2020年1～2月管控期對永春縣主要空氣污染物的影響

穆煒崟

（永春縣環(huán)境監(jiān)測站，福建 泉州 362600）

1 引言

近些年來，我國先后舉辦了包括2008年北京奧運(yùn)會、杭州G20峰會和廈門金磚會晤在內(nèi)的多項(xiàng)國際賽事或重要會議活動，承擔(dān)組織工作的城市區(qū)域均采取了人為管控措施，空氣質(zhì)量的變化和空氣污染物的減排，有效地推動了科研人員和生態(tài)環(huán)境部門進(jìn)一步研究大氣污染防治措施[1-4]。數(shù)據(jù)說明，除了森林、土壤和平流層等天然源的排放、釋放和沉降外，城市大氣環(huán)境空氣質(zhì)量還受人為排放和氣象條件波動的影響。2019年12月，一種對國際衛(wèi)生產(chǎn)生重大威脅的新型冠狀病毒（COVID-19）在全球出現(xiàn)并廣泛傳播，大多數(shù)國家和城市采取了封鎖管制的措施，停止部分工業(yè)、商業(yè)的經(jīng)營活動，管制運(yùn)輸通道，限制人員聚集和流動[5-6]。新冠肺炎疫情防控采取了有別于以往的更大范圍、更強(qiáng)力度、更長時(shí)間的行為管控措施，在很大程度上削減了大氣污染物人為源排放的“貢獻(xiàn)”[7]。因此，本研究針對疫情爆發(fā)前后空氣污染物的時(shí)空變化規(guī)律，關(guān)聯(lián)氣象條件變化，探討新冠肺炎疫情管控措施對空氣質(zhì)量的影響，并比較年際同期的差異，為城市大氣污染管控的研究提供參考。

2 研究方法

2.1 研究點(diǎn)位

永春縣隸屬福建省泉州市，位于福建省東南部，西部多山而東部以丘陵和河谷為主，全縣面積1456.87 km2。永春縣屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫20.4 ℃，夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，冬季為偏北風(fēng)。本研究選取永春縣3個(gè)環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站，包括港永幼兒園（距離探花山工業(yè)區(qū)約1 km）、永春一中（居民集中區(qū)）和永春師范（城郊區(qū)），充分反映永春縣環(huán)境空氣質(zhì)量狀況。

2.2 監(jiān)測方法與數(shù)據(jù)來源

環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站設(shè)備分別是基于β射線原理的大氣顆粒物（PM10和PM2.5）分析儀（安徽藍(lán)盾LGH-01 B/E），基于紫外吸收原理的O3分析儀（安徽藍(lán)盾LGH-240）、紅外氣體過濾相關(guān)法的CO分析儀（安徽藍(lán)盾LGH-230）和差分吸收光譜法測量的SO2與NO2（安徽藍(lán)盾LGH-01）。2019-2021年際同期PM2.5、PM10、O3、NO2、SO2、CO以及溫度（T）、相對濕度（RH）、風(fēng)速（WS）和風(fēng)向（WD）等數(shù)據(jù)均來源于永春縣環(huán)境監(jiān)測站。

2.3 研究時(shí)間段

本研究采用環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)時(shí)間階段為2020年1月1日-2月29日，其中1月25-31日是春節(jié)假期，受疫情影響后延長至2月2日，1月24日福建省人民政府發(fā)布啟動重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件一級響應(yīng)的通知，而逐步復(fù)工復(fù)產(chǎn)的通告在2020年2月9日發(fā)布。根據(jù)新冠疫情管控措施的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，將研究時(shí)間階段劃分為三部分，即①工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)活動減少，返程返鄉(xiāng)高峰逐步到來，劃為管控前（1月1-24日）；②工業(yè)企業(yè)停工停產(chǎn)、商業(yè)活動停止、居民出行和交通管制等措施，劃為管控期（1月25日-2月9日）；③陸續(xù)開展復(fù)工復(fù)產(chǎn)，主要干道開放通行，劃為管控后（2月10日-2月29日）。

3 結(jié)果與討論

3.1 環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)比較

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）規(guī)定的6種污染物濃度，比較2019-2021年永春縣三個(gè)點(diǎn)位研究時(shí)間階段的空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）。從三個(gè)點(diǎn)位AQI平均值來看，與2019年相比港永幼兒園、永春一中和永春師范的年際同期環(huán)比增長值分別為-11、+4和±0，各點(diǎn)位變化差異略有不同；與2021年相比則分別為-7、-6和-7，各點(diǎn)位表現(xiàn)出基本一致的增長情況；進(jìn)一步比較2020年不同管控階段三個(gè)點(diǎn)位的AQI變化情況，管控期間AQI平均值在42～46，與管控前AQI值相比下降了6～8，降幅達(dá)到了11%～16%。隨著疫情逐步得到控制，人為活動逐漸開放，管控后AQI值均有所回升。

3.2 污染物濃度水平

春節(jié)期間工商業(yè)活動的減少以及疫情交通管制措施的施行對污染物濃度水平的變化存在關(guān)聯(lián)性。對比2019-2021年不同管控階段污染物濃度可以發(fā)現(xiàn)，港永幼兒園、永春一中和永春師范等3個(gè)點(diǎn)位污染物濃度變化趨勢較為相似，多數(shù)時(shí)候管控前的污染物濃度高于開展管控措施以后。尤其是在顆粒物PM10和氣態(tài)污染物CO等方面，不同年際間管控措施對CO的減排降幅程度分別是2019年為12.5%～50%、2020年為14.3%～42.9%、2021年為16.7%～42.9%；對PM10的減排降幅程度分別是2019年為19.6%～39.6%、2020年為31.1%～41.7%、2021年為22.8%～25.9%，而PM2.5的減排變化程度為-22.9%～+3%，個(gè)別時(shí)候濃度持平或略有上升。已有研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5和PM10存在一次排放和一次氣態(tài)污染物的二次轉(zhuǎn)化，二次氣溶膠更多貢獻(xiàn)在粒徑更小的顆粒物上，CO可用于指示一次排放源的貢獻(xiàn)[8-10]，因此PM和CO的濃度差異說明本地一次排放源對管控管制措施的反應(yīng)顯著?；剂先紵偷缆芬苿釉淳鶗欧臢O2、SO2以及CO，但前兩者未顯著表現(xiàn)出與CO相同的變化特征，并且濃度變化差異微弱。O3日最大8 h滑動值（O3-8 h）平均濃度呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，研究時(shí)間階段的年際趨勢各不一致，2020年不同管控階段O3-8 h平均濃度分別為71.6±21.5 μg·m-3、61.8±19.9 μg·m-3和9.5±26.0 μg·m-3，管控期比管控前平均濃度相差接近10 μg·m-3，生產(chǎn)生活復(fù)蘇后O3-8 h平均濃度回升18 μg·m-3左右，表明春節(jié)假期減排效應(yīng)在疊加新冠疫情管控管制措施的情形下對O3濃度存在更為顯著的影響（如圖1所示）。

圖1 不同管控階段主要空氣污染物日變化特征（PM2.5、PM10、O3、NO2、SO2和CO）

3.3 污染物日變化特征

針對“春節(jié)效應(yīng)”疊加“疫情管制”的雙減條件下永春縣空氣污染物具有顯著的日變化特征，不同研究點(diǎn)位趨勢基本一致，而管控期污染物濃度日變化趨勢明顯減緩，管控前后則趨勢基本一致，濃度略有差異。PM2.5、PM10和氣態(tài)污染物（NO2和CO）呈現(xiàn)較為明顯的雙峰型特征，第一個(gè)峰值出現(xiàn)在9：00前后，午間14：00前后達(dá)到最低值，隨后逐漸升高至20：00時(shí)段出現(xiàn)第二個(gè)峰值，并伴有夜間累積趨勢。SO2日變化沒有明顯的趨勢，與其他污染物的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，徐超等在廈門灣區(qū)域的研究也發(fā)現(xiàn)SO2對防控政策的響應(yīng)不一[7]。O3生成與光照強(qiáng)度的聯(lián)系緊密，是由氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物等前體物經(jīng)過復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)生成，夜間受NO滴定作用而減少[11-12]，徐芯蓓等科研人員在廈門金磚會晤期間發(fā)現(xiàn)管控前O3峰值和谷值平均濃度為121.3 μg·m-3和8.3 μg·m-3，管控期峰值和谷值平均濃度為117.3 μg·m-3和34 μg·m-3，產(chǎn)生了“削峰填谷”的現(xiàn)象[12-13]，由圖1可知，研究時(shí)間階段O3的日變化符合這一研究結(jié)果，是典型的單峰型特征。管控前、后峰值基本一致，谷值和峰后略有不同，管控前峰后較抖且谷值略微更低。管控期O3平均濃度峰值和谷值分別為60.5 μg·m-3和29.6 μg·m-3，“削峰”效率達(dá)到24.6%，三個(gè)階段O3日變化濃度峰值分別是谷值的3.71倍、2.04倍、3.65倍。因而永春縣主要空氣污染物濃度同地面揚(yáng)塵和道路機(jī)動車出行的關(guān)系較大。

3.4 氣象條件變化的影響

永春縣地處福建省東南部且境內(nèi)山多地少，海峽西岸冬季盛行東北風(fēng)，而特殊的地形環(huán)境往往導(dǎo)致永春縣近地面風(fēng)向沿山谷自東南涌入。研究人為源排放對空氣質(zhì)量的貢獻(xiàn)情況固然重要，氣象條件變化帶來的氣團(tuán)流動（風(fēng)速和風(fēng)向）也是不可忽略的[14]，同時(shí)溫度和相對濕度也會對污染物的生消機(jī)理產(chǎn)生關(guān)鍵影響。即使采取了高強(qiáng)度級別的管控措施，污染物濃度仍然會出現(xiàn)“不降反升”的現(xiàn)象[15]。按照三個(gè)點(diǎn)位主要空氣污染物和氣象參數(shù)的時(shí)間變化，港永幼兒園點(diǎn)位在不同管控階段的風(fēng)速分別為0.7±0.3 m·s-1、0.7±0.4 m·s-1和0.7±0.4 m·s-1，風(fēng)向以偏南風(fēng)為主。永春一中點(diǎn)位風(fēng)速明顯要高于其他兩處點(diǎn)位，不同管控階段的風(fēng)速分別為1.3±0.6 m·s-1、1.4±0.7 m·s-1和1.3±0.7 m·s-1，風(fēng)向多變，其中較高風(fēng)速時(shí)為東南風(fēng)而較低風(fēng)速時(shí)以偏北風(fēng)為主。永春師范點(diǎn)位在不同管控階段的風(fēng)速分別為0.6±0.3 m·s-1、0.7±0.4 m·s-1和0.7±0.5 m·s-1，風(fēng)向與港永幼兒園基本一致，夜間風(fēng)速明顯減弱。三個(gè)點(diǎn)位風(fēng)速的差異與所處河谷地帶有關(guān)，永春一中處于更為開闊的地域。各點(diǎn)位管控期均處于低溫高濕條件下，白天氣溫高而濕度低，加上風(fēng)速均較?。ǎ? m·s-1），這對于一次污染物的二次轉(zhuǎn)化創(chuàng)造了有利條件，與PM和O3的濃度差異及特征較為吻合，永春一中點(diǎn)位白天更高的風(fēng)速是導(dǎo)致SO2擴(kuò)散的主要原因。

4 結(jié)論

（1）新冠疫情防控期間疊加了春節(jié)假期的影響，永春縣空氣質(zhì)量有所改善，降幅達(dá)11%～16%，其中PM10和CO的減幅比率更大，分別下降了17 μg·m-3和0.2 mg·m-3，并且趨勢基本一致，本地人為的一次排放源是主要原因。PM2.5由于受二次轉(zhuǎn)化的影響更大，可能抵消了一次排放源的貢獻(xiàn)，因而與本地排放較少的NO2和SO2表現(xiàn)相似。

（2）2020年管控期O3-8 h平均濃度下降了約10 μg·m-3，復(fù)工復(fù)產(chǎn)后的反彈達(dá)到18 μg·m-3，出現(xiàn)“削峰填谷”的現(xiàn)象，削峰比率達(dá)到了24.6%，但未發(fā)現(xiàn)源排放的相關(guān)規(guī)律，表明氣象條件和前體物轉(zhuǎn)化的共同作用。主要空氣污染物之間的時(shí)空分布規(guī)律及其對不同管控情形下的表現(xiàn)特征，揭示了O3和PM2.5的復(fù)合污染狀況及其協(xié)同控制的復(fù)雜性。