氣污染仍比較嚴(yán)重。AQI 是2012 年3 月國家發(fā)布的空氣質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)告每日空氣質(zhì)量，用來描述空氣清潔或者污染的程度，判斷對人體健康是否產(chǎn)生影響的一種參數(shù)。AQI 指數(shù)越大，級別越高，空氣污染越嚴(yán)重，危害程度也越大，AQI 值超過100 以后就會直接影響人體健康。本研究結(jié)果顯示，2014—2018 年沈陽市AQI 年均值逐年下降，污染級別逐漸降低，沈陽市空氣質(zhì)量逐年好轉(zhuǎn)，空氣質(zhì)量屬于“良”水平。

從2014—2018 年沈陽市6 種大氣污染物的年均值和月均值濃度分析來看，PM2.5，PM10，SO2和NO2這4 種大氣污染物濃度呈逐年下降趨勢，沈陽市空氣質(zhì)量呈現(xiàn)夏季空氣較好，其次為春季和秋季，冬季最差，污染物濃度最高。PM2.5和PM10的濃度變化趨勢基本一致，主要原因是與冬季采暖燃煤量增加，還有可能是受當(dāng)?shù)貧夂蛞蛩赜绊?，秋冬季氣溫低不利于大氣污染物擴(kuò)散［8］；且PM2.5和PM10是一種包含關(guān)系，PM2.5一般占PM10的0.5~0.8 之間［9-10］。SO2濃度逐年下降，有研究［11］對全世界100 多個城市的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，SO2在全世界均呈現(xiàn)下降趨勢。我國從2000 年以后采取相應(yīng)的措施，如對新建的火力發(fā)電廠安裝煙氣脫硫脫硝裝置、增加洗煤降硫等方法來減少SO2的排放［12］。沈陽市的CO 濃度在2014—2016 年下降，2017 年有所升高，可能是由于CO 是不完全燃燒的產(chǎn)物，近幾年沈陽市采暖期煤炭等能源的燃燒不徹底，汽車尾氣排放量增多都會導(dǎo)致CO 濃度升高；O3濃度逐年升高且在夏季濃度最高污染最嚴(yán)重，這是由于空氣中的O3是一種二次污染物，夏季日照強(qiáng)烈，氣溫上升，易將汽車尾氣和工業(yè)廢氣中釋放出的氮氧化物氣體（NOX）和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）合成O3［13］。由于夏季PM2.5，PM10以及SO2濃度下降，O3濃度升高，導(dǎo)致O3成為夏季的主要大氣污染物，這與徐義邦等對南昌市大氣污染物分析中O3為夏季的主要污染物研究結(jié)果一致［14］。

AQI 與5 種大氣污染物濃度主要呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO 之間也呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，表明這5 種大氣污染物具有相同的來源，可能經(jīng)歷了相似的物理化學(xué)反應(yīng)過程，也可能是擴(kuò)散過程相同［15］，因?yàn)檫@些污染物主要來自煤炭等燃料燃燒以及汽車尾氣的排放。而O3分別與AQI 以及PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO 濃度之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明O3濃度變化除了受夏季高溫氣象影響外，與汽車尾氣、工業(yè)排放的污染物濃度也有一定關(guān)系［16］。以污染較為嚴(yán)重的2014 年為例，對6 種大氣污染物這一年的變化進(jìn)行分析。2014 年沈陽市首要污染物秋冬季為PM2.5，PM10和SO2，其中PM2.5污染最嚴(yán)重，可能主要原因是在冬季處于采暖期，大量煤炭等能源的燃燒導(dǎo)致大氣中顆粒物和硫濃度含量增大，造成大氣中PM2.5，PM10和SO2濃度值的升高［17］。PM2.5，PM10和SO2濃度升高還與風(fēng)速和氣溫有關(guān)，風(fēng)速對污染物的生成起到阻礙的作用，氣溫降低則污染物濃度升高［14］，在秋冬季風(fēng)速較小且氣溫低下，因此為PM2.5，PM10和SO2的產(chǎn)生提供了有利條件。

綜上所述，2014—2018 年沈陽市AQI 年均值整體呈逐年下降趨勢，空氣質(zhì)量逐年好轉(zhuǎn)，空氣質(zhì)量屬于“良”水平；PM2.5，PM10，SO2，NO2濃度呈逐年下降趨勢，且季節(jié)分布特征明顯，呈現(xiàn)冬高夏低；但O3濃度呈逐年上升趨勢，呈現(xiàn)冬低夏高；AQI 與PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO 呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，與O3呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；PM2.5，PM10，SO2，NO2，CO 之間互相呈正相關(guān)關(guān)系，與O3呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；2014 年污染較為嚴(yán)重，首要特征污染物為PM2.5，其次是PM10和SO2，但總體分布是冬高夏低；O3濃度與其他污染物相反，呈現(xiàn)冬低夏高。因此，政府及相關(guān)衛(wèi)生部門可根據(jù)主要大氣污染物的季節(jié)分布變化特點(diǎn)，結(jié)合沈陽地區(qū)工業(yè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定有效合理的防治措施。