估算集中燃放期間污染物貢獻

咸陽環(huán)境科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 樊林，王帥，強浩，陳妮

燃放煙花爆竹是春節(jié)期間的習(xí)俗，過程中會釋放大量的重金屬、顆粒物、二氧化硫和氮氧化物等污染物，導(dǎo)致空氣質(zhì)量快速惡化[1-2]，大量集中燃放煙花爆竹加劇了空氣污染程度，長時間停留在空氣中的污染物對人體健康有較大影響。目前較多研究對春節(jié)期間燃放煙花爆竹的理化性質(zhì)、粒度分布、來源解析等進行研究[3]，但對PM2.5貢獻定量的描述不多。近幾年來，部分學(xué)者采用相對比值法評估煙花爆竹燃放的貢獻。Pang通過對比PMF和基于特定方程的相對比值法對煙花爆竹對環(huán)境的貢獻進行了定量評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者結(jié)果相似。Han等利用Mg/Al比值法估算北京地區(qū)礦物氣溶膠中外來源和本地源的相對貢獻量。咸陽地區(qū)對于煙花爆竹燃放對空氣質(zhì)量的定性和定量研究很少，興平市是典型的咸陽地區(qū)工業(yè)城市，顆粒物污染水平處于咸陽市嚴(yán)重地區(qū)之一，春節(jié)期間重污染天氣頻發(fā)，目前很少有研究對其春節(jié)期間污染特征和定量解析進行描述。該研究對興平市近三年春節(jié)期間（臘月二十八至正月初五）的顆粒物和氣態(tài)污染物濃度、相關(guān)性、氣象條件等污染特征進行定性分析，并量化估算春節(jié)前后污染物濃度的貢獻值，為春節(jié)期間大氣污染防治提供基礎(chǔ)依據(jù)。

一、數(shù)據(jù)來源及方法

本文選取咸陽市興平市近三年環(huán)境空氣質(zhì)量實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。春節(jié)期間選取時間為臘月二十八至正月初五，集中燃放期為除夕18:00-初一14:00，其余時間為非集中燃放期。采取PM2.5與CO比值法定量估算煙花爆竹燃放對大氣污染物的影響。

式中：C為煙花爆竹集中燃放期煙花爆竹燃放對污染物M的貢獻量，單位為μg/m3；M為集中燃放期間污染物的濃度，單位為μg/m3；CO為集中燃放期間CO的濃度，單位為μg/m3；N和CO非分別為非燃放期污染物M和CO的平均濃度，μg/m3；R為集中燃放期間煙花爆竹對污染物M的貢獻率（%）。

二、結(jié)果與討論

（一）空氣質(zhì)量污染總體情況

2019-2021年春節(jié)期間空氣質(zhì)量級別變化如表1所示，可以看出近三年春節(jié)期間首要污染物均為PM2.5，空氣質(zhì)量級別基本呈現(xiàn)“倒V”形變化，即“中度污染-重度污染—嚴(yán)重污染—良”的變化趨勢，因此春節(jié)期間主要是細顆粒物導(dǎo)致重污染天氣的發(fā)生。

表1 2019-2021年春節(jié)期間空氣質(zhì)量級別變化

（二）氣象分析

春節(jié)期間污染的重要因素有煙花爆竹的燃放強度及氣象條件。較多研究認(rèn)為高相對濕度與PM2.5呈現(xiàn)正相關(guān)，高濕度條件時可能更容易導(dǎo)致水溶性離子的轉(zhuǎn)化，此外風(fēng)速較低時污染物不易擴散，也會造成污染物累積。

從氣象條件狀況來看，2021年春節(jié)期間風(fēng)速較小，靜風(fēng)風(fēng)頻較高，小于1級風(fēng)的頻次為94.8%，2020年次之為81.9%，2019年為71.9%，受靜穩(wěn)狀態(tài)天氣影響，污染物易于累積，不利于擴散和清除。2020年春節(jié)期間濕度大于70%的占比達69.8%，2021年次之為38.9%，2019年僅為4.5%。2021年除夕、正月初一風(fēng)速、濕度均相對較小，因此主要來源于煙花爆竹的一次源排放，而2020年P(guān)M2.5高值與高濕靜穩(wěn)的氣象因素相關(guān)性更大。

圖1 春節(jié)期間風(fēng)速、濕度分析對比圖

表2 2019-2021年集中燃放期煙花爆竹燃放對污染物的貢獻

（三）集中燃放期間污染物濃度變化

集中燃放的時段為除夕18時至正月初一14時，2021年相比前兩年同時段濃度峰值更高。集中燃放時段嚴(yán)重拉高春節(jié)期間各指標(biāo)均值。其中集中燃放對PM2.5的貢獻最大，三年分別拉高春節(jié)期間整體均值153.62%、59.34%、160.68%，其次為PM10、SO2。Yao的研究表明上海的PM2.5濃度在節(jié)日前夕的幾個小時內(nèi)增加了10倍以上，平均貢獻率為51.9%，最大小時貢獻率為90.5%。

（四）集中燃放煙花爆竹貢獻量估算

目前對于煙花爆竹燃放對大氣污染物的貢獻常采用PM2.5/CO比值法進行估算。集中燃放期間NO2和CO濃度變化較小，而CO變化更為穩(wěn)定，因此該研究選取CO為基準(zhǔn)參照污染物，評估分析對PM10、PM2.5、SO2的貢獻值。該方法假設(shè)非集中燃放期間無煙花爆竹現(xiàn)象和顯著的氣團傳輸現(xiàn)象發(fā)生。2021年集中燃放期煙花爆竹對PM2.5、PM10、SO2的貢獻量分別為165.1,126.2,17.2μg/m3，貢獻率分別為54.9%，36.4%，45.7%，較2020年集中燃放期分別上升了28.3%，11.9%，32.5%，較 2019年 分 別 上 升 了 5.9%，-7.8%，31.6%。2019年、2021年集中燃放煙花爆竹對PM2.5的貢獻在50%左右，這和Kong等人的研究結(jié)論較為一致。2020年由于人為活動大幅減少和興平市煙花爆竹管控力度較大，煙花爆竹對顆粒物的貢獻率處于25%左右。綜上，對于煙花爆竹的禁燃管控可有效較低春節(jié)期間大氣污染物的濃度。

三、結(jié)論

（1）春節(jié)期間污染峰值主要集中在臘月二十九至正月初二，污染過程主要以細顆粒物為主，燃放煙花爆竹會短時間內(nèi)促使各污染物濃度大幅升高。

（2）靜穩(wěn)、高濕狀態(tài)不利的氣象條件，導(dǎo)致污染物易于累積；2021年擴散條件相對較差，靜穩(wěn)天氣顯著，除夕、正月初一濕度相對較小，因此主要來源于煙花爆竹的一次源排放，而2020年P(guān)M2.5高值與高濕靜穩(wěn)的氣象因素相關(guān)性更大。

（3）集中燃放階段嚴(yán)重拉高春節(jié)期間內(nèi)指標(biāo)均值，集中燃放對PM2.5的貢獻最大，三年分別拉高春節(jié)期間整體均值 153.62%、59.34%、160.68%，其 次 為PM10、SO2。

（4）2021年集中燃放期煙花爆竹燃放對PM2.5、PM10、SO2的貢獻處于40%-50%左右，貢獻量處于三年中最大，分別為165.1、126.2、17.2μg/m3，因此對煙花爆竹的禁燃管控可有效降低春節(jié)期間大氣污染物的濃度。