春節(jié)期間煙花禁放對江西省城市環(huán)境空氣質(zhì)量影響研究

熊秋林， 張如心， 寧文麗， 季沛雯， 程朋根， 趙文吉

(1.東華理工大學(xué) 測繪工程學(xué)院，江西 南昌 330013；2.首都師范大學(xué) 資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048)

春節(jié)是中華民族最重要的節(jié)日，節(jié)日期間尤其是除夕夜和元宵節(jié)燃放煙花爆竹是我國的傳統(tǒng)習(xí)俗。然而，已有研究表明，煙花爆竹內(nèi)含有大量硝類、硫類等易燃物，燃燒后釋放大量SO2、大氣顆粒物等空氣污染物(李悅等,2013;劉樹博等，2018；程朋根等，2019)，尤其是在集中燃放時段，短時間內(nèi)會引起大氣中顆粒物濃度劇增，導(dǎo)致空氣質(zhì)量急劇惡化(程念亮等,2015; 張曉玲等,2018)，嚴(yán)重影響城市居民的出行和身體健康(魏復(fù)盛等, 2001; 賀克斌等,2011)。張琴(2017)研究了煙花爆竹燃放對湖南省空氣質(zhì)量的影響。結(jié)果顯示煙花爆竹的集中燃放(正月初一)會導(dǎo)致嚴(yán)重的空氣污染，14個城市的空氣質(zhì)量全部超標(biāo)；集中燃放煙花爆竹對PM10和PM2.5影響最為顯著，尤其是PM2.5增幅最大，其次是SO2和CO，而NO2和O3受影響程度最小。郝天依等(2019)探討了春節(jié)期間煙花爆竹燃放對天津空氣質(zhì)量的影響。研究表明春節(jié)期間天津大氣顆粒物的濃度峰值出現(xiàn)在正月初一的00∶00—01∶00；煙花爆竹燃放對PM2.5、PM10和SO2濃度的影響較大，并且對PM2.5和PM10的影響程度相對增高，但對NO2的實時影響最小。楊志文等(2017)通過煙花爆竹燃放時段和正常時段的對比，研究了2015年春節(jié)期間煙花爆竹燃放對天津市空氣質(zhì)量的影響。結(jié)果表明集中燃放煙花爆竹對PM2.5、PM10和SO2的影響最為顯著，燃放高峰時段(正月初一0∶00)其濃度分別為428.00 μg/m3、714.00 μg/m3和283.14 μg/m3，且燃放期間的平均值比非燃放期分別增加了2.54、2.07和3.27倍。陳威等(2018)研究了2016年2月7—9日燃放煙花爆竹對哈爾濱空氣質(zhì)量的影響。結(jié)果表明除夕夜煙花爆竹集中燃放時間與哈爾濱出現(xiàn)重度污染時段高度吻合，說明集中燃放煙花爆竹會短時間內(nèi)引起嚴(yán)重的大氣污染。王占山等(2015，2016)分析了北京市2014年和2015年春節(jié)期間煙花爆竹燃放對空氣質(zhì)量的影響。結(jié)果表明煙花爆竹燃放會造成嚴(yán)重的大氣污染，尤其對PM2.5、PM10和SO2的濃度影響最為顯著。賀光艷等(2014)分析了2013年春節(jié)期間成都市區(qū)的主要大氣污染物濃度值，發(fā)現(xiàn)煙花爆竹燃放對PM2.5、PM10、SO2及NO2的濃度有較大影響。梁鐵軍(2010)研究了丹東市2009年春節(jié)期間煙花爆竹燃放對空氣質(zhì)量的影響。結(jié)果表明除夕和元宵節(jié)大量燃放煙花爆竹會導(dǎo)致PM10濃度在短時間內(nèi)(除夕期間22∶00—2∶00)快速上升，而對SO2和NO2濃度的影響不大，并且城區(qū)PM10濃度遠(yuǎn)高于其他區(qū)域。

政府通過合理的政策規(guī)制以改善春節(jié)期間城市空氣質(zhì)量，應(yīng)該成為大氣污染防控政策的主要目標(biāo)之一。既然燃放煙花爆竹會嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量，那么政府通過對城區(qū)實施“煙花禁放”規(guī)制措施對空氣質(zhì)量的改善影響如何呢？近年來，隨著國家和地方政府的“大氣污染防控條例”出臺和“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的實施，這一問題逐漸引起政府和學(xué)術(shù)界的關(guān)注(江濤,2019; 左仲華等,2018)。胡丙鑫(2019)等采用濃度比值和特征對比等方法評估了2018年春節(jié)期間(2月15—16日)京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市實施煙花禁限放措施的效果。結(jié)果表明“2+26”城市的煙花集中燃放會導(dǎo)致PM2.5、SO2濃度顯著增長，出現(xiàn)以PM2.5為首要污染物的重污染時段，并且呈現(xiàn)出區(qū)域性污染特征；與2017年同期(1月27—28日)相比，2018年春節(jié)期間14個城市中煙花燃放對PM2.5濃度平均貢獻(xiàn)量呈下降趨勢。目前對于煙花禁放影響的文獻(xiàn)，主要關(guān)注于煙花爆竹燃放對空氣質(zhì)量的影響，而鮮有從煙花禁放的視角深入考察政府政策規(guī)制對空氣質(zhì)量改善的作用，存在僅從橫向或者縱向進(jìn)行對比論證的片面性問題。

2018年，中國多個地區(qū)升級煙花“禁放令”并擴(kuò)大實施范圍，部分地區(qū)還將其升至立法層面，“禁放令”的推廣勢在必行。江西省積極響應(yīng)中央政府號召，部分地級市更是嚴(yán)格貫徹落實煙花禁放令?；诖?，筆者采用數(shù)理統(tǒng)計、定量分析和ArcGIS空間分析等方法，通過構(gòu)建“空氣污染綜合指標(biāo)”探討煙花禁放對春節(jié)期間江西省城市環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，為政府有關(guān)部門進(jìn)一步明確禁放區(qū)域、細(xì)化工作措施，科學(xué)實施“煙花爆竹禁放”的專項行動提供一定依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

江西省地處我國東南部，總面積16.69萬km2，轄南昌市等11個地級市，全年雨水頻繁，空氣偏向于潮濕，有利于空氣污染物的沉降，益于凈化空氣；因其主要地形為江南丘陵、山地，土壤條件好，森林覆蓋率高，所以生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)能力好，全省空氣質(zhì)量較良好。近年來，江西省建設(shè)國家生態(tài)文明試驗區(qū)成效顯著，2018年較2017年全年空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)增加了18天，空氣優(yōu)良率達(dá)88.3%，比全國平均水平高9%；主要空氣污染物指標(biāo)均呈現(xiàn)下降趨勢，其中PM2.5濃度下降17.4%，SO2、PM10和NO2分別下降了26.1%、12.3%和3.8%，均達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來源于江西省11個地級市的60個環(huán)境空氣監(jiān)測國控站點(diǎn)2017年和2018年春節(jié)期間(除夕至元宵，公歷2017年1月27至2月11日、2018年2月15至3月2日)的6項大氣污染物(PM10、PM2.5、SO2、CO、NO2和O3)數(shù)據(jù)。其中對24 h監(jiān)測數(shù)據(jù)取日均值，并運(yùn)用ArcGIS 10.1軟件的空間統(tǒng)計模塊，將具有經(jīng)緯度和監(jiān)測點(diǎn)編碼的60個國控監(jiān)測站點(diǎn)的6項污染指標(biāo)進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計，這些監(jiān)測站點(diǎn)主要集中分布在各地級市城區(qū)，反映城市環(huán)境空氣質(zhì)量狀況(圖1)。

圖1 江西省空氣質(zhì)量監(jiān)測站點(diǎn)分布示意Fig.1 Schematic graph of air quality monitoring stations in Jiangxi province

2 結(jié)果與討論

2.1 江西省城市煙花禁燃狀況分析

為了貫徹落實江西省人民政府頒布的《江西省人民政府關(guān)于修改〈江西省煙花爆竹安全管理辦法〉的決定》，省內(nèi)多數(shù)城市將煙花燃放政策從限放升級為范圍擴(kuò)大的禁放。如表1所示，2017年，省內(nèi)僅有5個城市先后進(jìn)行限放或禁放措施。而2018年，春節(jié)期間有8個城市升級煙花燃放政策，其中升級禁放的有7個，升級限放的有2個；擴(kuò)大煙花禁放范圍的有2個，僅1個城市繼續(xù)維持2017年煙花管理措施。上饒市雖在2019年才開始全面禁放煙花，但在2018年也實行了部分地區(qū)限放或禁放的措施。除撫州市外，2018年春節(jié)期間絕大部分地級市均全面升級了煙花禁放措施。

表1 2017和2018年春節(jié)期間江西省城市煙花禁放范圍Table 1 Prohibition of fireworks in Jiangxi province during the Spring Festival of the year 2017 and 2018

2.2 春節(jié)期間江西省城市大氣環(huán)境狀況分析

(1)2017和2018年春節(jié)期間全省大氣主要污染物濃度總體變化。圖2和圖3分別為2017和2018年春節(jié)期間江西省城市環(huán)境空氣中主要污染物的平均濃度。全面實施“煙花禁放”政策前(2017年)，除夕夜和正月初一都是春節(jié)期間大氣污染最嚴(yán)重的時段，大量的空氣污染物短期內(nèi)迅速累積形成污染高峰；大氣環(huán)境中主要污染物PM2.5和PM10分別較當(dāng)年對應(yīng)污染物的年均濃度升高49.62%和24.19%。2018年春節(jié)期間江西省全面實行禁燃措施后，絕大部分城市大氣環(huán)境中PM2.5、PM10、SO2等污染物的平均濃度較2017年同期均有明顯下降趨勢，僅鷹潭市的SO2濃度小幅上升，煙花禁放措施實施效果顯著。

圖2 2017年春節(jié)期間江西省城市環(huán)境空氣主要污染物濃度Fig.2 The concentration of major urban air pollutants in Jiangxi province during the Spring Festival in 2017

圖3 2018年春節(jié)期間江西省城市環(huán)境空氣主要污染物濃度Fig.3 The concentration of major urban air pollutants in Jiangxi province during the Spring Festival in 2018

與2017年同期相比，2018年春節(jié)期間全省城市主要污染物PM2.5、PM10和SO2濃度均值分別下降了21.94 μg/m3、25.69 μg/m3，和4.81 μg/m3，降幅分別達(dá)到31.64%、28.36%和28.39%，而其他3種大氣污染物O3、NO2和CO的濃度受煙花禁放政策影響不大。

(2)春節(jié)期間城市主要污染物濃度變化的定量分析。參考AQI技術(shù)規(guī)定(國家環(huán)境保護(hù)部，2012)，為了綜合評估各城市“煙花禁放”政策實施前后空氣質(zhì)量的變化情況，對春節(jié)期間主要污染物濃度進(jìn)行了去量綱處理。

在實施對農(nóng)村精準(zhǔn)扶貧的同時，特別強(qiáng)調(diào)教育扶貧；在談到振興鄉(xiāng)村的時候，不僅要振興鄉(xiāng)村的經(jīng)濟(jì)，還有鄉(xiāng)村的教育。如今鄉(xiāng)村學(xué)生依然面對著與中心城市許多學(xué)生不一樣的教育問題，找出困境，發(fā)展教育，振興鄉(xiāng)村，也是蘊(yùn)含在2018年中央一號文件中的重要內(nèi)容。本文通過對鄉(xiāng)村學(xué)生所面對的家庭、學(xué)校和社會各層次教育中所存在的困難提出問題，并為鄉(xiāng)村教育提出改革策略，為振興鄉(xiāng)村教育提供建議。

污染物項目P的空氣質(zhì)量分指數(shù)計算公式：

(1)

式中，IAQIP為污染物項目P的空氣質(zhì)量分指數(shù),CP為污染物項目P的空氣質(zhì)量濃度值,BPHi為與CP相近的污染物濃度限值的高位值，BPLo為與CP相近的污染物濃度限值的低位值，IAQIHi為與BPHi對應(yīng)的空氣質(zhì)量分指數(shù)，IAQILo為BPLo對應(yīng)的空氣質(zhì)量分指數(shù)。

空氣綜合污染指標(biāo)計算公式：

AQI總= IAQINO2+IAQIPM2.5+IAQIPM10+IAQISO2+IAQIO3

(2)

同2017年相比各污染物AQI下降百分比Pi計算公式：

Pi=(AQI2017-AQI2018)/AQI2017

(3)

同2017年相比AQI總下降百分比P總計算公式：

P總=(AQI總2017-AQI總2018)/AQI總2017

(4)

考慮到CO濃度呈現(xiàn)不規(guī)則變化，且濃度單位為mg/m3，權(quán)重過大，因此在計算空氣綜合污染指標(biāo)AQI總下降百分比中沒有將AQICO算入其中。2018年春節(jié)期間升級煙花禁放城市和新實施煙花禁放城市中3項污染指標(biāo)的下降比例分別如表2和表3所示。

表2 2018年春節(jié)期間升級煙花禁放城市3項污染指標(biāo)較2017年下降比例 Table 2 Decline percentage of three pollution indicators in upgraded-fireworks-banned cities during the Spring Festival in 2018 compared with those in 2017

表3 2018年春節(jié)期間新實施煙花禁放城市3項污染指標(biāo)較2017年下降比例Table 3 Decline percentage of three pollution indicators in implemented-fireworks-banned cities during the Spring Festival in 2018 compared with those in 2017

煙花禁放在2018年實施效果顯著，使得江西省空氣質(zhì)量有所改善。春節(jié)期間，2017年南昌市、九江市、新余市、撫州市、吉安市均有部分地區(qū)實施禁放與限放政策，而2018年在2017年基礎(chǔ)上升級禁放，使得這些城市的AQI總下降百分比均在17%以上(表2)。

由表3可知，贛州市SO2濃度下降百分比最大，為50.53%；萍鄉(xiāng)市AQI總下降百分比為0.41%，較2017年煙花禁放措施實施力度不夠。2017年春節(jié)期間景德鎮(zhèn)市、鷹潭市、上饒市則未實施煙花禁放政策，而2018年春節(jié)期間它們均實施了煙花禁放措施，使AQI總下降百分比都在13%以上。景德鎮(zhèn)市的PM2.5、PM10濃度分別下降了43.21%、35.19%，是2項指標(biāo)濃度下降最大的城市，且AQI總指數(shù)也下降最大，煙花禁放措施實施效果顯著。

2.3 煙花禁放效果分析

(1)2017和2018年春節(jié)期間主要污染物濃度變化。對春節(jié)期間江西省城市污染物濃度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)煙花爆竹燃放集中在正月初一，因此對除夕和正月初一進(jìn)行小時級別的SO2、PM10和PM2.53項指標(biāo)濃度變化分析，結(jié)果如圖4和圖5所示。2017年春節(jié)期間南昌市、九江市、新余市、撫州市、吉安市均有部分地區(qū)實施禁放與限放政策，而2018年在2017年基礎(chǔ)上升級禁放。如圖4可知，以南昌市為例，南昌市2017年3項污染物濃度高峰主要在正月初一1點(diǎn)和10點(diǎn)，SO2濃度在除夕19點(diǎn)及正月初一0點(diǎn)、9點(diǎn)有明顯的波峰，1點(diǎn)的污染高峰也說明污染物擴(kuò)散需要一定的時間，并非是0點(diǎn)集中燃放便瞬間導(dǎo)致污染濃度最高。再以撫州市為例，正月初一9時PM10濃度由2017年峰值1 020.4 μg/m3降至2018年204.25 μg/m3，可見政策的順利實施對污染物排放有所改善。

圖4 2018年春節(jié)升級禁放政策的地級除夕逐小時主要污染物濃度變化Fig.4 Hour-by-hour changes of the concentration of major pollutants in upgraded-fireworks-banned cities in 2018 Spring Festival

圖5 2018年春節(jié)新增實施禁放政策的地級市除夕逐小時主要污染物濃度變化Fig.5 Hour-by-hour changes of the concentration of major pollutants in implemented-fireworks-banned cities in 2018 Spring Festival

2017年春節(jié)期間宜春市、萍鄉(xiāng)市、贛州市未查到實施煙花禁放政策，景德鎮(zhèn)市、鷹潭市、上饒市則未實施煙花禁放政策，而2018年春節(jié)期間它們均實施了煙花禁放措施。由圖5知，以景德鎮(zhèn)市為例，這兩年除夕污染物濃度增加集中在除夕晚19時、正月初一的1時和8時，符合過年習(xí)俗，但主要污染物濃度變化不大，最高值都高于500 μg/m3，對環(huán)境的污染仍很大，這說明煙花禁放政策實施的迫切性。其中，宜春市的下降程度顯著低于其他城市，因為宜春市萬載縣是一個大型的煙花爆竹生產(chǎn)地，會對城市空氣污染程度造成一定影響。

(2)江西省煙花禁放前后空氣質(zhì)量時空演變。PM2.5、PM10和SO2是受煙花禁放政策影響較大的空氣污染物。根據(jù)圖4、圖5的結(jié)果，為了直觀地反映江西省煙花禁放前后大氣環(huán)境質(zhì)量的時空演化，選取除夕16點(diǎn)、初一1點(diǎn)、6點(diǎn)和19點(diǎn)，反映3項污染物在時空上的濃度峰、谷值完整的變化過程，運(yùn)用ArcGIS軟件空間統(tǒng)計模塊中的反距離權(quán)重法對3項污染物PM2.5、PM10和SO2濃度在上述4個時刻的小時濃度值進(jìn)行空間插值，結(jié)果如圖6、圖7和圖8所示。從整體來看，SO2濃度在除夕16點(diǎn)和正月初一19點(diǎn)的空間格局沒有變化。正月初一1、6點(diǎn)為兩個變化較明顯的時刻，PM2.5、PM10濃度下降范圍大致沿北部往中東部延伸至南部。2018年正月初一19點(diǎn)PM2.5、PM10濃度較2017年在江西省西部濃度上升，表明江西西部地區(qū)在這個時間內(nèi)仍有燃放煙花爆竹。

圖6 2017和2018年春節(jié)PM2.5空間分布Fig.6 Spatial distribution of PM2.5 in the Spring Festival of 2017 and 2018

由圖6可知，2017年除夕16點(diǎn)上饒市為PM2.5低值區(qū)，2018年贛州市為低值區(qū)；在2018年正月初一1點(diǎn)，PM2.5濃度較2017年全省降低，北部下降幅度大；正月初一6點(diǎn)，PM2.5濃度北部和南部小塊地區(qū)下降幅度大。由圖7可知，2017年除夕16點(diǎn)九江市為PM10濃度高值區(qū)，2018年萍鄉(xiāng)市為高值區(qū)。2018年初一1點(diǎn)PM10濃度除江西省西部小塊地區(qū)、吉安市、鷹潭市未下降，其他區(qū)域均下降，且北部的九江、南昌市下降幅度大；初一6點(diǎn)，PM10濃度西北小塊濃度上升，中部、東南、北部地區(qū)濃度下降。由圖8可知，初一1點(diǎn)，SO2濃度東北小塊地區(qū)濃度未降低，其他地方均下降，且中部地區(qū)下降幅度大。初一6點(diǎn)，SO2濃度中部地區(qū)下降。

圖7 2017與2018年春節(jié)期間PM10濃度的空間分布Fig.7 Spatial distribution of PM10 in the Spring Festival of 2017 and 2018

圖8 2017和2018年春節(jié)期間SO2濃度的空間分布Fig.8 Spatial distribution of SO2 in the Spring Festival of 2017 and 2018

3 結(jié)論

利用2017年和2018年春節(jié)期間江西省60個大氣環(huán)境國控監(jiān)測點(diǎn)的空氣質(zhì)量自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計、定量分析和ArcGIS空間分析等方法，并通過構(gòu)建“空氣污染綜合指標(biāo)”對“煙花禁放”政策實施前后江西省主要城市空氣質(zhì)量狀況變化進(jìn)行評估。主要結(jié)論如下：

(1)除夕夜和正月初一都是春節(jié)期間大氣污染最嚴(yán)重的時段，短期內(nèi)會急劇形成污染高峰。

(2)與2017年同期相比，2018年春節(jié)大部分城市實行禁燃措施后，全省PM2.5，SO2，PM10濃度均值分別下降31.64%、28.39%、28.36%，而O3、NO2、CO的濃度受煙花禁放政策影響較小。

(3)2018年較2017年污染物濃度整體下降，空氣質(zhì)量上升；從空間格局可以看出，空氣質(zhì)量指數(shù)類別較良好的地區(qū)主要分布在江西省北部和中部，其煙花禁放成效好。