永州市大氣污染變化特征及其防治對策

武力　劉慧瑩　李茂林　陳喆　王敦球

摘要：以2017～2019年永州市環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，結(jié)合氣象和地形務(wù)件，對空氣質(zhì)量和主要大氣污染物變化進(jìn)行了分析，并以2018年空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)為例，對主要大氣污染物之間及其與氣象因素的相關(guān)性進(jìn)行了主成分分析和逐步線性回歸分析。結(jié)果表明：近幾年來永州市空氣質(zhì)量優(yōu)良率略有上升;各項(xiàng)污染物中對綜合指數(shù)貢獻(xiàn)由大到小依次是：PM2.5>PM10> 03> N02> CO> S02，污染天氣主要集中在秋冬季，溫度與氣壓、NO2、PM10、CO、PM2.5呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，并呈線性相關(guān);PM2.5與N02、PM10、CO呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系，PM2. 5與PM10、CO呈線性相關(guān);NOz與CO、PM10呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系，與溫度呈負(fù)線性相關(guān);03與CO呈現(xiàn)顯著負(fù)線性相關(guān)。在上述研究基礎(chǔ)上，從日常防控、應(yīng)急管控、長效管控計(jì)劃3個(gè)方面提出了永州市大氣污染控制的對策，以期為改善其空氣質(zhì)量提供參考。

關(guān)鍵詞：永州;空氣質(zhì)量;氣象數(shù)據(jù);分析;對策

中圖分類號：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（ 2020） 2-0057-05

1 引言

由于大氣環(huán)境污染能夠引起人體許多疾病，如PM，。能引起呼吸疾病，嚴(yán)重者導(dǎo)致死亡[1，2]。人們對良好環(huán)境空氣質(zhì)量需求的渴望與日趨嚴(yán)峻的環(huán)境空氣質(zhì)量形勢矛盾突出，良好的環(huán)境空氣逐漸成為最普惠的民生。大氣污染與地理位置、氣候氣象條件、污染物排放三大要素息息相關(guān)，其中工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等人類活動(dòng)排放二氧化硫（ S02）、氮氧化物（NOx）、揮發(fā)性有機(jī)物（ VOCs）、細(xì)顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PMi。）、一氧化碳（C（））等主要污染物是根本原因[3.4]。近年來，國家出臺《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》（國發(fā)（2013137號）等文件，定期通報(bào)城市空氣質(zhì)量綜合指數(shù)排名，倒逼地方政府采取大氣污染防控措施，促進(jìn)環(huán)境空氣質(zhì)量改善。

永州市位于湖南省南部，屬中亞熱帶大陸性季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，一年四季比較分明，年均氣溫為17. 6～18.6℃，多年平均降水量1200～1900 mm，三面環(huán)山、向東北開口的馬蹄形盆地一“三山圍夾兩盆地”，東西南三面環(huán)山，永州市中心城區(qū)恰好位于北邊開口處，南邊是都龐嶺山脈，整體地勢西南高，東北及中部低，呈口袋狀，永州市上風(fēng)向城市為衡陽和長株潭.污染物排放大，下風(fēng)向靠近廣西賀州、桂州、柳州，地處大氣污染物傳輸通道，污染氣團(tuán)易進(jìn)不易出，天然地理位置決定了大氣擴(kuò)散條件不利（圖1）。

2 環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于永州市生態(tài)環(huán)境局公布的2017～2019年5月的《永州市環(huán)境空氣質(zhì)量報(bào)告》（月報(bào)）[5]，月報(bào)內(nèi)容為環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)、6個(gè)主要污染物濃度等，氣象數(shù)據(jù)來源于中國地面氣候資料國際交換站數(shù)據(jù)集。

2.2 環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)方法

環(huán)境空氣質(zhì)量綜合（AQI）指數(shù)是描述城市環(huán)境空氣質(zhì)量綜合狀況的無量綱指數(shù)，它綜合考慮了S02、NO2、PM10、PM2.5、CO、03等6項(xiàng)污染物的污染程度，每一項(xiàng)因子均計(jì)算出一個(gè)AQl數(shù)值，AQI取最大的一個(gè);當(dāng)AQl大于50時(shí)，對AQI貢獻(xiàn)最大的即為首要污染物;當(dāng)AQI指標(biāo)大于100時(shí)，即為污染天。環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)數(shù)值越大表明綜合污染程度越重，環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)計(jì)算方法如下。

（1）計(jì)算各污染物的統(tǒng)計(jì)量濃度值。統(tǒng)計(jì)各城市的S02、NO2、PM10、PM2.5的月均濃度，并統(tǒng)計(jì)一氧化碳（CO）日均值的第95百分位數(shù)以及臭氧（03）日最大8h值的第90百分位數(shù)。

（2）計(jì)算各污染物的單項(xiàng)指數(shù)，污染物i的單項(xiàng)指數(shù)Ii按式（1）計(jì)算：

（3）計(jì)算環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)Isum，環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)的計(jì)算需涵蓋全部六項(xiàng)污染物，計(jì)算方法如下：

AQI指數(shù)評價(jià)劃分：一級優(yōu)：O～50;二級良：51～100;三級輕度污染：101—150;四級中度污染：151～200;五級重度污染：201～300，六級嚴(yán)重污染：301～500。

3 永州市空氣質(zhì)量與主要大氣污染物含量變化趨勢

3.1 永州市環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢

由表1可知：2017年永州市中心城區(qū)空氣優(yōu)良天數(shù)為297 d，占比為82. 2%，2018年永州市中心城區(qū)空氣優(yōu)良天數(shù)305 d，占比84. 3%，2019年1～5月永州市中心城區(qū)空氣優(yōu)良天數(shù)為127 d，占比89. 4%;2017年、2018年、2019年空氣質(zhì)量優(yōu)良率逐年略有上升，同時(shí)，空氣質(zhì)量的逐年提升與永州市開展創(chuàng)建空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)城市工作方案有關(guān)，2017年以來永州市采取了在中心城區(qū)關(guān)閉區(qū)域內(nèi)所有的建筑紅磚廠，劃定了高污染燃料和煙花爆竹等禁燃區(qū)等一系列重大舉措，保證空氣質(zhì)量持續(xù)向好。

3.2 永州市主要大氣污染物含量變化趨勢

由圖2（a）、（b）、（c）可知：空氣質(zhì)量優(yōu)良主要在春、夏兩季，即3～9月期間;污染天氣主要集中在秋、冬兩季，1～2月、10～12月即秋冬季。重度污染主要集中在12月和1月，主要原因是秋冬季大氣垂直穩(wěn)定度較好，氣候以小風(fēng)、靜風(fēng)、氣溫低、降水少、風(fēng)速低為主，可容納污染物能力弱，污染擴(kuò)散條件差，同時(shí)，秋冬季又是采暖期排放量增大，故發(fā)生污染天氣頻率較高。2018年重污染天數(shù)較2017年有所有降低，主要是2018年冬季降雨時(shí)間較長，對污染物有一定的雨除作用。2019年1—5月重污染天數(shù)已經(jīng)超越2017年和2018年同期的總和，主要是2019年1月大氣不利條件持續(xù)時(shí)間長，當(dāng)時(shí)大氣污染應(yīng)急預(yù)案未出臺，永州市磚廠、水泥廠等高排放企業(yè)未采取錯(cuò)峰生產(chǎn)措施，導(dǎo)致污染物排放集中，從而出現(xiàn)密集重度污染天氣。

由圖3（a）、（b）可知：2017～2018年永州市中心城區(qū)污染天主要污染物為PM2.5、O3、PM10，PM2.5是首要控制污染物，提升空氣質(zhì)量總和指數(shù)夏秋季主要控O3、PM2.5，冬春季主要控PM2.5[6]。夏季由于天氣炎熱，空氣中NOx、VOCs等污染物及氣溶膠容易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成O3、PAN等二次污染物，同時(shí)，夏季雨天較少，建筑工地施工高峰期，施工管理不到位導(dǎo)致PM10排放量增大。

由圖4（a）、（b）、（c）可知：2017年、2018年永州市中心城區(qū)主要污染物影響綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)占比由大到小依次是：PM2.5>PM10>O3>NO2>CO> SO2，兩年各項(xiàng)指標(biāo)貢獻(xiàn)占比變化小，本地排放結(jié)構(gòu)未有明顯變化;2019年1～5月永州市中心城區(qū)主要污染物影響綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)占比由大到小依次是：PM2.5>PM10>NO2>O3>CO>S02，其主要原因是夏季是O3污染的高峰期，因此O3的貢獻(xiàn)值還未體現(xiàn)出來。永州市中心城區(qū)主要污染物為PM2.5、PM10，O3，2019年永州市對全市大氣污染源進(jìn)行排查共排查1595個(gè)點(diǎn)位，有1268個(gè)點(diǎn)位存在問題，主要是汽車維修店、餐飲店、建筑工地、建材企業(yè)等大氣污染防治不到位，這是直接導(dǎo)致PM2.5、PM10、O3升高的主要原因。

4 主要大氣污染物之間及氣象因素的相關(guān)分析

利用SPSS23.O軟件以2018年的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，對主要大氣污染物及氣象因素之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，對所有數(shù)據(jù)采用K-S分析法進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，所有指標(biāo)均符合正態(tài)分布，本節(jié)利用pearson法進(jìn)行相關(guān)分析。

4.1 主要大氣污染物與氣象因素氣象的相關(guān)分析

由表2可知：溫度與NO2、PM2.5、CO、PM2.5呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為-0. 953、-0. 847、-0. 903、-0. 912（ P<0. 01），大氣污染的污染程度受到溫度和氣壓影響，溫度越低，氣壓越高，污染越嚴(yán)重，與秋冬季污染天數(shù)大于春夏季的結(jié)論一致。氣壓與PM2.5、CO、PM10、N02呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為0. 901、0.806、0.839、0.946（P<0. 01），其原因?yàn)闅鉁厣?，氣壓下降，有利于改變大氣擴(kuò)散條件，使污染物發(fā)生擴(kuò)散，污染物濃度越低[7]。S02和濕度呈負(fù)相關(guān)，濕度越大，S02的污染越小，主要是因?yàn)榈貙涌諝鉂穸却?，水汽容易凝結(jié)在污染物上，與S02結(jié)合，形成硫酸霧等二次污染物，降低了S02的濃度，S02主要來源可能是燃料燃燒，例如煤、煤矸石、柴油等石化燃料，與林啟才等人研究發(fā)現(xiàn)SO2：主要來源于煤等石化燃料一致[8];O3與風(fēng)速顯著相關(guān)，O3與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，因?yàn)轱L(fēng)速較小時(shí)，03合成反應(yīng)才能進(jìn)行，與單文坡等人研究結(jié)論一致[9]。

4.2 主要大氣污染物之間的相關(guān)性分析

由表3可知：PM2.5與NO2、PM10、CO呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為0. 906、0.934、0.829（P<0.01），PM2.5、PM10、N02和CO的來源主要可能是機(jī)動(dòng)車尾氣、揚(yáng)塵污染和露天焚燒，與張蕾等研究發(fā)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車尾氣、揚(yáng)塵污染和露天焚燒是哈爾濱市大氣污染的主要來源一致[10]。PM2.5的來源廣泛，在燃料燃燒、揚(yáng)塵污染、交通排放等污染源都可以產(chǎn)生PM2.5，NO2會發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成新的氣型污染物發(fā)生二次污染（即洛杉磯煙霧），也會與水及其他物質(zhì)反應(yīng)生成硝酸鹽等形式氣溶膠，這兩個(gè)過程都會產(chǎn)生PM2.5;SO2與其他污染物呈現(xiàn)不顯著關(guān)系，可能與永州市SO2的來源有關(guān)，因?yàn)镾O2會與水及其他物質(zhì)反應(yīng)生產(chǎn)硫酸鹽等形式氣溶膠也會產(chǎn)生PM2.5[11-14];N02與CO、PM10呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，其中NO2與CO、PM10的相關(guān)系數(shù)分別為0. 817、0.717（ P<0. 01），NO2與CO都是來源于汽車尾氣和燃料不完全燃燒過程，燃燒過程和汽車行駛過程造成揚(yáng)塵都是PM，。的主要來源;CO與03呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為-0. 596（P<0. 05），CO是生成O3的前驅(qū)體物質(zhì)，日間的化學(xué)反應(yīng)會消耗CO，促進(jìn)03的生成[9]。

4.3 主要大氣污染物與氣象因素之間的逐步回歸分析

2018年主要大氣污染物與氣象因素之間的逐步回歸分析結(jié)果如表4所示，CO與溫度、SO2和O3呈線性關(guān)系，說明CO的主要來源于燃燒源和O3的相互轉(zhuǎn)化;O。與CO呈線性關(guān)系，O3主要來源于兩者相互轉(zhuǎn)化以及光化學(xué)反應(yīng);PMi。與PM2.。和S02呈線性關(guān)系，說明其來源主要來源于揚(yáng)塵污染和燃料燃燒;NO2與溫度呈線性關(guān)系，主要是因?yàn)闇囟扔绊慛O2的轉(zhuǎn)化過程;PM2.5與PM10和CO呈線性關(guān)系，來源于揚(yáng)塵污染、汽車尾氣和露天焚燒及各種類型的不完全燃燒過程[15.16];S02與其他因素均不成線性關(guān)系，說明S02來源獨(dú)立，主要是煤等燃料燃燒所導(dǎo)致。

5 大氣污染防治對策分析

5.1 加強(qiáng)大氣污染防治的日常防控

5.1.1 加強(qiáng)揚(yáng)塵綜合防治，強(qiáng)化揚(yáng)塵日常監(jiān)管

PM2.5、PM10是永州市的首要污染物，控制揚(yáng)塵是改善大氣空氣質(zhì)量最重要的環(huán)節(jié)。主要對策：①整治建筑施工揚(yáng)塵污染，強(qiáng)化揚(yáng)塵源頭監(jiān)管。②開展道路揚(yáng)塵污染整治，加大道路清掃保潔力度。充分利用道路積塵監(jiān)測走航結(jié)果，合理安排城市保潔工作。③開展裸露土地復(fù)綠，推進(jìn)美麗城市建設(shè)。④加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，減輕揚(yáng)塵污染。

5.1.2 推進(jìn)工業(yè)污染防治，強(qiáng)化企業(yè)日常監(jiān)管

企業(yè)排放是SO2、NOX、VOCs等污染物的主要來源[17]，控制工業(yè)企業(yè)達(dá)標(biāo)排放至關(guān)重要。主要對策：①持續(xù)推進(jìn)“散亂污”涉氣企業(yè)整治。②加強(qiáng)重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)無組織排放達(dá)標(biāo)管理。③完成水泥、電力行業(yè)執(zhí)行特別排放限值改造。④綜合整治燒制磚瓦行業(yè)污染，配套建設(shè)在線監(jiān)控。⑤加強(qiáng)采石場、攪拌場污染整治。⑥全面推進(jìn)工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物（ VOCs）綜合治理。

5.1.3 加強(qiáng)生活、農(nóng)業(yè)污染防治，強(qiáng)化日常管理

生活、農(nóng)業(yè)面源污染也是大氣污染的重要組成部分，控制生活、農(nóng)業(yè)面源污染不可或缺，尤其是夏季要注意防范不完全燃燒，導(dǎo)致CO排放量提高，間接拉抬O3的量，影響夏季空氣質(zhì)量。主要對策如下：①積極推動(dòng)飲食油煙污染治理。②針對PM2.5與PM10和CO集中開展露天焚燒垃圾和露天燒烤污染整治。③嚴(yán)格控制煙花爆竹燃放，劃分煙花爆竹禁燃限放區(qū)域，最大限度保障空氣質(zhì)量。④提高燃油品質(zhì)，加強(qiáng)油氣回收治理。⑤繼續(xù)開展高排放車輛污染集中整治，架設(shè)機(jī)動(dòng)車遙感監(jiān)測監(jiān)管體系。⑥優(yōu)化城市交通管理，制定重型柴油車和不達(dá)標(biāo)車禁行、繞行方案。

5.2 加強(qiáng)大氣污染防治的應(yīng)急防控

5.2.1 完善監(jiān)測預(yù)警能力，提前啟動(dòng)大氣預(yù)警

根據(jù)前文分析結(jié)果，永州市大氣污染具有較強(qiáng)的規(guī)律性，東北方向的氣流傳輸更易導(dǎo)致大氣污染天氣的出現(xiàn)，加快重污染天氣應(yīng)急預(yù)案和預(yù)警體系建設(shè)，對秋冬時(shí)期東北風(fēng)為主的天氣應(yīng)建立常規(guī)氣象監(jiān)測和環(huán)境空氣監(jiān)測預(yù)報(bào)合作機(jī)制，進(jìn)行動(dòng)態(tài)評估，尤其是秋冬季溫度較高、氣壓較低的天氣要提前預(yù)警[18]。采用顆粒物、VOCs等污染物的走航測量、氣溶膠激光雷達(dá)測定等新型監(jiān)測方法，逐步形成風(fēng)險(xiǎn)信息研判和預(yù)警能力，有效識別污染源和不利氣象條件。統(tǒng)籌預(yù)警環(huán)境氣象，及時(shí)、科學(xué)布防應(yīng)急響應(yīng)對策，充分發(fā)揮大氣污染防治聯(lián)席會議作用，將部門聯(lián)防、區(qū)域聯(lián)動(dòng)落實(shí)到位，在不利氣象條件造成污染物累積效應(yīng)、外界傳輸造成污染物輸入的時(shí)間段，提前識別、提前采取污染防治行動(dòng)，最大限度避免或減少環(huán)境空氣重污染。

5.2.2 完善特護(hù)期應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，妥善應(yīng)對重污染天氣

完善重污染天氣預(yù)警應(yīng)急體系，做好重污染天氣過程的趨勢分析，完善會商研判機(jī)制，加強(qiáng)重污染天氣預(yù)測預(yù)報(bào)，及時(shí)發(fā)布區(qū)域重污染天氣預(yù)報(bào)預(yù)警信息。完善重污染天氣應(yīng)急預(yù)案和相關(guān)實(shí)施方案、減排措施。科學(xué)制定重點(diǎn)行業(yè)錯(cuò)峰生產(chǎn)方案，要將錯(cuò)峰生產(chǎn)集中在每年12月至次年3月期間，分類明確重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)過程中需要停產(chǎn)、限產(chǎn)的企業(yè)清單，推動(dòng)重點(diǎn)應(yīng)急減排措施的組織響應(yīng)部門制定實(shí)施方案;督促工業(yè)企業(yè)按照“一廠一案”的要求，將各項(xiàng)應(yīng)急減排措施細(xì)化至各產(chǎn)污環(huán)節(jié)，明確操作流程。

5.3 加強(qiáng)大氣污染防治的長效防控

5.3.1 制定科學(xué)的城市大氣污染防治規(guī)劃

應(yīng)針對PM2.5、PM10、O3污染“病根”，盡快編制詳細(xì)的源清單和行業(yè)治理規(guī)劃，制定5年，甚至10年的長遠(yuǎn)的治理規(guī)劃，并配套具體的專項(xiàng)治理方案，設(shè)定量化的工作目標(biāo)[19]。

5.3.2 實(shí)施大氣污染精細(xì)化管理

全面推行網(wǎng)格化管理，推動(dòng)大氣環(huán)境保護(hù)工作向主動(dòng)、精細(xì)轉(zhuǎn)型。區(qū)、縣（市）政府按照“定區(qū)域、定人員、定職責(zé)、定任務(wù)”網(wǎng)格化管理模式，確保做到邊界清、任務(wù)清、責(zé)任清。創(chuàng)新日常監(jiān)管模式，建立排污企業(yè)排查臺賬，定期巡查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)管理無死角、監(jiān)察無盲區(qū)、監(jiān)測無空白。

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作者簡介：武力（1988-），男，工程師，博士研究生，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境管理與污染防治。

通訊作者：陳喆（1987-），講師，主要研究方向?yàn)橥寥牢廴痉乐闻c管理。