2015-2019 年慶陽市環(huán)境空氣質(zhì)量變化規(guī)律及影響因素分析

敬東衛(wèi)，張 沛，張敬林，王金相＊

（蘭州城市學(xué)院 城市環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

慶陽市是長(zhǎng)慶油田的主產(chǎn)區(qū)，也是我國(guó)“能源金三角”的重要組成部分，截至目前隴東油區(qū)已累計(jì)向國(guó)家貢獻(xiàn)油氣當(dāng)量超1.1 億噸。近年來很多城市臭氧（O3）濃度不降反升[1-3]，與揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的排放密切相關(guān)[4,5]，石油化工企業(yè)是VOCs 的重要來源[6]，慶陽市工業(yè)發(fā)展對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響亟待關(guān)注。本研究基于慶陽市2015-2019 年環(huán)境空氣質(zhì)量六項(xiàng)指標(biāo)（SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和污染物排放數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)，分析環(huán)境空氣質(zhì)量變化規(guī)律及影響因素。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)、六項(xiàng)指標(biāo)濃度年均值、首要污染物數(shù)據(jù)來源于《甘肅省發(fā)展年鑒》和《甘肅省生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》，月均值來源于中國(guó)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)，日數(shù)據(jù)和小時(shí)數(shù)據(jù)來源于中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站。工業(yè)能源數(shù)據(jù)、城市主要污染物排放數(shù)據(jù)來源于《慶陽市發(fā)展年鑒》。慶陽市月均降水量、濕度、風(fēng)速、氣溫、日照時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)來源于國(guó)家氣象信息中心-中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)、西峰國(guó)家基本氣象站。

使用SPSS 26.0 軟件中雙變量相關(guān)性分析功能分析氣象因子對(duì)空氣質(zhì)量的影響，討論慶陽市石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展及污染物排放數(shù)據(jù)對(duì)空氣質(zhì)量的影響。

2 環(huán)境空氣質(zhì)量變化規(guī)律

2.1 環(huán)境污染狀況

慶陽市2015-2019 年空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）如圖1所示，除部分年份采暖期（11、12、1、2 月）外月均值均達(dá)到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》II 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。AQI 月均值變化呈V 字型，夏、秋季AQI 值最低，冬季AQI 值顯著升高。影響慶陽市環(huán)境空氣質(zhì)量的首要污染物為PM10、PM2.5和O3，冬季主要為顆粒物（PM2.5、PM10），夏季主要為O3，詳見表1。

表1 慶陽市首要污染物天數(shù)一覽表

圖1 慶陽市空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）月均變化趨勢(shì)圖

2.2 環(huán)境空氣質(zhì)量變化規(guī)律

2.2.1 年變化規(guī)律

對(duì)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的六項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖2 所示，2015-2019 年慶陽市SO2、PM10、PM2.5濃度呈明顯下降趨勢(shì)，SO2年均濃度達(dá)到國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，PM10、PM2.5年均濃度達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；NO2、CO 濃度雖然下降幅度較為平緩，但均達(dá)到國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；與其它五項(xiàng)指標(biāo)相反，O3濃度呈上升趨勢(shì)。

圖2 慶陽市六項(xiàng)污染物濃度月均變化趨勢(shì)圖

2.2.2 季度變化規(guī)律

如圖3 所示，慶陽市1-12月SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO濃度呈“冬高夏低”特征。SO2最高濃度在1 月，NO2最高濃度在12 月，PM10最高濃度在1-5 月，CO、PM2.5最高濃度在1-2 月，高濃度主要出現(xiàn)在冬季和春季，與燃煤供暖、春季沙塵天氣有關(guān)。O3濃度呈現(xiàn)“倒U”型的變化趨勢(shì)，即“夏高冬低”，與夏季高溫、高輻射導(dǎo)致光化學(xué)反應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)。

圖3 慶陽市環(huán)境空氣質(zhì)量六項(xiàng)指標(biāo)逐月變化規(guī)律

2.2.3 小時(shí)變化規(guī)律

由于O3濃度呈上升趨勢(shì)，因此選最高時(shí)段（2019 年5-7月）數(shù)據(jù)分析小時(shí)變化規(guī)律，如圖4 所示，O3濃度峰值出現(xiàn)在10-13 時(shí)，日出后太陽輻射逐漸增強(qiáng)，產(chǎn)生O3的量逐漸增大，13 時(shí)后太陽輻射逐漸下降，光化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度也隨之下降，O3濃度下降。

圖4 慶陽市O3 濃度逐小時(shí)變化規(guī)律

3 環(huán)境空氣質(zhì)量影響因素分析

3.1 氣象因素對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響

利用SPSS 26.0 軟件分析氣象因子與污染物濃度的相關(guān)性，如表2 所示，氣溫、月均降水量與PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明氣溫升高、降水量增大均會(huì)使空氣污染物處于相對(duì)較低的水平；濕度與PM2.5、PM10、SO2、NO2呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明濕度升高會(huì)使顆粒物及SO2、NO2明顯降低；氣溫與O3濃度顯著正相關(guān)，解釋了夏季O3濃度上升的原因。

表2 慶陽市環(huán)境空氣質(zhì)量六項(xiàng)指標(biāo)與氣象指標(biāo)相關(guān)性系數(shù)一覽表

3.2 工業(yè)污染物排放對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響

利用SPSS 26.0 軟件分析工業(yè)污染物排放量與環(huán)境空氣中污染物濃度的相關(guān)性，如表3 所示，顆粒物濃度與工業(yè)煙（粉）塵排放量顯著相關(guān)，說明工業(yè)煙（粉）塵排放對(duì)慶陽市空氣中顆粒物濃度影響較為顯著；顆粒物濃度與工業(yè)二氧化硫排放量的相關(guān)性系數(shù)較大，說明SO2與顆粒物排放具有類似的排放源，如鍋爐、火電廠等；NO2濃度與工業(yè)氮氧化物排放量顯著相關(guān)，說明慶陽市工業(yè)生產(chǎn)對(duì)氮氧化物的貢獻(xiàn)量較大；O3與工業(yè)污染物排放量相關(guān)性不顯著，與O3的生成機(jī)理有關(guān)，因?yàn)镺3屬于二次污染物，所統(tǒng)計(jì)的工業(yè)污染物排放量是一次污染物。

表3 慶陽市環(huán)境空氣質(zhì)量六項(xiàng)指標(biāo)與工業(yè)污染物排放量相關(guān)性系數(shù)一覽表

4 結(jié)論

近年來慶陽市環(huán)境空氣質(zhì)量改善非常明顯，除O3外其他污染濃度均呈下降趨勢(shì)；部分時(shí)段仍出現(xiàn)重污染天氣，首要污染物為PM10、PM2.5和O3；全年來說，O3濃度呈現(xiàn)“夏高冬低”特點(diǎn)，其它污染物呈“冬高夏低”特點(diǎn)；影響慶陽市SO2和NO2濃度的主要因素為濕度，影響O3濃度的主要因素為溫度；工業(yè)煙（粉）塵排放對(duì)慶陽市顆粒物（PM2.5、PM10）濃度的影響較為顯著，工業(yè)氮氧化物排放對(duì)NO2濃度的影響較為顯著?？傮w來說，慶陽市環(huán)境空氣質(zhì)量將逐漸得到改善，但O3污染問題必須引起高度重視。