2020年春節(jié)前后天津市空氣質(zhì)量特征分析＊

李鵬，李丹，劉彬，畢溫凱，肖致美

2020年春節(jié)前后天津市空氣質(zhì)量特征分析＊

李鵬，李丹，劉彬，畢溫凱，肖致美

（天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，天津 300191）

2020年春節(jié)假期受新冠疫情影響，大量工廠停產(chǎn)、工地停工，移動(dòng)源活動(dòng)強(qiáng)度明顯降低。為研究受疫情影響的春節(jié)前后天津市空氣質(zhì)量特征，基于2020-01—2020-02高時(shí)間分辨率的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)天津市春節(jié)前后空氣質(zhì)量進(jìn)行分析。結(jié)果表明，與春節(jié)前相比，春節(jié)后天津市各項(xiàng)主要污染物濃度均下降，NO2下降最明顯；污染物濃度日變化幅度明顯降低，早、晚高峰不明顯，北部的薊州、寶坻等區(qū)域PM2.5和CO濃度明顯升高。春節(jié)前后PM2.5中化學(xué)組分濃度和占比發(fā)生明顯變化，春節(jié)前PM2.5中二次無機(jī)離子平均濃度均較高，OC、EC、K+平均濃度均較低，Cl-平均濃度基本平穩(wěn)。受燃燒源增加、移動(dòng)源大幅降低和工地停工影響，春節(jié)后SO42-、OC、EC和K+在PM2.5中占比明顯上升，NO3-和Ca2+在PM2.5中占比明顯下降；工業(yè)持續(xù)生產(chǎn)使春節(jié)后PM2.5中NH4+和Cl-占比相對(duì)較高。

天津；空氣質(zhì)量；PM2.5；污染特征

京津冀區(qū)域是中國污染物排放強(qiáng)度高、空氣質(zhì)量差的地區(qū)，以PM2.5為首要污染物的重污染天氣頻發(fā)[1-6]。為有效控制污染，國家在大型活動(dòng)期間（如奧運(yùn)會(huì)、“APEC會(huì)議”和“九三閱兵”）嘗試開展區(qū)域的大氣污染聯(lián)防聯(lián)控[7-10]，包括工廠停產(chǎn)限產(chǎn)、工地停工、機(jī)動(dòng)車單雙號(hào)限行等，為空氣質(zhì)量改善起到重要作用。研究表明，2008年奧運(yùn)期間O3、SO2、CO和NOx的日均濃度分別較會(huì)前下降了23%、61%、25%和21%[7]；交通源排放的VOCs、CO、NOx和PM10分別較會(huì)前下降55.5%、56.8%、45.7%和51.6%[8]?！癆PEC會(huì)議”期間天津市二次離子（NO3-、SO42-、NH4+）、一次離子（Cl-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+）在PM2.5中的占比分別由會(huì)議期間的48.12%、8.84%下降為會(huì)后的42.68%、14.50%[9]?！熬湃啽逼陂g的減排措施使得北京SO2、O3、NO2、PM10和PM2.5濃度分別降低了50.0%、0.7%、42.1%、45.7%和48.6%[10]。2020年春節(jié)以來，受新冠疫情延遲復(fù)工影響，大量工廠停產(chǎn)、工地停工，移動(dòng)源活動(dòng)強(qiáng)度明顯降低，整個(gè)區(qū)域的涉氣污染源排放強(qiáng)度發(fā)生了明顯變化，十分有必要開展2020年春節(jié)前后空氣質(zhì)量特征分析，以期為今后大氣污染防控政策的制訂提供科學(xué)依據(jù)。2020-01-24開始春節(jié)假期，之后受新冠疫情影響，直到02-15主要工業(yè)企業(yè)才實(shí)現(xiàn)復(fù)工復(fù)產(chǎn)。為分析春節(jié)前后空氣質(zhì)量變化特點(diǎn)，將01-01—01-23稱為春節(jié)前，01-24—02-15稱為春節(jié)后。

1 材料與方法

1.1 觀測(cè)場(chǎng)地

天津市位于華北平原東北部，海河流域下游，東臨渤海，北依燕山，是全國先進(jìn)制造研發(fā)基地、北方國際航運(yùn)核心區(qū)、金融創(chuàng)新運(yùn)營示范區(qū)和改革開放先行區(qū)。常規(guī)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來自天津市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，共有23個(gè)城市評(píng)價(jià)點(diǎn)，覆蓋所有區(qū)。PM2.5組分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來源于天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心超級(jí)觀測(cè)站，采樣平臺(tái)位于市監(jiān)測(cè)中心四樓樓頂，距地面約15 m，周邊為居住區(qū)和學(xué)校，北面約300 m為中環(huán)路。

1.2 采樣及分析方法

采用TEOM 1405F監(jiān)測(cè)PM2.5，質(zhì)量控制嚴(yán)格按照HJ 817—2018《環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行和質(zhì)控技術(shù)規(guī)范》要求進(jìn)行。Thermo 42i、Thermo 43i、Thermo 48i分別監(jiān)測(cè)NOx、SO2、CO，儀器每天自動(dòng)校準(zhǔn)，質(zhì)量控制按照HJ 818—2018《環(huán)境空氣氣態(tài)污染物 （SO2、NO2、O3、CO）連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行和質(zhì)控技術(shù)規(guī)范》要求進(jìn)行。采用Sunset Laboraory Inc碳分析儀監(jiān)測(cè)PM2.5中碳（OC、EC），系統(tǒng)每天自動(dòng)內(nèi)標(biāo)檢查，每月用標(biāo)準(zhǔn)蔗糖溶液進(jìn)行外標(biāo)校正，并定期檢查系統(tǒng)采樣流量。采用AIM-URG9000D監(jiān)測(cè)PM2.5中的陰離子（SO42-、NO3-、Cl-、F-）和陽離子（Ca2+、NH4+、Na+、K+和Mg2+），每月配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線，相關(guān)系數(shù)除NH4+外，均大于99.9%（NH4+相關(guān)系數(shù)大于99.5%），定期檢查系統(tǒng)采樣主流量。

2 結(jié)果與討論

2.1 污染物濃度總體情況

春節(jié)前、后天津主要污染物濃度時(shí)空分布發(fā)生明顯變化，如圖1所示。從濃度水平看，春節(jié)前全市SO2、NO2、PM2.5和CO的平均濃度分別為12 μg/m3、68 μg/m3、94 μg/m3和1.5 mg/m3，春節(jié)后全市SO2、NO2、PM2.5和CO的平均濃度為10 μg/m3、34 μg/m3、89 μg/m3和1.2 mg/m3。與春節(jié)前空氣質(zhì)量相比，春節(jié)后SO2、NO2、PM2.5、CO平均濃度分別下降16.7%、50.0%、5.3%、20.0%，NO2平均濃度下降明顯。春節(jié)前SO2/NO2的比值為0.18，低于春節(jié)后的0.29，表明春節(jié)后受新冠肺炎疫情影響移動(dòng)源的排放量顯著降低[11]。

圖1 春節(jié)前后天津市主要污染物濃度變化

2.2 污染物濃度時(shí)空變化

天津市主要污染物濃度日變化如圖2所示，從圖2中可以看出，春節(jié)前、后PM2.5、NO2、CO日變化均呈現(xiàn)“雙峰”分布，SO2日變化均呈現(xiàn)“單峰”分布。與春節(jié)前相比，春節(jié)后污染物小時(shí)濃度均明顯低于春節(jié)前，污染物濃度日變化幅度明顯降低，早、晚高峰不明顯，這與春節(jié)后假期延長(zhǎng)、延遲復(fù)工、人們外出活動(dòng)減少有關(guān)。

春節(jié)前、后天津市主要污染物濃度空間分布如圖3所示，從圖3中可以看出，春節(jié)前、后SO2和NO2空間分布相似，但春節(jié)后SO2和NO2濃度明顯降低，尤其是NO2濃度下降明顯；對(duì)于PM2.5和CO來說，春節(jié)后天津北部的薊州、寶坻濃度較高，原因可能在于受延遲復(fù)工影響，大量外出務(wù)工人員只能呆在家里，這些務(wù)工人員主要居住于郊區(qū)或農(nóng)村，農(nóng)村取暖和餐飲等生活需求增加，導(dǎo)致散煤燃燒、生物質(zhì)燃燒強(qiáng)度增大。

圖2 天津市主要污染物濃度日變化

圖3 春節(jié)前后天津市主要污染物濃度空間分布

2.3 PM2.5化學(xué)組分特征

春節(jié)前、后天津市PM2.5化學(xué)組分呈現(xiàn)不同的分布特征。從PM2.5中化學(xué)組分濃度看，春節(jié)前二次無機(jī)離子（SO42-、NO3-和NH4+）平均濃度為48.93 μg/m3，遠(yuǎn)高于春節(jié)后的 44.33 μg/m3，尤其是NO3-平均濃度，春節(jié)前為22.78 μg/m3，是春節(jié)后1.27倍；春節(jié)前Ca2+平均濃度為0.45 μg/m3，是春節(jié)后的1.67倍；春節(jié)前后Cl-和Na+平均濃度基本穩(wěn)定，春節(jié)前濃度分別為3.79 μg/m3、1.52 μg/m3，略高于春節(jié)后的3.59 μg/m3、1.38 μg/m3；春節(jié)后OC、K+、EC、Mg2+平均濃度分別為9.63 μg/m3、3.37 μg/m3、1.62 μg/m3、0.33 μg/m3，分別是春節(jié)前1.50倍、2.22倍、1.10倍、2.36倍。從PM2.5中化學(xué)組分占比看，春節(jié)后NO3-在PM2.5中的占比明顯下降，由春節(jié)前的21.7%降至春節(jié)后19.2%；SO42-、NH4+、OC、EC、Cl-、K+和Mg2+在PM2.5中的占比上升，分別由春節(jié)前的12.5%、12.4%、6.1%、1.4%、3.6%、1.4%、0.1%升至春節(jié)后15.3%、13.0%、10.3%、1.7%、3.8%、3.6%、0.4%，春節(jié)前后Ca2+、Na+和在PM2.5中占比較低，春節(jié)前分別為0.4%、1.4%，春節(jié)后分別為0.3%、1.5%。

春節(jié)前后PM2.5化學(xué)組分分布特征與污染源排放變化密切相關(guān)。春節(jié)前期，移動(dòng)源、工業(yè)企業(yè)排放正常，與這些源排放相關(guān)的二次無機(jī)離子和Cl-等組分濃度均較高[12]；受春節(jié)假期及疫情影響，移動(dòng)源活動(dòng)大量減少、工地停工，春節(jié)后與機(jī)動(dòng)車和建筑施工相關(guān)的NO3-和Ca2+濃度及其在PM2.5中占比呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)；春節(jié)后SO42-和OC占比明顯高于春節(jié)前，說明燃煤源影響增加，受延遲復(fù)工影響，大量外出務(wù)工人員無法外出，這些務(wù)工人員主要居住于郊區(qū)或農(nóng)村，燃煤源影響增加可能與農(nóng)村取暖和餐飲有關(guān)。另外，01-24—01-29為傳統(tǒng)除夕至初五，K+、Na+和Mg2+在PM2.5中占比增加可能與煙花爆竹燃放有關(guān)。從全市CO濃度分布看，天津遠(yuǎn)郊區(qū)濃度相對(duì)較高，這在一定程度上說明這些區(qū)散煤燃燒較為嚴(yán)重。延遲復(fù)工期間雖然移動(dòng)源流量較平時(shí)下降，但某些重點(diǎn)工業(yè)（如鋼鐵、玻璃、石化和制藥等）存在大量不可中斷工序，仍需要持續(xù)生產(chǎn)，在移動(dòng)源總量降低的前提下，與工業(yè)企業(yè)排放相關(guān)的NH4+、Cl-等組分在PM2.5中的占比相對(duì)增加。

天津市PM2.5中化學(xué)組分濃度及占比變化如圖4所示。

圖4 天津市PM2.5中化學(xué)組分濃度及占比變化

通常用[SO42-]/[NO3-]質(zhì)量濃度的比值作為反映固定源（如燃煤）和移動(dòng)源（如汽車尾氣）對(duì)大氣顆粒物中水溶性組分相對(duì)貢獻(xiàn)的重要指標(biāo)[13]，春節(jié)前、后期間，[SO42-]/[NO3-]的比值分別為0.58和0.80，說明春節(jié)后燃煤影響增加，移動(dòng)源影響降低。OC/EC的比值可用來識(shí)別碳?xì)馊苣z的來源及轉(zhuǎn)化特征[13]，OC/EC比值為1.0～4.2時(shí)說明機(jī)動(dòng)車排放影響較大，OC/EC比值為2.5～10.5時(shí)燃煤排放貢獻(xiàn)較大，春節(jié)前、后期間，OC/EC比值分別為4.38和5.94，這也說明春節(jié)后燃煤影響增加，移動(dòng)源影響降低。與天津市2015—2016年[12]以及2017-01[14]期間研究結(jié)果相比，2020年春節(jié)前、后天津市PM2.5的主要組分依然為二次無機(jī)離子和碳組分，說明近年來天津市主要污染源排放結(jié)構(gòu)并沒有明顯的變化。

3 結(jié)論

與春節(jié)前相比，春節(jié)后天津市主要污染物平均濃度均下降，SO2、NO2、PM2.5、CO平均濃度分別下降16.7%、50.0%、5.3%、20.0%。

從污染物時(shí)空分布上看，污染物濃度日變化幅度明顯降低，早、晚高峰不明顯；北部的薊州、寶坻PM2.5和CO濃度明顯升高，原因可能在于受延遲復(fù)工影響，大量外出務(wù)工人員只能呆在家里，農(nóng)村取暖和餐飲等生活需求增加，導(dǎo)致散煤燃燒、生物質(zhì)燃燒強(qiáng)度增大。

從PM2.5中化學(xué)組分分布上看，春節(jié)前PM2.5中二次無機(jī)離子平均濃度較高，OC、EC、K+平均濃度均較低，Cl-平均濃度基本平穩(wěn)。受燃燒源增加、移動(dòng)源大幅降低和工地停工影響，春節(jié)后SO42-、OC、EC和K+在PM2.5中占比明顯上升，NO3-和Ca2+在PM2.5中占比明顯下降；工業(yè)持續(xù)生產(chǎn)使春節(jié)后PM2.5中NH4+和Cl-占比相對(duì)較高。

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2095－6835（2020）24－0073－04

X513；X831

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.024

李鵬（1984—），男，碩士研究生，工程師，主要研究方向?yàn)榇髿馕廴九c防治。

畢溫凱（1988—），男，碩士研究生，工程師，主要研究方向?yàn)榇髿馕廴九c防治。

天津市科技重大專項(xiàng)（編號(hào)：18ZXSZSF00160）

〔編輯：王霞〕