瀘州市大氣和降水質(zhì)量變化特征及其相關(guān)性分析

肖旖旎

(四川省瀘州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 瀘州 646000)

酸雨是pH值小于5.6的大氣降水。造成酸雨的原因多種多樣，近代主要由于化石燃料的燃燒和機(jī)動(dòng)車尾氣排放，污染物進(jìn)入大氣，其中二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)和細(xì)顆粒物(PM2.5)均對(duì)大氣降水的酸度影響較大[1-2]。我國酸雨污染較嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)闁|部沿海地區(qū)與內(nèi)陸主要工業(yè)城市，兩者降水的離子組分有顯著區(qū)別[3]，主要受到工業(yè)結(jié)構(gòu)影響?？傮w來說，全國大部分城市酸雨類型為硫酸-硝酸混合型，少數(shù)城市出現(xiàn)了酸雨污染以硝酸型為主導(dǎo)的情況，而主要以硫酸型為主導(dǎo)的酸雨污染地區(qū)呈減少趨勢(shì)[4-5]。

四川省和重慶市均屬于西南酸雨分布區(qū)[6]，屬于我國的酸雨較嚴(yán)重的地區(qū)之一。瀘州市能源結(jié)構(gòu)以煤炭、電力、天然氣為主，老工業(yè)企業(yè)眾多，地理位置在川渝交界處，易受到污染傳輸影響，且瀘州市屬于盆地邊緣地形，常年降水豐富，大氣污染物擴(kuò)散條件不利，氣態(tài)污染物進(jìn)入降水，造成酸雨頻發(fā)?！笆濉逼陂g瀘州市堅(jiān)持總量減排，降水質(zhì)量有所好轉(zhuǎn)[7]，但酸雨污染形勢(shì)仍然嚴(yán)峻。研究表明大氣環(huán)境質(zhì)量對(duì)降水有影響[8-10]，持續(xù)對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量以及酸雨污染進(jìn)行綜合研究，可以為改善空氣和降水質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)，有利于調(diào)整總量減排重點(diǎn)。

1 材料與方法

本文收集2016-2020年(“十三五”期間)瀘州市共1963個(gè)降水樣品監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，酸雨樣品的采集和分析按照《大氣降水樣品的采集與保存》[11]和《酸沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[12]。瀘州市的降水監(jiān)測(cè)點(diǎn)位共有7個(gè)，點(diǎn)位名稱與位置詳見表1，降水樣品的分析項(xiàng)目和方法詳見表2。大氣污染物SO2、NO2、CO、O3、PM2.5和PM10的濃度數(shù)據(jù)來自瀘州市市環(huán)監(jiān)站、小市上碼頭和蘭田憲橋3個(gè)國控空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站站點(diǎn)，瀘州市空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)以及環(huán)境空氣單項(xiàng)指數(shù)(Ii)評(píng)價(jià)[13]。采用Pearson相關(guān)系數(shù)對(duì)降水的pH值和大氣污染物單項(xiàng)指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

表2 降水樣品項(xiàng)目分析方法表Table 2 The analysis methods of the precipitation samples

2 結(jié)果和分析

2.1 空氣質(zhì)量變化特征

2.1.1 AQI年度變化特征

對(duì)瀘州市AQI各級(jí)別天數(shù)以及每年的優(yōu)良天數(shù)率進(jìn)行分析，詳見表3。2016-2020年，瀘州市優(yōu)良天數(shù)共計(jì)1502天，占五年總有效天數(shù)的82.2%，年優(yōu)良率從69.7%升至88.5%，呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)?？諝赓|(zhì)量級(jí)別為輕度污染的天數(shù)共273天，占五年總有效天數(shù)的14.9%，空氣質(zhì)量級(jí)別為中度及以上污染的天數(shù)共52天，占五年總有效天數(shù)不足3.0%。瀘州市空氣質(zhì)量級(jí)別以優(yōu)良為主，輕度污染天數(shù)有所減少，中度及以上污染顯著減少，說明瀘州市空氣質(zhì)量有所提高，大氣治理措施獲得顯著成效。

表3 2016-2020年AQI各級(jí)別天數(shù)以及優(yōu)良天數(shù)率Table 3 AQI levels and the rate of good days in 2016-2020

2.1.2 AQI月變化特征

對(duì)瀘州市2016-2020年AQI等級(jí)月度變化趨勢(shì)分析，詳見圖1。瀘州市AQI為優(yōu)的天數(shù)集中在10月份(109天)，占優(yōu)級(jí)別總天數(shù)的19.9%；2月份AQI為優(yōu)的天數(shù)最少(13天)，僅占優(yōu)級(jí)別總天數(shù)的2.4%。AQI為良的天數(shù)在統(tǒng)計(jì)時(shí)段中最多，其中以3、4、5和8月份均達(dá)到90天以上。輕度污染的情況多發(fā)生在1月(47天)，占輕度污染級(jí)別總天數(shù)的17.2%；最少發(fā)生在9月(8天)。中度及以上污染多發(fā)生在1月(22天)、2月(8天)和12月(12天)，3-11月未出現(xiàn)重度污染。瀘州市5-7月，9-10月空氣質(zhì)量較好，5-7月強(qiáng)對(duì)流天氣頻發(fā)，降水量較豐富，9-10月進(jìn)入秋季，夏季風(fēng)逐步減弱，并向冬季風(fēng)的過渡，氣旋活動(dòng)頻繁，氣溫冷暖變化較大，整體大氣擴(kuò)散條件好，空氣質(zhì)量以優(yōu)良為主。

圖1 2016-2020年AQI月度變化趨勢(shì)Fig.1 Monthly variation characteristics of AQI levels from 2016 to 2020

2.1.3 污染物單項(xiàng)指數(shù)年度變化特征

對(duì)瀘州市2016-2020年污染物單項(xiàng)指數(shù)變化趨勢(shì)分析，詳見圖2。SO2的對(duì)空氣質(zhì)量的污染貢獻(xiàn)下降最為明顯，NO2的貢獻(xiàn)在小幅攀升后顯示下降趨勢(shì)，O3的貢獻(xiàn)一直維持在高位水平，顆粒物對(duì)空氣質(zhì)量的污染貢獻(xiàn)極大，但總體有下降趨勢(shì)。期間，每年P(guān)M2.5均對(duì)空氣質(zhì)量污染貢獻(xiàn)最大，2018年起，O3超越PM10成為對(duì)空氣質(zhì)量污染貢獻(xiàn)第二大的污染物。說明瀘州市“十三五”期間工業(yè)減排工作成效顯著，SO2對(duì)空氣污染貢獻(xiàn)下降明顯，而O3和PM2.5成為影響空氣質(zhì)量的主要污染物。

圖2 2016-2020年污染物單項(xiàng)指數(shù)年度變化趨勢(shì)Fig.2 Annual variation characteristics of Single Pollutant Index from 2016 to 2020

2.1.4 污染物單項(xiàng)指數(shù)月變化特征

污染物單項(xiàng)指數(shù)越高，對(duì)空氣污染貢獻(xiàn)越大。6-8月O3對(duì)空氣污染的貢獻(xiàn)率明顯高于其他污染物，1-5月、9-12月PM2.5對(duì)空氣污染的貢獻(xiàn)率高于其他污染物，其中1-2月、11-12月PM2.5作為主要污染物尤為明顯。說明O3成為夏季影響空氣質(zhì)量最大的污染物，PM2.5成為秋季末以及冬季影響空氣質(zhì)量最大的污染物，詳見圖3。

圖3 2016-2020年污染物單項(xiàng)指數(shù)月變化趨勢(shì)Fig.3 Monthly variation characteristics of Single Pollutant Index from 2016 to 2020

2.2 降水質(zhì)量變化特征

2.2.1 降水pH年均值及酸雨等級(jí)年度變化特征

2016-2020年，瀘州市降水pH年均值范圍在5.10～5.56之間，降水pH值總體呈上升趨勢(shì)，降水酸度有所減弱，但歷年仍為輕酸雨區(qū)(5.00≤pH<5.60)。電導(dǎo)率波動(dòng)較大，2017年電導(dǎo)率最大，可能與當(dāng)年降水量最低(4867.41 mm)有關(guān)。總體來看，瀘州市酸雨污染有所減輕，見圖4。

圖4 2016-2020年降水pH年均值及電導(dǎo)率變化趨勢(shì)Fig.4 The variation of annual precipitation pH and conductivity from 2016 to 2020

2.2.2 主要降水離子特征分析

圖5 2016-2020年降水主要陰陽離子及大氣相關(guān) 污染物年際變化趨勢(shì)Fig.5 The trends of main precipitation ions and main air pollutants from 2016 to 2020

2.2.3 酸性降水分布規(guī)律

2016-2020年總降水量達(dá)28355.09 mm，其中酸雨量達(dá)8285.07 mm，占總雨量的29.2%。2016-2020年瀘州市降水量和pH值的月分布規(guī)律如圖6所示，降水集中分布在5-9月，降水pH最大值出現(xiàn)在5月，1-3月和9-12月pH值均低于5.6。瀘州降水主要集中于夏季，冬季降水pH值為全年最低，酸雨最為嚴(yán)重。

圖6 2016-2020年降水pH值和降水量月分布規(guī)律Fig.6 Monthly pH value and distribution of precipitation from 2016 to 2020

3 污染物單項(xiàng)指數(shù)與降水pH、降水量相關(guān)性

按春季(3、4、5月)、夏季(6、7、8月)、秋季(9、10、11月)和冬季(12、1、2月)劃分，將降水pH值、降水量，六項(xiàng)大氣污染物單項(xiàng)指數(shù)按月統(tǒng)計(jì)，計(jì)算Pearson相關(guān)系數(shù)。降水pH值在春季與各項(xiàng)污染物單項(xiàng)指數(shù)相關(guān)性均高于其他季節(jié)，夏季降水質(zhì)量與NO2單項(xiàng)指數(shù)相關(guān)性明顯高于其他污染物，夏季降水豐富，顆粒物濃度低，NO2成為夏季酸雨最主要的致酸前體物。秋季降水質(zhì)量與各項(xiàng)污染物相關(guān)性低于其他季節(jié)，秋季大氣擴(kuò)散條件優(yōu)于其他季節(jié)，大氣污染物對(duì)酸雨的影響有所減弱。冬季降水pH值與降水量的相關(guān)性最高，與SO2和NO2的相關(guān)性明顯高于其他污染物，冬季瀘州市靜穩(wěn)天氣居多，SO2與NO2污染貢獻(xiàn)在冬季高于其余時(shí)段，兩項(xiàng)污染物成為冬季造成降水pH值低的主要原因，詳見表4。

表4 pH值與降水量、各大氣污染物單項(xiàng)指數(shù)相關(guān)系數(shù)表Table 4 Correlation coefficients between pH value, precipitation, and individual index of air pollutants

4 結(jié) 論

(1)2016-2020年，瀘州市空氣質(zhì)量以優(yōu)良為主，占統(tǒng)計(jì)有效天數(shù)的82.2%。年度優(yōu)良率上升趨勢(shì)明顯，說明瀘州市空氣質(zhì)量有所提高。瀘州市5-7月，9-10月空氣質(zhì)量最好，1、2和12月空氣質(zhì)量最差，受氣象條件影響較大；

(2)PM2.5對(duì)空氣質(zhì)量污染貢獻(xiàn)最大，2018年起，O3超越PM10成為對(duì)空氣質(zhì)量污染貢獻(xiàn)第二大的污染物，而SO2下降趨勢(shì)最為明顯，NO2污染貢獻(xiàn)也有一定程度降低。說明PM2.5和O3成為影響瀘州市空氣質(zhì)量的重要污染物；

(4)瀘州市酸雨污染有明顯的季節(jié)性特征，降水pH值冬季為全年最低，酸雨污染最為嚴(yán)重。冬季降水pH值與降水量的相關(guān)性最高，特別是與SO2和NO2的相關(guān)性明顯高于其他污染物，說明SO2與NO2對(duì)降水的污染貢獻(xiàn)在冬季高于其他污染物，控制這兩項(xiàng)污染物能夠極大改善冬季酸雨污染，從而提高全年降水質(zhì)量。