2015-2020年三江源區(qū)空氣質(zhì)量變化特征研究

李春杰

摘 要：三江源區(qū)位于青藏高原腹地，相比于其他內(nèi)陸地區(qū)，三江源區(qū)整體環(huán)境空氣質(zhì)量相對較高，但PM10、SO2和O3污染冋題也日益凸顯，并引起學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。通過采集2015—2020年三江源區(qū)國控點觀測的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)資料，對PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2、O3等大氣污染物特征進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：三江源區(qū)國控點單點環(huán)境空氣質(zhì)量日均值優(yōu)良率為100%，空氣質(zhì)量2015—2020年呈波動提高趨勢，環(huán)境空氣質(zhì)量總體較高。大氣污染物主要為PM2.5、PM10、SO2、O3，其中PM2.5、PM10、SO2、O3在少數(shù)月份低于《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的一級標(biāo)準(zhǔn)。國控點主要污染物PM2.5、PM10、NO2、SO2濃度10月至次年4月期間明顯偏高，CO濃度11月至次年2月期間明顯偏高，O3濃度在3月至7月期間明顯偏高。研究結(jié)果可為三江源區(qū)大氣污染控制提供借鑒。

關(guān)鍵詞：三江源區(qū)空氣質(zhì)量大氣污染物變化特征

Abstract： The three river source area is located in the hinterland of the Qinghai-Tibet Plateau. Compared with other inland areas， the overall ambient air quality in the three river source area is relatively high. However， the problem of PM10， SO2 and O3 pollution is getting increasingly prominent and has aroused widespread concern by academia. Using air quality data observed at state-controlled points in the three river source area from 2015 to 2020， the characteristics of PM2.5， PM10， CO， SO2， NO2， O3 and other air pollutants were analyzed. The results show that the daily average excellence rate of ambient air quality at a single point controlled by the state in the three river source areais 100%， the air quality fluctuates and improves from 2015 to 2020， and the ambient air quality is generally high. The air pollutants are mainly PM2.5， PM10， SO2 and O3， among which PM2.5， PM10， SO2 and O3 are lower than the class I standard of the ambient air quality standard in a few months. The concentrations of main pollutants PM2.5， PM10， NO2 and SO2 in state control points were significantly higher from October to April of the next year， the concentration of CO was significantly higher from November to February of the next year， and the concentration of O3 was significantly higher from March to July. The results can provide reference for air pollution control in the three river source area.

Key Words： Three river source area; Air quality; Air pollutants; Variation characteristics

近年來，隨著我國城市化、工業(yè)化的不斷推進(jìn)，能源需求和使用量不斷增加，環(huán)境空氣質(zhì)量不斷下降，灰霾污染事件頻繁發(fā)生[1]。大氣顆粒物攜帶有毒重金屬、硫酸鹽、有機(jī)物、病毒、細(xì)菌等污染物，能直接進(jìn)入人體呼吸道和肺部，影響肺部及其他器官健康[2]。作為主要大氣污染物的二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、近地層臭氧（O3）和可吸入顆粒物（PM10）已對全球太陽輻射平衡、全球氣候、水循環(huán)、生態(tài)環(huán)境、大氣能見度和人類健康產(chǎn)生了重要影響，并影響到人類的生存和可持續(xù)發(fā)展[3-4]。由于次生臭氧及細(xì)顆粒物的存在，大氣污染物已從局地的一次污染轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域的二次污染，并顯示出多污染物共存、多污染源疊加、多尺度關(guān)聯(lián)、多過程耦合的特點[5-6]。

三江源區(qū)地處青藏高原腹地，是亞洲主要大河的發(fā)源地，具有海拔高、紫外線強(qiáng)、生態(tài)環(huán)境脆弱等特點，是我國乃至亞洲重要的氣候環(huán)境生態(tài)屏障[7]。在全球變化的背景下，三江源區(qū)正經(jīng)歷著許多環(huán)境問題，大氣環(huán)境的改變可能會引發(fā)一系列全球性氣候環(huán)境問題[8]。由于高海拔低溫缺氧的環(huán)境，三江源區(qū)不完全燃燒產(chǎn)物的排放量很大，直接影響區(qū)域大氣環(huán)境。然而有關(guān)三江源區(qū)空氣質(zhì)量年內(nèi)及年際變化的相關(guān)研究仍鮮見于報道，本文采用三江源區(qū)國控點空氣質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方法對大氣主要污染物做長時間序列分析，旨在闡明空氣污染物季節(jié)及年際的組成和演變特征，從而為三江源區(qū)大氣污染物來源解析和大氣污染控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。

1 研究方法

1.1研究區(qū)概況

三江源區(qū)位于青藏高原的腹地，為典型的高原大陸性氣候，氣溫年較差小、日較差大，太陽輻射強(qiáng)烈，日照時間長，植物生長周期短。多年平均氣溫為-5.6℃，6～9 月降水量占全年的73%，多年年平均降水量為512.7 mm。海拔高程介于4617～5352m之間，研究區(qū)多年凍土較為發(fā)育，厚度在15～130m之間，其中活動層厚度在0.8～2.5m之間。三江源地區(qū)主要植被類型為高寒草甸和高寒草原，土壤類型以高山草甸土、亞高山草甸土和高山草原土為主。研究區(qū)空氣質(zhì)量在線自動監(jiān)測臺站位于三江源核心地帶包括玉樹市、稱多縣、囊謙縣、雜多縣、治多縣、曲麻萊縣6市縣。

2.2數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)現(xiàn)有4個國控城市環(huán)境空氣質(zhì)量在線自動監(jiān)測臺站，分別位于稱多縣、雜多縣、囊謙縣、玉樹縣結(jié)古鎮(zhèn)，監(jiān)測數(shù)據(jù)均同步發(fā)布于全國環(huán)境空氣質(zhì)量實時發(fā)布平臺。本文所涉及到的細(xì)顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和臭氧（O3）數(shù)據(jù)均來源于此。本文選用的數(shù)據(jù)時間范圍為2015年1月1日到2020年12月31日期間，所用數(shù)據(jù)均為4個臺站的日平均值，以監(jiān)測三江源區(qū)的空氣質(zhì)量整體狀況和變化趨勢為目的，參照標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》（HJ 663-2012）、《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）?？諝馕廴局笖?shù)為0～50，空氣質(zhì)量狀況屬于優(yōu)。空氣污染指數(shù)為51～100，空氣質(zhì)量狀況屬于良?？諝馕廴局笖?shù)為101～150，空氣質(zhì)量狀況屬于輕度污染。運(yùn)用Excel 和Origin2018、SPSS16.0軟件等數(shù)理統(tǒng)計分析軟件，對監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析處理與評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 三江源區(qū)空氣質(zhì)量年內(nèi)變化分析

通過對2015—2020年各監(jiān)測點月均AQI、PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2、O3等污染物月均濃度值進(jìn)行分析比較，月均AQI均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，空氣質(zhì)量整體較高。PM2.5、PM10、SO2、NO2濃度10月至次年4月期間明顯偏高[9]，與多年凍土活動層的凍結(jié)期基本一致，大氣污染物與多年凍土活動層地氣過程可能存在協(xié)同現(xiàn)象（表2、表3、表5、表6）。CO濃度11月至次年2月期間明顯偏高，與三江源區(qū)采暖高峰期一致，可能與燃料在低溫缺氧環(huán)境下的不完全燃燒有關(guān)（表4）。O3濃度在3～7月期間明顯偏高，與PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2變化趨勢存在一定程度反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象（表7）。三江源區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量在7～9月份空氣質(zhì)量最高，與多年凍土活動層完全融化期一致，同時7～9份也是采暖較少的月份，污染物排放量較少。SO2、O3少數(shù)月份低于《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）中的一級標(biāo)準(zhǔn)（表5、表7）。

2.2 三江源區(qū)空氣質(zhì)量年際變化分析

2015—2020年三江源區(qū)的空氣質(zhì)量監(jiān)測中AQI優(yōu)良達(dá)標(biāo)率100%，其中優(yōu)占65.3%;良占34.7%，監(jiān)測點AQI指數(shù)呈現(xiàn)波動下降的趨勢（見表1），與2016年3月中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《三江源國家公園體制試點方案》出臺時間基本吻合，說明政策因素對于三江源大氣環(huán)境的保護(hù)起到了促進(jìn)作用。顆粒物作為我國長期主要的大氣污染物之一，是全國大氣污染防控的重點[10-11]。表3給出了2015—2020年三江源PM10質(zhì)量濃度年均值變化。三江源區(qū)的PM10質(zhì)量濃度年均值整體呈現(xiàn)波動下降趨勢，從2015年的50μg/m3降到2020年的24μg/m3， PM2.5也具有近似的規(guī)律，從2015年的19μg/m3降到2020年的8μg/m3（見表2）。PM10在2015和2017年均濃度較高，分別達(dá)到50和43μg/m3，達(dá)到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)，其它年份均優(yōu)于一級標(biāo)準(zhǔn)。PM2.5在2015、2016、2017年均分別為19、16、18μg/m3，低于一級標(biāo)準(zhǔn)。2015-2020年主要污染物為CO、SO2、NO2呈現(xiàn)波動下降的態(tài)勢，O3呈現(xiàn)上升的態(tài)勢[12-13]，說明二次污染物有上升趨勢（表4、表5、表6、表7）。

2.3污染物相關(guān)性分析

2015—2020年三江源區(qū)的空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，SO2、O3個別月份出現(xiàn)低于《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）一級標(biāo)準(zhǔn)的情況，CO和 NO2均優(yōu)于一級標(biāo)準(zhǔn)，SO2和 NO2是形成顆粒物和 O3的重要前提物，運(yùn)用Pearson相關(guān)系數(shù)法對6種主要污染物進(jìn)行相關(guān)性分析。由表8可知， AQI與PM10、O3指數(shù)正相關(guān)較強(qiáng)說明AQI主要受PM10和O3影響，PM10跟一次大氣污染物的排放有關(guān)，O3形成過程比較復(fù)雜與太陽輻射及前體物光化學(xué)反應(yīng)有關(guān)。SO2、 NO2與PM2.5顯著性正相關(guān)，NO2與SO2顯著性正相關(guān)，CO與O3顯著性負(fù)相關(guān)。偶爾低于一級濃度限值的污染物為PM2.5、PM10、SO2和O3，主要與牧區(qū)以生物質(zhì)燃料、煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)有關(guān)[14-15]，低溫缺氧環(huán)境下的不完全燃燒更加劇了PM2.5、PM10、SO2、CO的排放，控制生物質(zhì)燃料、煤炭使用量，使用清潔能源，可提降低PM2.5、PM10、SO2、O32、CO濃度提升三江源空氣質(zhì)量，可增加優(yōu)秀等級天氣日數(shù)，進(jìn)一步空氣質(zhì)量提升優(yōu)秀率。

3 結(jié)論

本文從大氣污染物AQI 及PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2、O3七大指標(biāo)的角度，分析了三江源區(qū)空氣質(zhì)量現(xiàn)狀，研究發(fā)現(xiàn)三江源區(qū)國控點單點環(huán)境空氣質(zhì)量日均值優(yōu)良率為100%，環(huán)境空氣質(zhì)量總體較好，空氣質(zhì)量在2015—2020年呈現(xiàn)波動提高趨勢，空氣質(zhì)量的改善和三江源國家公園的建立時間吻合，說明政策因素在三江源區(qū)大氣環(huán)境保護(hù)方面的重要意義。污染物主要為PM2.5、PM10、SO2和O3，PM2.5、PM10、SO2、O3在少數(shù)月份低于《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）中的一級標(biāo)準(zhǔn)。國控點主要污染物PM2.5、PM10、NO2、SO2濃度10月至次年4月期間明顯偏高，CO濃度11月至次年2月期間明顯偏高，O3濃度在3～7月期間明顯偏高。研究可為三江源區(qū)大氣污染控制、大氣環(huán)境保護(hù)及三江源國家公園建設(shè)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭小華，李明星，劉慧，等.汾渭平原空氣質(zhì)量的時空特征及其與氣象因子的關(guān)系[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2020，40（11）：305-313.

[2] Vania， Martins C， Correia I， et al.Chemical characterisation of particulate matter in urban transport modes[J].Journal of Environmental Sciences，2021，100（2）：53-63.

[3] Ja Hedi F， Rad H D， Goudarzi G， et al.Polycyclic aromatic hydrocarbons in PM1， PM2.5 and PM10 atmospheric particles： identification， sources， temporal and spatial variations[J].Journal of Environmental Health Science and Engineering，2021，19（1）：851-866.

[4] Jain S， Sharma S K， Vijayan N，et al.Investigating the seasonal variability in source contribution to PM2.5 and PM10 using different receptor models during 2013–2016 in Delhi， India[J].Environmental Science and Pollution Research，2021，28（4）：4660-4675.

[5]康世昌，叢志遠(yuǎn)，王小萍，等.大氣污染物跨境傳輸及其對青藏高原環(huán)境影響[J].科學(xué)通報， 2019，64（27）：124-132.

[6]許瑞廣.氣溶膠傳輸對青藏高原影響的大氣數(shù)值模擬分析[D].西安：中國科學(xué)院大學(xué)（中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所），2017.

[7]陳德亮，徐柏青，姚檀棟，等.青藏高原環(huán)境變化科學(xué)評估：過去、現(xiàn)在與未來[J].科學(xué)通報，2015，60（32）：3025-3035.

[8]吉振明.青藏高原黑碳?xì)馊苣z外源傳輸及氣候效應(yīng)模擬研究進(jìn)展與展望[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2018，37（4）：17-27.

[9]白永飛，呂學(xué)斌，平措，等.2014—2016年拉薩市大氣環(huán)境質(zhì)量分析及評價[J].氣象科技，2018，46（6）：1274-1279.

[10]楊天智.長沙市大氣顆粒物PM2.5化學(xué)組分特征及來源解析[D].長沙：中南大學(xué)，2010.

[11]黃小剛，邵天杰，趙景波，等.汾渭平原PM2.5濃度的影響因素及空間溢出效應(yīng)[J].中國環(huán)境科學(xué)，2019，39（8）：3539-3548.

[12]卓嘎，德慶卓嘎，陳濤.拉薩市大氣污染分布特征及氣象影響因子分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2009，25（1）：90-97.

[13]德慶卓嘎，米瑪潘多，羅布次仁.拉薩市幾種空氣污染物濃度變化與氣象要素之間的關(guān)系分析[J].西藏大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008（1）：7-11.

[14]沈國鋒，熊瑞，程和發(fā)，等.青藏農(nóng)村生活能源結(jié)構(gòu)及一次PM2.5排放估算[J].科學(xué)通報，2021，66（15）：1900-1911.

[15]汪蕊，丁建麗，馬雯，等.基于PSCF與CWT模型的烏魯木齊市大氣顆粒物源區(qū)分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2021，41（8）：3033-3042.