2018-2020年四川盆地南部城市空氣質(zhì)量首要污染物特征分析

張洪文 ，馬海燕

(1 四川省瀘州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 瀘州 646000；2 瀘州市敘永生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)和應(yīng)急服務(wù)中心，四川 瀘州 646000)

首要污染物是指污染程度最高的污染物，對(duì)空氣質(zhì)量有較大影響，是反映當(dāng)?shù)丨h(huán)境空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)。系統(tǒng)全面地分析重點(diǎn)地區(qū)和城市空氣質(zhì)量首要污染物的時(shí)空變化特征，能精準(zhǔn)有效地了解主要大氣污染物對(duì)研究區(qū)域空氣質(zhì)量的影響，有利于環(huán)境管理部門科學(xué)、有針對(duì)性地開展大氣污染防治，改善空氣質(zhì)量。

隨著2016年成渝城市群發(fā)展規(guī)劃出臺(tái)，尤其是四川省2017年底印發(fā)《四川省藍(lán)天保衛(wèi)行動(dòng)方案(2017-2020年)》以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)成渝地區(qū)大氣污染特征開展了大量、深入研究。劉培川等[1]發(fā)現(xiàn)區(qū)域污染、燃放煙花爆竹、秸稈焚燒等典型污染類型對(duì)四川省城市環(huán)境空氣中PM2.5污染貢獻(xiàn)比例分別為13.62%、0.75%、3.11%；史海琪等[2]研究發(fā)現(xiàn)O3在盆地中西部污染較重，PM2.5和PM10在成都及周邊城市污染較重，SO2在盆地中南部污染較重；肖丹華等[3]發(fā)現(xiàn)盆地PM2.5、PM10、CO、NO2和SO2質(zhì)量濃度的季節(jié)變化為冬季高、夏季低，O3質(zhì)量濃度季節(jié)變化則為冬季低、夏季高；曹洋等[4]發(fā)現(xiàn)成都市區(qū)的首要污染物以PM2.5為主，郊區(qū)以O(shè)3為主；劉姣姣等[5]發(fā)現(xiàn)重慶市O3污染濃度呈逐年增高、超標(biāo)天數(shù)增加、首次臨界時(shí)間逐年提前等特點(diǎn)；熊桂洪等[6]發(fā)現(xiàn)SO2、NO2、CO、PM10和PM2.5呈“U型”，O3呈現(xiàn)“倒U型”的季節(jié)變化特征。

上述研究多以單個(gè)省或市為范圍進(jìn)行短期的污染特征研究分析，而以首要污染物的變化特征為切入點(diǎn)，對(duì)同一區(qū)域內(nèi)的數(shù)個(gè)城市進(jìn)行污染物的長(zhǎng)期分析則較少。本文選取處于四川盆地南部、地形條件和大氣污染特征相似的瀘州、內(nèi)江、宜賓和自貢4個(gè)城市，全面研究各城市開展藍(lán)天保衛(wèi)行動(dòng)以來，空氣質(zhì)量首要污染物的空間分布特征和時(shí)間變化趨勢(shì)，探討影響四川盆地南部區(qū)域空氣質(zhì)量的主要污染物和相應(yīng)的變化規(guī)律，以期為四川盆地南部區(qū)域及成渝地區(qū)相似城市開展大氣污染防控工作提供有力的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所選用的數(shù)據(jù)來源于四川省空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，選取瀘州、內(nèi)江、自貢和宜賓4個(gè)城市2018-2020年連續(xù)3a日數(shù)據(jù)，對(duì)首要污染物進(jìn)行時(shí)空特征分析?？紤]到數(shù)據(jù)有效性和研究需要，對(duì)不滿足數(shù)據(jù)有效性的個(gè)別天數(shù)，以當(dāng)天至少一個(gè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)結(jié)果計(jì)算該城市的AQI和首要污染物，以保證全年有效分析天數(shù)的完整性。

1.2 統(tǒng)計(jì)方法

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095-2012)[7]、《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ 633-2012)和《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 663-2013)對(duì)首要污染物的要求[8-9]，城市空氣質(zhì)量級(jí)別為優(yōu)時(shí)，無首要污染物；空氣質(zhì)量級(jí)別為良、輕度污染、中度污染、重度污染和嚴(yán)重污染時(shí)，標(biāo)明其首要污染物。AQI大于100時(shí)，該日的首要污染物為超標(biāo)污染物，以下各段中“天數(shù)比例”是指非優(yōu)天數(shù)(AQI>50)中各項(xiàng)首要污染物所占的比例。

《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ 633-2012)規(guī)定，若空氣質(zhì)量分指數(shù)IAQI最大的污染物為兩項(xiàng)或兩項(xiàng)以上時(shí)，并列為首要污染物。當(dāng)城市同一日有兩項(xiàng)或兩項(xiàng)以上首要污染物時(shí)，則這些首要污染物所占天數(shù)均按照1d計(jì)算，因此各首要污染物天數(shù)所占非優(yōu)天比例相加之和會(huì)出現(xiàn)大于100%的情況。

本研究中以四川省2017年10月印發(fā)的《四川省藍(lán)天保衛(wèi)行動(dòng)方案(2017-2020年)》為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，分析了2018-2020年藍(lán)天保衛(wèi)行動(dòng)開展以來，瀘州、內(nèi)江、自貢和宜賓4市首要污染物天數(shù)和天數(shù)比例的分布情況，總結(jié)了它們的空間分布特征和時(shí)間變化趨勢(shì)，并結(jié)合前人研究成果探討其成因。

2 結(jié)果和分析

2.1 首要污染物基本分布特征

2018-2020年各城市首要污染物天數(shù)及天數(shù)比例結(jié)果表明各城市每年非優(yōu)天數(shù)差別不大(見表1和圖1所示)，平均每年246.9 d，4個(gè)城市非優(yōu)天數(shù)在217～278 d之間；自貢首要污染物僅有PM2.5、O3-8 h和PM103種，其余3個(gè)城市還偶有出現(xiàn)NO2?？偟膩碚f，4個(gè)城市第一大首要污染物均為PM2.5，PM2.5首要污染物3a天數(shù)比例最低為46.7%，最高為63.4%，多數(shù)年份占比在50%左右，整體差異不大；O3-8 h天數(shù)比例略低于PM2.5，4個(gè)城市第二大首要污染物均為O3-8 h，3a天數(shù)比例在31.5%～45.6%之間；第三和第四大首要污染物分別為PM10和NO2，4個(gè)城市PM10天數(shù)比例均低于10%，但瀘州PM10天數(shù)比例明顯低于其他3個(gè)城市；NO2首要污染物天僅在瀘州、內(nèi)江和宜賓僅零星出現(xiàn)過1～5 d，占比極低(0.4%～2.2%)；SO2和CO首要污染物天在4個(gè)城市中均未出現(xiàn)。

表1 2018-2020年各城市首要污染物天數(shù)及天數(shù)比例

各城市PM2.5首要污染物天數(shù)比例相當(dāng)，均占到50.0%左右，從空間分布上看PM2.5污染是川南區(qū)域的共性問題，這與潘文琪[10]等進(jìn)行四川盆地PM2.5特征及污染參數(shù)關(guān)聯(lián)分析中的結(jié)論相呼應(yīng)。從北向南，4個(gè)城市O3-8 h首要污染物天數(shù)比例總體呈上升趨勢(shì)，但隨著城市緯度的升高，臭氧濃度值卻在降低，陳雪萍[11]在基于衛(wèi)星遙感的中國(guó)西部地區(qū)臭氧總量分布特征及其成因分析中也提出相似的空間分布規(guī)律，多個(gè)研究及相關(guān)數(shù)據(jù)也表明，川南地區(qū)是四川盆地O3污染的高值區(qū)。PM10首要污染物天數(shù)比例整體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，這與2018年以來四川省開展藍(lán)天保衛(wèi)行動(dòng)，大力加強(qiáng)工業(yè)、企業(yè)揚(yáng)塵以及移動(dòng)源的整治有關(guān)，但也需注意到各城市在夏初秋末時(shí)節(jié)秸稈焚燒對(duì)PM10的貢獻(xiàn)[12]。瀘州市NO2首要污染物天數(shù)比例明顯高于其他3個(gè)城市，這與當(dāng)?shù)貦C(jī)動(dòng)車數(shù)量激增、尾氣排放量增加、油品質(zhì)量惡劣和排放標(biāo)準(zhǔn)落后等因素相關(guān)[13]，但內(nèi)江和宜賓NO2污染也不容忽視。SO2和CO首要污染物天數(shù)比例均為0%，這與“十二五”開始川南地區(qū)各大鋼鐵、水泥、火電等產(chǎn)業(yè)實(shí)行超低排放[14]、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整等有關(guān)。

圖1 2018-2020年各城市首要污染物3a平均天數(shù)比例

2.2 首要污染物年際變化趨勢(shì)

考慮到SO2和CO首要污染物天在各城市中均未出現(xiàn)，NO2首要污染物天僅零星出現(xiàn)，因此以下研究中主要對(duì)各城市PM2.5、O3-8 h和PM10等3種首要污染物進(jìn)行分析。

各城市PM2.5、O3-8 h和PM10首要污染物天數(shù)比例年際變化如圖2所示。4個(gè)城市PM2.5首要污染物天數(shù)比例變化趨勢(shì)一致，均為上升-下降趨勢(shì)，內(nèi)江和自貢變化幅度較小，處于48.2%～56.3%的范圍內(nèi)，瀘州和宜賓變化幅度較大，處于46.7%～63.4%的范圍內(nèi)；2018年P(guān)M2.5首要污染物天數(shù)比例在各個(gè)城市3a比例中均為最低。

各城市O3-8 h首要污染物天數(shù)比例年際變化規(guī)律較為一致，2019年比2018年均有不同程度下降，自貢下降10.7%，在4個(gè)城市中天數(shù)比例下降最多，2020年均有上升，比2019年分別上漲5.0%、6.5%、8.3%和11.3%，揮發(fā)性有機(jī)物、NOX等前體物與O3的化學(xué)反應(yīng)及不同氣象條件下O3的不同反應(yīng)都有可能影響O3污染程度的變化[15]；瀘州3a O3-8 h天數(shù)比例變化幅度較小，變化幅度僅在2.2%～5.0%之間，但內(nèi)江、宜賓和自貢前兩年均大幅下降，降幅在5.8%～10.7%之間，而2020年各城市均大幅上升，甚至超過2018年的天數(shù)比例；2020年各城市平均O3-8 h天數(shù)比例為42.9%，較2018-2019年各城市平均O3-8 h天數(shù)比例38.3%上漲了4.6%，一定程度上表明川南地區(qū)O3污染時(shí)間增多，改善幅度減小，程度有所加重。

瀘州PM10首要污染物天數(shù)比例呈逐年下降趨勢(shì)，2020年相對(duì)于前兩年分別下降11.1%和0.8%；內(nèi)江和自貢PM10首要污染物天數(shù)比例呈先升后降趨勢(shì)，2019年較2018年分別上漲0.9%和5.8%，且2019年均為3a最高值(9.2%、13.4%)，而2020年又有所下降；宜賓PM10首要污染物天數(shù)比例呈先降后升趨勢(shì)，2019年略有下降，較2018年下降2.6%，2020年又上漲明顯(7.7%)。

圖2 2018-2020年各城市首要污染物年際變化趨勢(shì)

2.3 首要污染物月變化趨勢(shì)

各城市3種首要污染物天數(shù)3a平均月變化趨勢(shì)如圖3所示。

PM2.5首要污染物天數(shù)整體呈“U”型的月變化趨勢(shì)，1月、2月和12月為全年最高，7月各城市PM2.5首要污染物天數(shù)均為0，全年最低；冬季高濕低溫靜風(fēng)弱降水和低邊界層等不利氣象條件是造成PM2.5首要污染物天數(shù)“U”型分布的主要原因[16]。各城市除7月外均出現(xiàn)不同程度的PM2.5首要污染天，反映出PM2.5是一種區(qū)域性、全年性、持續(xù)性的大氣污染物。

O3-8 h首要污染物天數(shù)月變化曲線基本呈“倒U”型，秋冬季鮮有O3-8 h污染，污染集中在春夏季，8月為全年最高值，4～7月略低于8月，全年峰值集中在8月，受夏季高溫、低濕、強(qiáng)光照和強(qiáng)輻射等因素影響，光化學(xué)反應(yīng)較為強(qiáng)烈[17-18]，O3污染多發(fā)。自貢6月O3-8 h首要污染物天數(shù)(19d)較其他3個(gè)城市多出5天左右。

瀘州PM10首要污染物天數(shù)月變化曲線略低于其他3個(gè)城市，各城市PM10變化曲線在3月和5月出現(xiàn)明顯的高值，這與川南地區(qū)春季受西北等地區(qū)浮塵天氣影響和春末夏初區(qū)域性秸稈焚燒導(dǎo)致PM10濃度抬升有顯著關(guān)系[19-21]。各城市PM10首要污染物在11月整體突高，可能與秋季秸稈焚燒、邊界層高度降低、降水減弱等氣象因素有關(guān)[22]。

圖3 各城市主要首要污染物天數(shù)月變化曲線

2.4 不同空氣質(zhì)量級(jí)別天中首要污染物分布

各城市從良至嚴(yán)重污染的不同空氣質(zhì)量級(jí)別天中的首要污染物分布情況如圖4所示。首要污染物種類最多的為良級(jí)天，且3種主要的首要污染物占比明顯。隨著污染級(jí)別加重，首要污染物種類逐漸減少，4個(gè)城市均未出現(xiàn)過嚴(yán)重污染。

4個(gè)城市PM2.5天數(shù)比例隨空氣質(zhì)量級(jí)別逐級(jí)遞增，從良級(jí)的49.6%上升到重度污染的100.0%；宜賓和自貢的重度污染天均由細(xì)顆粒物導(dǎo)致，PM2.5未在4個(gè)城市發(fā)生過嚴(yán)重污染。

O3-8 h首要污染物天全部出現(xiàn)在良至中度污染級(jí)別；4個(gè)城市O3-8 h首要污染物天數(shù)比例隨空氣質(zhì)量級(jí)別逐級(jí)下降；O3-8 h未在4個(gè)城市發(fā)生過重度污染和嚴(yán)重污染。

從良至輕度污染，各城市PM10首要污染物天數(shù)比例逐級(jí)下降，PM10未在4個(gè)城市發(fā)生過中度污染及以上級(jí)別的污染。

圖4 不同空氣質(zhì)量級(jí)別天中首要污染物天數(shù)比例分布

3 結(jié) 論

(1) 2018-2020年4個(gè)城市首要污染物由主到次排序?yàn)镻M2.5、O3-8 h、PM10和NO2；各城市第一大首要污染物均為PM2.5，具有顯著的區(qū)域性污染特征；內(nèi)江O3-8 h污染突出，自貢、宜賓PM10污染形勢(shì)不容樂觀，瀘州NO2污染也不容忽視。

(2)各城市PM2.5首要污染物天數(shù)比例3a均值在49.0%～56.0%之間，空間差異不大；從北向南，4個(gè)城市O3-8 h天數(shù)比例總體呈上升趨勢(shì)；PM10天數(shù)比例大致呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。

(3)各城市PM2.5首要污染物天數(shù)比例年際變化趨勢(shì)一致，均為上升—下降趨勢(shì)；O3-8 h天數(shù)比例年際變化較為一致，為下降—上升趨勢(shì)，2020年各城市O3-8 h天數(shù)比例顯著上升，川南地區(qū)O3污染形勢(shì)有所加重；除瀘州PM10天數(shù)比例逐年下降外，其余3個(gè)城市均呈波動(dòng)變化趨勢(shì)。

(4)各城市PM2.5首要污染物天數(shù)月變化曲線基本呈“U”型，全年大部分月均出現(xiàn)不同程度的PM2.5污染；O3-8 h月變化曲線基本呈“倒U”型，8月為第一高值區(qū)，4～7月為第二高值區(qū)，峰值集中在8月；PM10首要污染物天數(shù)在3月和5月出現(xiàn)明顯的高值，11月出現(xiàn)小峰值。

(5)隨著污染級(jí)別加重，各城市PM2.5首要污染物天數(shù)比例逐漸增加，在宜賓和自貢出現(xiàn)的重度污染天中，均為PM2.5污染導(dǎo)致；O3-8 h首要污染物天全部出現(xiàn)在良至中度污染級(jí)別，且天數(shù)比例逐級(jí)下降；PM10首要污染物天數(shù)比例逐級(jí)下降，且PM10為首要污染物僅在良和輕度污染級(jí)別中出現(xiàn)；各城市均未出現(xiàn)過嚴(yán)重污染。

(6)各城市首要污染物特征既有相同之處，也有各自獨(dú)特之處，環(huán)境管理部門可結(jié)合源清單、污染物類別和種類分析、相關(guān)聯(lián)的氣象要素和人為條件影響分析等成果，一地一策、一點(diǎn)一策地進(jìn)行首要污染物減排，以成本效益最大化地實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量的持續(xù)改善。