2016—2018 年中衛(wèi)市城區(qū)大氣污染特征分析

楊 苑，錢倩霞，白春燕，白天輝

（1.中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預警與風險管理重點實驗室，寧夏銀川 750000；2.寧夏氣象防災減災重點實驗室，寧夏銀川 750000；3.寧夏中衛(wèi)市氣象局，寧夏中衛(wèi) 755000；4.河北省氣象災害防御中心，河北石家莊 050021；5.中國人民解放軍31664 部隊，甘肅白銀 730913）

中衛(wèi)市位于寧夏回族自治區(qū)中西部，是寧夏最年輕的地級市，被譽為“沙漠水城”、“花兒杞鄉(xiāng)”、“休閑中衛(wèi)”。作為國家全域旅游示范區(qū)創(chuàng)建地級市之一，空氣質(zhì)量是游客考評當?shù)芈糜涡袠I(yè)的重要一項，也是綠水藍天保衛(wèi)戰(zhàn)中重要一環(huán)。隨著社會各界對大氣污染問題的深刻認識，針對空氣質(zhì)量、空氣污染的氣象條件等研究已經(jīng)成為許多部門重點研究的課題之一。如張夏琨等[1]研究石家莊市空氣質(zhì)量與氣象條件的關(guān)系，表明不是風速越小，污染質(zhì)量濃度越大，風速在一定范圍內(nèi)，會使空氣污染物超標。黃容等[2]統(tǒng)計分析了青島市SO2、NO2及PM10平均質(zhì)量濃度和氣象要素的關(guān)系，得到以上污染物質(zhì)量濃度與云量、降水量和氣溫呈負相關(guān)，與氣壓呈正相關(guān)的結(jié)論。肖舜等[3]分析西安世園會園區(qū)春夏兩季PM10指數(shù)與氣象因子的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)相對濕度為首要控制因子。郭虎等[4]對北京春季一次連續(xù)重污染過程的氣象條件進行詳細分析，得到低空850 hPa 的逆溫層能夠抑制空氣的垂直運動，可能會造成當?shù)刂囟任廴?。山義昌等[5]研究氣象條件對濰坊市空氣質(zhì)量的影響，表明混合層越高，越有利于污染物向四周輸送，空氣質(zhì)量容易變好。目前關(guān)于中衛(wèi)市城區(qū)空氣質(zhì)量、不同污染物質(zhì)量濃度的統(tǒng)計特征分析研究還不夠，本文將詳細分析2016—2018 年中衛(wèi)市城區(qū)空氣質(zhì)量、不同污染物質(zhì)量濃度的時間變化特征。

1 資料與方法

2 個國控自動監(jiān)測點位分別是官橋站和環(huán)保局站，6 種常規(guī)污染物質(zhì)量濃度與氣象數(shù)據(jù)從中衛(wèi)市環(huán)境監(jiān)測站獲?。孩?016—2018 年2 個國控自動監(jiān)測點位PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、臭氧8 h 的逐時、逐日質(zhì)量濃度資料；②2016—2018 年中衛(wèi)市市均PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、臭氧8 h 和AQI 的逐日質(zhì)量濃度資料。另外，本文定義的春季為3—5月份，夏季為6—8 月份，秋季為9—11 月份，冬季為12 月至次年2 月份；PM10、PM2.5、SO2、NO2、臭氧8 h 的質(zhì)量濃度的單位為μg/m3，CO 質(zhì)量濃度的單位為mg/m3。

本文剔除無效數(shù)據(jù)的天數(shù)及當天各類污染物質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，補進同一天2 種首要污染物的日數(shù)，總樣本數(shù)為3 266。

2 不同等級空氣質(zhì)量天數(shù)的時間變化

2.1 年變化特征

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》GB3095—2012，當AQI＞100，即空氣質(zhì)量指數(shù)級別達到輕度污染及以上時，稱為污染天氣，即AQI＜100 時，空氣質(zhì)量達標。對中衛(wèi)市市均和官橋站、環(huán)保局站2 個監(jiān)測站點2016—2018 年空氣質(zhì)量指數(shù)年均值進行統(tǒng)計計算，見表1。

（1）根據(jù)統(tǒng)計，2016—2018 年城區(qū)空氣質(zhì)量相對較好，達標日數(shù)占75.9%～79.0%。其中，均以良天數(shù)為最多，占比達66.0%以上。污染天氣日數(shù)為74～94 d，以輕度污染為主。其中，輕度污染占比15.0%～18.1%；中度污染占比2.2%～3.8%；重度污染0.5%～1.4%；嚴重污染1.4%～3.6%。

（2）環(huán)保局站比官橋站空氣質(zhì)量相對較好，優(yōu)良天數(shù)均高于官橋站。這是因為環(huán)保局站位于中衛(wèi)市新城區(qū)，而官橋站位于城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)，受秸稈焚燒、冬季燒煤影響較顯著。

2.2 季節(jié)變化特征

由表2 可知，2016—2018 年中衛(wèi)市市均春季污染天氣為79 d，夏季為54 d，秋季為37 d，冬季為78 d；環(huán)保局站春季污染天氣為78 d，夏季為66 d，秋季為35 d，冬季為72 d；官橋站春季污染天氣為83 d，夏季為53 d，秋季為41 d，冬季為84 d。綜上可知，中衛(wèi)市城區(qū)秋季污染天氣出現(xiàn)的最少，空氣質(zhì)量良好，冬春污染天氣出現(xiàn)次數(shù)持平，空氣污染較為嚴重。這是因為中衛(wèi)降水主要集中在夏季和秋季，冬春降水較少。降水多且相對頻繁會稀釋空氣污染物質(zhì)量濃度，空氣質(zhì)量呈現(xiàn)較好的態(tài)勢。而且夏秋季，太陽輻射的熱力作用較強，可增強混合層的湍流混合作用，進一步加強大氣污染物的擴散，使得空氣質(zhì)量變好。相反，冬季太陽輻射減弱，大氣穩(wěn)定度偏于穩(wěn)定，大氣污染物的擴散、稀釋能力減弱，空氣質(zhì)量必然下降。另外，由于冬春降水較少，地表面干燥，且因上游有騰格里沙漠的緣故，春季大風常常伴隨沙塵，極大地影響城區(qū)的空氣質(zhì)量。

2.3 月變化特征

由表3 可知，2016—2018 年中衛(wèi)市市均1—6月份、11—12 月份污染天氣為24～30 d。其中，6 月份最多，7—8 月份為11～13 d，9—10 月份為8 d 以下，而9 月最少，僅有3 d。環(huán)保局站1—6 月份、11—12 月份為22～35 d。其中，6 月份最多，7—8 月份為14～17 d，9—10 月份為8 d 以下，而9 月份最少，有4 d。官橋站1—6 月份、11—12 月份為24～31 d。其中，2 月份最多，3 月份次之，6 月份和1 月份并列第三，為28 d，7—8 月份為12～13 d，9—10 月份為9 d 以下，而9 月最少，僅有2 d。綜上可知，中衛(wèi)市城區(qū)空氣質(zhì)量分為3 個階梯，9—10 月份空氣質(zhì)量為第1 階梯，9 月份最好，7—8 月份為第2 階梯，1—6月份、11—12 月份為第3 階梯。結(jié)合季節(jié)變化特征來看，二者表現(xiàn)出的特征是一致的，原因同上。

2.4 首要污染物出現(xiàn)頻次

由表4 可知，①2016—2018 年，環(huán)保局站和官橋站的首要污染物主要是PM10和臭氧，分別占40.7%～50.0%和29.0%～35.2%；其次是PM2.5和SO2。②相較于監(jiān)測的6 種主要污染物來說，沒有CO和NO2為首要污染物的情況發(fā)生。③2016—2017年，2 個監(jiān)測點首要污染物為SO2的出現(xiàn)頻次逐年降低。2018 年2 個監(jiān)測點均沒有出現(xiàn)首要污染物為SO2的情況。SO2主要來源為燃煤、工業(yè)污染等。近年來，中衛(wèi)采取強有力措施控制工業(yè)源污染、燃煤污染，取得了明顯成效。④市均和環(huán)保局站PM2.5為首要污染物出現(xiàn)的頻次以及官橋站臭氧為首要污染物出現(xiàn)的頻次在逐年降低，但是市均和兩個監(jiān)測點的PM10為首要污染物出現(xiàn)的頻次逐年增加，增幅為23%～30%。PM10主要來源為建筑工地揚塵、城市道路揚塵污染等。近年來，中衛(wèi)城市化進程加快，建筑工地較多，現(xiàn)場作業(yè)抑塵、祼土覆蓋和綠化等措施不夠迅速，仍會增加PM10的質(zhì)量濃度。大風沙塵天氣同樣有利于PM10的累計，使PM10質(zhì)量濃度升高。根據(jù)氣象資料記載，2016 年中衛(wèi)城區(qū)出現(xiàn)沙塵天氣5次，2017、2018 年年均為8 次，這也是造成城區(qū)PM10質(zhì)量濃度升高的一個原因。

表1 2016—2018 年市均和監(jiān)測點不同等級空氣質(zhì)量出現(xiàn)天數(shù) d

表2 2016—2018 年市均和監(jiān)測點不同季節(jié)不同等級空氣質(zhì)量出現(xiàn)天數(shù) d

表3 2016—2018 年市均和監(jiān)測點不同月份不同等級空氣質(zhì)量出現(xiàn)天數(shù) d

表4 2016—2018 年市均和監(jiān)測點首要污染物出現(xiàn)頻次 d

3 空氣污染物質(zhì)量濃度的時間變化

3.1 年變化特征

2016—2018 年官橋站、環(huán)保局站SO2、PM10、NO2、PM2.5、臭氧8 h 和CO 年平均質(zhì)量濃度變化見圖1。

圖1 2016—2018 年官橋站、環(huán)保局站不同污染物年平均質(zhì)量濃度變化

圖2 2016—2018 年官橋站、環(huán)保局站不同污染物季節(jié)平均質(zhì)量濃度變化

圖3 2016—2018 年官橋站、環(huán)保局站不同污染物月平均質(zhì)量濃度變化

由圖1 可知，①官橋站PM10年平均質(zhì)量濃度為103.2～121.9 μg/m3，環(huán)保局站為97.2～118.0 μg/m3；官橋站PM2.5年平均質(zhì)量濃度穩(wěn)中有降，為39.4～45.8 μg/m3，環(huán)保局站PM2.5年平均質(zhì)量濃度緩慢下降，為37.4～44.1 μg/m3，官橋站PM10、PM2.5年平均質(zhì)量濃度較環(huán)保局站略高。由于官橋站位于城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)，地理環(huán)境不如環(huán)保局站，且道路維護、建筑施工等揚塵污染和燃煤污染長期存在，加之上游騰格里沙漠源的存在，PM10質(zhì)量濃度較難控制。國家環(huán)境空氣質(zhì)量標準規(guī)定，PM2.5年平均質(zhì)量濃度一級為15 μg/m3，二級為35 μg/m3；PM10年平均質(zhì)量濃度一級為40 μg/m3，二級為70 μg/m3，2 個監(jiān)測點都超出了規(guī)定限制，且呈升高趨勢。平衡城市化進程和環(huán)境問題必然是中衛(wèi)長期需要面對和解決的問題。②兩個監(jiān)測點2016—2018 年SO2、NO2年平均質(zhì)量濃度達到國家二級或一級標準，控制較好。③官橋臭氧8 h 年平均質(zhì)量濃度穩(wěn)中略升，為94.7～104.2 μg/m3，CO 年平均質(zhì)量濃度穩(wěn)中有降，為0.83～0.90 mg/m3。環(huán)保局臭氧8 h 和CO 年平均質(zhì)量濃度在2017 年略有升高，隨后有所降低，前者為87.8～107.2 μg/m3，后者為0.65～0.97 mg/m3。

3.2 季節(jié)變化特征

2016—2018 年官橋站、環(huán)保局站SO2、PM10、NO2、PM2.5、臭氧8 h 和CO 季節(jié)平均質(zhì)量濃度變化見圖2。

整體來說，2 個監(jiān)測點臭氧8 h 季節(jié)平均質(zhì)量濃度與其他5 類污染物季節(jié)平均質(zhì)量濃度變化趨勢相反，為倒V 形，峰值主要出現(xiàn)在夏季。這是因為隨著天氣轉(zhuǎn)暖，氣溫升高，日照時數(shù)增多，日照強度變大，近地面接收到的太陽輻射增強，臭氧質(zhì)量濃度會隨之升高，進入冬季，近地面接收到的太陽輻射減弱，臭氧質(zhì)量濃度則會降低；其他污染物在夏季質(zhì)量濃度降低是因為降水會洗刷和清除空氣污染物，且對流天氣容易破壞大氣穩(wěn)定層結(jié)的存在，有利于空氣污染物的擴散、稀釋；相反，冬季降水少、逆溫層長期維持，不利于空氣污染物的稀釋和擴散，加之燃煤污染的存在，促使空氣污染物的進一步積累。

3.3 月變化特征

2016—2018 年官橋站、環(huán)保局站SO2、PM10、NO2、PM2.5、臭氧8 h 和CO 月平均質(zhì)量濃度變化趨勢見圖3。

2 個監(jiān)測點臭氧8 h 月平均質(zhì)量濃度與其他5種污染物變化趨勢呈相反的特點，峰值主要出現(xiàn)在5—9 月份。由于進入夏季，太陽直射北半球，氣溫回升明顯，日照時數(shù)增多，日照強度變大，近地面接收到的太陽輻射增強，臭氧質(zhì)量濃度明顯升高，當遇到降水集中期，地面接收到的太陽輻射減弱，生成臭氧的光化學反應會減弱，臭氧質(zhì)量濃度則隨之降低；10月份至次年1 月份，近地面接收到的太陽輻射持續(xù)較弱，臭氧質(zhì)量濃度較低，因此呈現(xiàn)雙峰或單峰結(jié)構(gòu)。其他污染物的積累與臭氧不同，5—9 月份的降水和強對流運動有利于空氣污染物的稀釋和擴散，冬季降水少，穩(wěn)定層結(jié)的長期存在，不利于空氣污染物的稀釋和擴散。

4 結(jié)論

（1）2016—2018 年，中衛(wèi)市城區(qū)空氣質(zhì)量相對較好，污染天氣日數(shù)為74～94 d，尤以輕度污染為主。城區(qū)秋季污染天氣出現(xiàn)的最少，空氣質(zhì)量良好，冬春污染天氣出現(xiàn)次數(shù)持平，空氣污染較為嚴重。

（2）2016—2018 年，環(huán)保局站和官橋站的首要污染物主要是PM10，其次為臭氧。沒有CO 和NO2為首要污染物的情況發(fā)生。

（3）官橋站PM10、PM2.5年平均質(zhì)量濃度較環(huán)保局站略高；2 個監(jiān)測點PM2.5、PM10年平均質(zhì)量濃度超標，其他污染物年平均質(zhì)量濃度沒有出現(xiàn)超標情況。

（4）2 個監(jiān)測點臭氧8 h 季節(jié)平均質(zhì)量濃度為倒V 形，峰值主要出現(xiàn)在夏季；其他5 類污染物季節(jié)平均質(zhì)量濃度變化趨勢與之相反。

（5）2 個監(jiān)測點臭氧8 h 月平均質(zhì)量濃度與其他5 種污染物峰值主要出現(xiàn)在5—9 月份，呈雙峰或單峰結(jié)構(gòu)；其他污染物月平均質(zhì)量濃度變化趨勢呈相反的特點。