環(huán)境空氣質(zhì)量及污染物變化趨勢分析
——以許昌市為例

劉夢杰

(河南省許昌生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，河南 許昌 461000)

環(huán)境空氣污染是當(dāng)前我國面臨的較為嚴(yán)重的環(huán)境問題之一.空氣污染直接影響到生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類健康，已成為各界關(guān)注的焦點(diǎn).目前多是對城市大氣污染現(xiàn)狀、成因、對策及治理方法進(jìn)行研究[1-4].但是關(guān)于許昌市的空氣污染問題研究較少.因此對2016～2020年許昌市的大氣污染特征及其污染物的變化趨勢進(jìn)行研究，能夠為許昌市逐步消除重污染天氣、改善空氣質(zhì)量提供指導(dǎo)建議，同時也為環(huán)境管理部門控制大氣污染提供科學(xué)依據(jù).

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

以2016～2020年許昌市國控環(huán)境空氣自動監(jiān)測的國家空氣質(zhì)量聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測管理平臺數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選取可吸入顆粒物(PM10)、細(xì)顆粒物(PM2.5)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)6項指標(biāo)的日均值作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

1.2 綜合質(zhì)量指數(shù)和污染負(fù)荷系數(shù)

環(huán)境空氣質(zhì)量綜合評價采用綜合質(zhì)量指數(shù)法[5].空氣綜合質(zhì)量指數(shù)是表示空氣受污染程度的綜合指標(biāo)，是各項空氣污染物的單項因子指數(shù)的和，用來研究空氣各項污染物的年際變化特征.綜合質(zhì)量指數(shù)的計算公式為

(1)

(2)

式中，I為綜合質(zhì)量指數(shù)；Ii為i種污染物的污染分指數(shù)；Ci為i種污染物的年均濃度值，單位為μg/m3；Si為i種污染物的年均值評價標(biāo)準(zhǔn)，單位為μg/m3；n為評價污染物的個數(shù).

污染負(fù)荷系數(shù)則是反映空氣污染物對環(huán)境空氣整體污染水平污染貢獻(xiàn)率的大小狀況，確定研究區(qū)域內(nèi)環(huán)境空氣中的首要和次要污染物.污染負(fù)荷系數(shù)的計算公式為

(3)

式中，fi為i種污染物的污染負(fù)荷系數(shù)，I為綜合質(zhì)量指數(shù)，Ii為i種污染物的污染分指數(shù).

1.3 秩相關(guān)系數(shù)分析法

環(huán)境空氣質(zhì)量年際間的變化趨勢分析采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法[5]，對環(huán)境污染變化趨勢及統(tǒng)計學(xué)上的顯著性特征進(jìn)行定量分析，計算公式為

(4)

式中，rs為Spearman秩相關(guān)系數(shù)，Xi為周期I到N按濃度值從小至大排列的序號，Yi為按時間排列的序號，N為時間周期.將秩相關(guān)系數(shù)rs的絕對值與Spearman相關(guān)系數(shù)表中的臨界值Wp進(jìn)行比較.如果rs>Wp，表明變化趨勢有顯著意義；如果rs是負(fù)值，則表明為下降趨勢.

2 空氣質(zhì)量狀況分析

2.1 空氣質(zhì)量年變化趨勢

2016～2020年許昌市各類污染物年均濃度的監(jiān)測結(jié)果見表1.可以看出，SO2和CO濃度五年均未超國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)[6]，PM10和PM2.5五年均超標(biāo)準(zhǔn).NO2濃度2018～2020年未超標(biāo)準(zhǔn)，O3濃度2016年和2020年未超標(biāo)準(zhǔn).2016～2020年間綜合質(zhì)量指數(shù)I呈逐年下降趨勢.采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)來衡量各項污染物濃度年際變化趨勢在統(tǒng)計上有無顯著性.結(jié)果表明：在2016～2020年間，PM10、PM2.5年平均濃度呈現(xiàn)下降趨勢，年均濃度與時間的秩相關(guān)系數(shù)等于-0.9，下降趨勢顯著；SO2、NO2、CO年均濃度呈現(xiàn)下降趨勢，年均濃度與時間的秩相關(guān)系數(shù)等于-1.0，下降趨勢顯著；O3年均濃度與時間的秩相關(guān)系數(shù)小于0.9，下降趨勢不明顯.2016～2020年的評價指標(biāo)說明許昌市的空氣質(zhì)量不斷得到改善.

表1 2016—2020年許昌市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果

2.2 污染物貢獻(xiàn)比例

從圖1中可以看出，排在前三名的為PM2.5、PM10、O3，且PM10和PM2.5兩項污染因子每年的污染負(fù)荷系數(shù)之和均超過50%，是主要污染因子；PM2.5和O3的污染負(fù)荷系數(shù)逐年升高，PM10污染負(fù)荷系數(shù)基本不變，主要因為許昌市環(huán)境空氣質(zhì)量受二次污染影響加大，以PM2.5與O3污染為核心的大氣復(fù)合型污染日益突出.

圖1 許昌市2016～2020年主要污染物污染負(fù)荷系數(shù)變化趨勢

從表2中可以看出，2016～2020年間，許昌市以PM10為首要污染物的天數(shù)從90天降到48天，以O(shè)3為首要污染物的天數(shù)從103天增至150天，以NO2為首要污染物的天數(shù)也有所降低.從年份上看，2016年P(guān)M10和NO2為首要污染物的天數(shù)最多，分別為90天和17天；2020年則是PM2.5最多，為136天；2019年O3最多，為150天.表明近幾年P(guān)M10得到了有效控制，PM2.5和O3對許昌市大氣的污染具有加重趨勢.

表2 2016～2020年許昌市首要污染物頻次統(tǒng)計表 單位：天

2.3 空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)情況

從圖2可以看出，2016～2020年環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率為51.5%～69.9%，其中最低值出現(xiàn)在2019年，最高值出現(xiàn)在2020年.2016～2020年間達(dá)標(biāo)率平均值為58.4%.2020年環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率明顯升高，為69.9%.說明《許昌市污染防治攻堅戰(zhàn)三年行動計劃(2018～2020年)》取得了顯著成效.

圖2 許昌市2016～2020年空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)情況

2.4 污染物濃度時間變化特征

許昌市2016～2020年空氣質(zhì)量的月變化趨勢基本相同，以2020年大氣污染監(jiān)測數(shù)據(jù)為例分析污染物的時間變化特征.圖3為許昌市2020年空氣質(zhì)量等級分布圖.空氣質(zhì)量等級存在明顯的時間變化特征，中度污染及以上的污染天氣主要分布在1～2月和11～12月.從總體上看，許昌市空氣環(huán)境質(zhì)量等級呈現(xiàn)出冬季>秋季>春季>夏季.主要因為冬季采暖，污染物排放量增加；加之冬季多逆溫天氣，不利于污染物擴(kuò)散，污染物在近地面空間停留時間較長，導(dǎo)致污染加重[7]；四季降水不均，冬季降水明顯少于夏季，也是冬季污染偏重的主要因素[8].

圖3 2020年許昌市環(huán)境空氣質(zhì)量分布圖

圖4為污染因子的月均濃度變化趨勢.監(jiān)測因子中，PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO濃度的變化趨勢基本一致，月均濃度值均呈U型變化，1～2月、11～12月濃度較高，5～8月濃度較低.O3濃度的變化趨勢為倒U型，5～9月濃度較高，1～2月、11～12月濃度較低.

圖4 2020年主要污染物月際變化圖

3 結(jié)語

2016～2020年評價時段內(nèi)的空氣污染物變化呈現(xiàn)整體下降趨勢，空氣質(zhì)量不斷改善；PM10和PM2.5兩項污染因子的污染負(fù)荷系數(shù)之和均超過50%，是許昌市環(huán)境空氣質(zhì)量的主要污染因子.2016～2020年環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率為51.5%～69.9%，2020年環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率有明顯提高，為69.9%.許昌市環(huán)境空氣質(zhì)量等級有明顯的時間變化特征，中度污染及以上的污染天氣主要分布在1～2月和11～12月.

為有效應(yīng)對許昌市當(dāng)前的環(huán)境空氣質(zhì)量問題，應(yīng)積極做好以下幾個方面：

(1)以習(xí)近平生態(tài)文明思想為指導(dǎo)，堅持科學(xué)治污、依法治污、精準(zhǔn)治污和聯(lián)合治污.

(2)抓好“六控”，控煤、控排、控車、控油、控塵、控?zé)?

(3)打好10個標(biāo)志性戰(zhàn)役，煤炭消費(fèi)減量、產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整、柴油貨車治理、城鄉(xiāng)揚(yáng)塵整治、工業(yè)綠色升級、清潔取暖建設(shè)、生態(tài)擴(kuò)容提速、監(jiān)測能力提升、重污染天氣管控.

(4)摸清全市各類大氣污染源排放底數(shù)，建立精細(xì)化管理指揮調(diào)度機(jī)制，形成橫向到邊、縱向到底的精細(xì)化治理網(wǎng)絡(luò).

(5)在臭氧的污染防治方面加大管控力度，開展PM2.5和臭氧協(xié)同控制.

(6)努力做好預(yù)報預(yù)警、研判調(diào)度、巡查走訪等工作，為許昌市大氣環(huán)境治理“把脈問診”，持續(xù)改善許昌市環(huán)境空氣質(zhì)量.