2017年安陽市環(huán)境空氣質(zhì)量特征分析

陳旭華，李曉軍，王海鵬

(1.河南省安陽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，河南 安陽 455000； 2.安陽市城市管理執(zhí)法支隊，河南 安陽 455000)

改革開放以來，中國逐漸進入經(jīng)濟高速增長和城鎮(zhèn)化快速推進時期，城市社會經(jīng)濟發(fā)展日新月異。中國城市化率由1949年的10.64%上升至2018年的59.58%，比1949年末提高48.94個百分點，年均提高0.71個百分點。經(jīng)濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平提升無疑推動國民經(jīng)濟持續(xù)快速增長，城市經(jīng)濟實力持續(xù)增強，城市面貌煥然一新，但隨之而來出現(xiàn)了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，中國大范圍空氣污染問題頻繁發(fā)生，尤其是大氣污染、灰霾、光化學(xué)煙霧等復(fù)合型大氣污染問題日益突出[1-2]，我國主要城市發(fā)生多次區(qū)域性灰霾污染事件[3-7]，國內(nèi)外學(xué)者用不同的方法從不同的角度對我國的空氣質(zhì)量情況進行了分析。Kunwar P.Singha等[8]利用主成分分析和決策樹理論對空氣質(zhì)量問題進行了研究；毛寧等[9]利用全國31個主要城市的空氣質(zhì)量影響因子SO2、NO2、PM10進行主成分分析，得出影響城市空氣質(zhì)量的主要因素。趙婉君等[10]運用主成分分析、因子分析、Bayes判別等統(tǒng)計方法對2009年全國31個主要城市空氣質(zhì)量影響因子SO2、NO2、PM10的年平均濃度進行分析，得出31個城市的空氣質(zhì)量等級，對各城市的空氣質(zhì)量進行了比較，并找出了影響各城市空氣質(zhì)量的主要污染物?？諝赓|(zhì)量優(yōu)劣程度與一個城市的綜合競爭力密切相關(guān)，它直接影響到投資環(huán)境和居民健康，因此越來越受到政府和公眾的關(guān)注[11]。目前，全國已有 180 個地級以上城市(109 個重點城市) 實現(xiàn)了環(huán)境空氣質(zhì)量日報。其中， 90 個地級城市(83個重點城市) 還實現(xiàn)了環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報，并通過電視臺、電臺、報紙等媒體向社會發(fā)布[12]。

近年來，雖有專家對河南省大氣污染特征做了一些研究[13-15]，但其開展得比較晚，且關(guān)于安陽市空氣質(zhì)量特征方面的成果也較少。本文主要基于安陽市大氣環(huán)境自動監(jiān)測站的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析安陽市空氣質(zhì)量，監(jiān)測指標(biāo)包括SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3共6項污染物。安陽市城區(qū)及周邊區(qū)縣目前共設(shè)有5個環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測國控站點，點位覆蓋安陽城區(qū)，不同區(qū)域的監(jiān)測結(jié)果平均值分別代表安陽市5個區(qū)域的空氣質(zhì)量，所有監(jiān)測站點的平均值代表整個安陽市環(huán)境空氣質(zhì)量的總體水平。此外，采用生態(tài)環(huán)境部全國城市空氣質(zhì)量發(fā)布平臺發(fā)布數(shù)據(jù)，對安陽市與全國169個已公布全部6項污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)的地級市2017的環(huán)境空氣質(zhì)量水平進行了分析比較。

1 安陽市空氣質(zhì)量總體狀況

以SO2、NO2、PM2.5和PM10四項主要大氣污染物年均濃度為基礎(chǔ)，分別在全國地級以上城市、河南省2個不同尺度分析安陽市空氣質(zhì)量狀況，評估其在同類城市中空氣質(zhì)量水平。為準(zhǔn)確評估安陽市環(huán)境空氣質(zhì)量的總體狀況，排除氣象條件等自然因素對空氣質(zhì)量的偶然作用，本研究基于2014—2018年環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，對比分析安陽市SO2、NO2、PM2.5和PM10等主要大氣污染物濃度與同類城市之間的差距。

安陽市2014—2018年6項污染物濃度水平如圖1所示。由圖1可以看出，污染物整體呈下降趨勢。SO2下降最為明顯、NO2濃度下降幅度很??；PM2.5濃度呈現(xiàn)穩(wěn)步下降趨勢；PM10在2014—2016年呈上升趨勢，2017、2018年呈大幅度下降；CO濃度除2015年外一直處于下降趨勢，2014—2018年下降了43.9%；臭氧濃度2017年較2016年下降了30.39%，但2018年較2017年又上升了66.98%，是一個值得關(guān)注的復(fù)雜環(huán)境問題。

圖1 安陽市2014—2018年6項污染物平均濃度Fig.1 Average concentration of 6 pollutants in Anyang City from 2014 to 2018

2 區(qū)域空氣質(zhì)量狀況

2017年，全國進行環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測的地級以上城市共338個，其中監(jiān)測PM2.5濃度的城市共有169個。安陽市在地級以上城市中空氣質(zhì)量較差，4項主要大氣污染物在全國范圍均處于較高濃度水平，PM2.5污染尤其突出。其中，安陽市2017年SO2平均濃度為31.1 μg/m3，NO2年均值為49.9 μg/m3；PM2.5和PM10的污染水平較嚴(yán)重，年均值分別為82.2、139.4 μg/m3(表1)?？傮w看來，安陽市空氣質(zhì)量較差，在地級城市中空氣質(zhì)量綜合指數(shù)排名處于倒數(shù)5名，尤其是PM2.5和PM10污染相對較嚴(yán)重，在地級以上城市中濃度排名極為靠后。

表1 2017年全國169城市空氣質(zhì)量排名后10名Tab.1 In 2017,the air quality of 169 cities in the country ranked the bottom 10

3 河南省空氣質(zhì)量狀況

2017年，河南省空氣質(zhì)量總體較差，絕大多數(shù)城市存在空氣質(zhì)量超標(biāo)情況。PM2.5、PM10和O3濃度均存在超標(biāo)情況，為影響河南省城市空氣質(zhì)量的主要因素。安陽市在河南省城市綜合指數(shù)排名倒數(shù)第1。

3.1 2017年安陽市空氣質(zhì)量情況

2017年，安陽市空氣質(zhì)量優(yōu)良達標(biāo)時間累計156 d，PM10、PM2.5年均濃度同比下降，PM2.5較上年下降4.4%，PM10下降了10%。2017年6種常規(guī)污染物的濃度水平及同比變化結(jié)果見表2。由表2可知，SO2下降了39%，下降幅度最大，表明雙替代、清潔能源政策、散煤管控以及工業(yè)企業(yè)的煙氣治理等措施，均取得了較好的成效；NO2下降了2.1%；O3是唯一濃度不降反升的污染物，其前體物NOx和VOCs的過量排放是造成O3濃度升高的重要原因，同時區(qū)域性的O3濃度升高也給本地O3的控制增加了難度。

表2 安陽市2017年空氣質(zhì)量Tab.2 Air quality in Anyang in 2017

2016年、2017年P(guān)M2.5濃度區(qū)間分布變化如圖2所示。PM2.5在36～75 μg/m3(空氣質(zhì)量二級)占比最多，其次76～115 μg/m3(空氣質(zhì)量三級)。與2016年相比，2017年P(guān)M2.5日均值在0～35 μg/m3(空氣質(zhì)量一級)的時間減少了27 d，日均值在36～75 μg/m3的時間增加了43 d；日均值在76～115 μg/m3的時間減少了13 d；日均值在116～150 μg/m3(空氣質(zhì)量四級)的時間減少了34 d；日均值在151～250 μg/m3的時間減少了7 d；日均值在51～350μg/m3的時間增加了4d；日均值在351～500 μg/m3的時間增加了2 d；日均值>500 μg/m3的時間減少了3 d。

總體而言，安陽市2017年的空氣質(zhì)量的好轉(zhuǎn)，主要是由于日均值36～75 μg/m3(空氣質(zhì)量二級)的時間增加和空氣質(zhì)量爆表時間的減少，但日均值0～35 μg/m3(空氣質(zhì)量一級)的時間有所減少，表明空氣質(zhì)量實現(xiàn)根本改善還有很大空間。

圖2 2016年和2017年P(guān)M2.5濃度區(qū)間分布變化Fig.2 Interval distribution changes of PM2.5 concentration in 2016 and 2017

2017年月度首要污染物中，1月、2月、3月、11月、12月細顆粒物PM2.5作為首要污染物占比最大，表明秋冬季PM2.5的治理依然是工作的重點。4、9、10月PM10作為首要污染物占比最大，以上月份天氣較為干燥，風(fēng)力較大，揚塵管控仍然是重點。5—8月，由于天氣炎熱，紫外線照射強烈，臭氧成為主要污染物。

3.2 2017年P(guān)M2.5月均變化情況

安陽市2017年P(guān)M2.5同比箱線如圖3所示。2017年除了3月、10月和12月以外，其他月份的谷值濃度均高于2016年；2017年3—4月、9—12月的峰值濃度均低于2016年，其中2月和5月的峰值濃度較上年同期升高很多，與該月份發(fā)生極端天氣有關(guān)。1月、2月、5月和12月的峰值濃度和谷值濃度相差較大，表明這幾個月的天氣形勢較為不穩(wěn)定，造成了污染物濃度波動較大，同時可表明針對部分月份的管控還有上升空間。

圖3 安陽市2017年P(guān)M2.5同比箱線Fig.3 PM2.5 year-on-year box line in Anyang City in 2017

2017年10—12月PM2.5的均值和峰值濃度較上年有大幅降低，表明秋冬季的管控措施很大程度上控制了污染形勢，對PM2.5的削峰效果明顯。

3.3 污染等級對比

2016—2017年P(guān)M2.5等級貢獻比較統(tǒng)計如圖4所示。綜合2016—2017年P(guān)M2.5不同污染等級月均濃度貢獻程度來看，五級和六級污染等級對秋冬季各月份的濃度貢獻較大。相比2016年，六級污染等級對1月、2月的貢獻明顯增加，對11月、12月貢獻明顯降低，表明2017年秋冬季錯峰生產(chǎn)和應(yīng)急管控等措施對PM2.5的削峰效果明顯；4月至9月的月均濃度較2016年明顯升高，尤其是5月和8月，二級污染等級對4月至9月的貢獻明顯增加。由此可見，與上年相比，1月、2月、5月、8月改善潛力較大，1月和2月的改善潛力在于減少六級空氣質(zhì)量的時間，5月和8月的改善潛力主要在于增加一級空氣質(zhì)量的時間。從月均濃度來看，1月、2月、11月和12月的PM2.5濃度較高，很大程度上拉高了年均值。因此，以上4個月份是改善空氣質(zhì)量，特別是降低細顆粒物濃度的關(guān)鍵月份。

圖4 2016—2017年P(guān)M2.5等級貢獻比較統(tǒng)計Fig.4 Comparative statistics of PM2.5 level contribution from 2016 to 2017

4 空間分布情況

對比5個國控點位的PM2.5日均值及空間距平值變化，相較而言，棉研所和銀杏小區(qū)點位的PM2.5的濃度相對較低，紅廟街點位PM2.5濃度相對較高，尤其是在夏秋季節(jié)。環(huán)保局點位在1月至4月中旬濃度較其他站點濃度高。

紅廟街和鐵佛寺PM10濃度相對較高，拉高了平均值；棉研所點位PM10濃度相對較低，拉低了平均值，但棉研所11月下旬至12月個別時間出現(xiàn)高值，同期其他點位的濃度則相對偏低，表明冬季的錯峰生產(chǎn)對棉研所點位的影響較小。

5 常規(guī)污染物污染特征

由于安陽市國控點都分布在市區(qū)內(nèi)，各站點SO2/NO2、CO/NO2及PM10/PM2.5比值差異不大，所以直接從整個安陽市的情況分析。

2017年安陽市秋冬季SO2/NO2、CO/NO2及PM10/PM2.5比值如圖5所示。2017年10月至2018年2月，SO2/NO2的值為0.2～1.0，表明氣態(tài)污染物中NOx對空氣質(zhì)量的影響遠大于SO2，同時也表明控制NOx排放是未來發(fā)展的必然趨勢。10月份以來，SO2/NO2的比值呈增加，主要是由于天氣轉(zhuǎn)冷，采暖需求增加，導(dǎo)致煤炭的消費量逐漸增加，尤其在春節(jié)前后SO2無組織排放增加，導(dǎo)致SO2/NO2的比值變大。2月下旬開始，溫度回升，采暖減少，燃煤量減少，SO2/NO2的比值呈下降趨勢。

圖5 2017年安陽市秋冬季SO2/NO2、CO/NO2及PM10/PM2.5比值Fig.5 SO2/NO2,CO/NO2 and PM10/PM2.5 ratios in autumn and winter in Anyang City in 2017

秋冬季PM2.5/PM10比值與PM2.5相關(guān)性分析如圖6所示。

圖6 秋冬季PM2.5/PM10比值與PM2.5相關(guān)性Fig.6 Correlation between PM2.5/PM10 ratio and PM2.5 in autumn and winter

從圖6可以看出，不同區(qū)間PM2.5/PM10比值與PM2.5有不同的相關(guān)性，PM2.5/PM10比值的變化范圍比較大，在0.20～0.99都有分布。當(dāng)PM2.5濃度小于100 g/m3時，PM2.5/PM10比值與PM2.5的濃度呈正比，而當(dāng)PM2.5濃度大于150 g/m3時，PM2.5/PM10比值與PM2.5相關(guān)性不強。

6 結(jié)論

(1)安陽市2014—2018年6項污染物整體呈下降趨勢。

(2)2017年安陽市空氣質(zhì)量優(yōu)良達標(biāo)時間累計156 d，PM10、PM2.5年均濃度與上年相比都有所下降，其中，PM2.5較2016年下降4.4%，SO2同比下降了39%，NO2同比下降了2.1%。

(3)1—3月和11—12月的細顆粒物PM2.5作為首要污染物占比最大，表明秋冬季PM2.5的治理依然是工作的重點。4月、9月、10月的PM10作為首要污染物占比最大，5—8月臭氧為主要污染物。

(4)棉研所和銀杏小區(qū)點位PM2.5濃度相對較低，紅廟街點位PM2.5濃度相對較高，尤其是在夏秋季節(jié)。環(huán)保局點位在1月至4月中旬濃度較其他站點的濃度高。

(5)鐵佛寺點位PM2.5濃度與其他點位差異不大，但PM10濃度明顯偏高，粗顆粒污染特征顯著。

(6)10月份以來，SO2/NO2的比值呈增加，主要是由于天氣轉(zhuǎn)冷，采暖需求增加，導(dǎo)致煤炭的消費量逐漸增加，尤其在春節(jié)前后SO2無組織排放增加，SO2/NO2的比值變大。