江津城區(qū)大氣污染特征及常規(guī)污染物分析

張 婭，胡云翔，徐 燕，劉朝麗，陳清莉

(1.重慶市江津區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站,重慶 402260；2.烏魯木齊市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站,新疆 烏魯木齊 830000)

1 引言

近年來，隨著我國工業(yè)化水平快速提升，城市化步伐不斷加快，大氣污染已成為十分嚴(yán)峻環(huán)境問題。通過一系類行動(dòng)，我國大氣環(huán)境質(zhì)量得到顯著的改善，但PM2.5污染尚未得到根本控制，臭氧污染需突破解決。“十四五”時(shí)期是美麗中國建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期，持續(xù)改善空氣質(zhì)量，加強(qiáng)各種污染物協(xié)同治理是實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境根本好轉(zhuǎn)的必由之路，繼續(xù)加強(qiáng)PM2.5污染防治，加快補(bǔ)齊臭氧污染治理短板十分必要。

大氣污染并不是單一的污染過程，各種污染物存在相互關(guān)聯(lián)、彼此影響的關(guān)系。陳楠等[1]研究顯示PM2.5和O3關(guān)聯(lián)日趨密切，協(xié)調(diào)效應(yīng)顯著，有研究表明PM2.5和O3濃度為高度非線性關(guān)系，二者間相互耦合，受多種環(huán)境因素影響[2，3]，機(jī)動(dòng)車尾氣中NOX也是O3形成過程的重要介質(zhì)，對的O3產(chǎn)生有直接影響[4]，連靜敏、程麟鈞等[5，6]研究表明，二氧化氮和臭氧呈負(fù)相關(guān)，同時(shí)NOX是臭氧和二次PM2.5的共同前體，PM2.5通過干擾地球輻射強(qiáng)度從而影響 NO2光解生成 O3[7]。李洪遠(yuǎn)等[8～11]等研究顯示近地O3為二次污染物，由NOX和VOCS光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。目前我國多地也出現(xiàn)了多種污染物復(fù)合污染過程，所以研究多種污染物之間的相互關(guān)聯(lián)和影響機(jī)制很有必要。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

本研究數(shù)據(jù)來源于江津區(qū)城區(qū)兩個(gè)市控空氣質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)位，其中江津一中代表西城區(qū)空氣質(zhì)量，四牌坊小學(xué)代表東城區(qū)空氣質(zhì)量。兩個(gè)點(diǎn)位均為自動(dòng)監(jiān)測站。各污染物濃度均為算數(shù)平均值。PM10、PM2.5、NO2日評價(jià)指標(biāo)為日均值，臭氧評價(jià)為O3日最大8 h滑動(dòng)平均值(O3-8h)，O3的月評價(jià)值為O3日最大8 h平均第90為百分?jǐn)?shù)。各污染物的超標(biāo)評價(jià)按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012),超出二級標(biāo)準(zhǔn)即日均值PM10為150 μg/m3、PM2.5為75 μg/m3、NO2為80 μg/m3、 O3為160 ug/m3為超標(biāo)。在對污染物濃度進(jìn)行討論時(shí)，以氣象學(xué)方法劃分四季。

3 結(jié)果與討論

3.1 江津區(qū)大氣污染狀況

2018～2021年，江津區(qū)城區(qū)全年的AQI污染天數(shù)整體呈下降趨勢。結(jié)果如圖1，2018～2020年污染天數(shù)呈持續(xù)下降趨勢，2021年出現(xiàn)反彈。西城區(qū)污染天數(shù)2019年和2020年降幅分別為23.1%，21.4%，但2021年比上年增長了27 d，增幅為49.1%；東城區(qū)2019年降幅為25.9%，2020年比2019年增加2 d，2021年比2020年增加16 d，增幅為24.6%。

近4年城區(qū)2個(gè)站點(diǎn)均主要以PM2.5和O3污染為主，如圖1所示，超標(biāo)日中首要污染物PM2.5和O3占總超標(biāo)天數(shù)超過了95%，極少數(shù)年份也出現(xiàn)PM10和NO2偶爾污染。具體情況是近4年，東城區(qū)站點(diǎn)PM2.5的超標(biāo)率均超過了50%，而臭氧的超標(biāo)率2019年急劇增加至40%左右，之后一直處于高位；而西城區(qū)站點(diǎn)從2018年開始PM2.5和O3超標(biāo)率均在50%左右，污染狀況長期未得到改善。

圖1 2018～2021年城區(qū)AQI大氣污染天數(shù)年度變化及首要污染物占總超標(biāo)天數(shù)比例

總體而言江津區(qū)污染天數(shù)，前三年呈逐年下降趨勢，2021年出現(xiàn)一定反彈。首要污染物冬季主要以PM2.5為主，夏季主要以O(shè)3為主，短期內(nèi)首要污染物種類不會(huì)有明顯變化。主要原因一方面江津城區(qū)地處低洼地帶，三面為長江環(huán)水，一面靠山，氣候條件時(shí)為靜風(fēng)和逆溫，煙塵、汽車尾氣等難以擴(kuò)散，導(dǎo)致冬季顆粒物和夏季臭氧超標(biāo)情況難以改善。另一方面隨江津區(qū)機(jī)動(dòng)車數(shù)量逐年快速增加，截至2021年，江津區(qū)汽車保有量達(dá)到了40.4萬輛，汽車尾氣排放產(chǎn)生的氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物影響臭氧的生成；同時(shí)江津城區(qū)周邊分布雙福、德感、珞璜和西彭四大工業(yè)園區(qū)，在不利氣象條件下，工業(yè)污染對城區(qū)的空氣質(zhì)量影響較大。

3.2 臭氧污染的特征

2018～2021年年江津城區(qū)兩個(gè)站點(diǎn)O3-8h日均濃度變化如圖2所示，江津城區(qū)臭氧超標(biāo)時(shí)間主要集中在夏季，以輕度污染為主。從超標(biāo)天數(shù)來看，西城區(qū)臭氧超標(biāo)天數(shù)近幾年呈下降趨勢，由2018年的48 d減少到38 d；東城區(qū)臭氧超標(biāo)天數(shù)呈上升趨勢，由2018年的19 d增加到2021年的33 d，增幅為74.7%。從臭氧濃度來看，東城區(qū)在2018～2021年期間，全年中O3-8h日均濃度最大值在逐年增加，臭氧的日均濃度有繼續(xù)增加的趨勢。

圖2 2018～2021年城區(qū)O3-8h日均濃度變化情況

2018～2021年江津城區(qū)兩個(gè)站點(diǎn)月均O3-8h濃度變化如圖3所示，江津城區(qū)的臭氧高濃度時(shí)間主要集中在7～9月份。近4年2個(gè)站點(diǎn)均出現(xiàn)了雙峰情況，第一個(gè)峰值出現(xiàn)在4月份或5月份，月均值在120 ug/m3左右，第二個(gè)峰值出現(xiàn)8月份，月均值160 ug/m3左右。出現(xiàn)這種情況可能是由于在著2個(gè)時(shí)間點(diǎn)PM2.5濃度也出現(xiàn)了兩個(gè)相對應(yīng)的負(fù)峰，PM2.5濃度下降導(dǎo)致了O3濃度的上升。Li等[12]研究表明，當(dāng)PM2.5濃度較高時(shí)，O3的生成受到抑制，Shao等[13]研究表明，PM2.5的濃度下降導(dǎo)致O3的濃度升高了37%。

圖3 2018～2021年城區(qū)O3-8h第90位百分?jǐn)?shù)月均濃度變化

3.3 PM2.5的污染特征

2018～2021年年江津城區(qū)2個(gè)站點(diǎn)PM2.5日均濃度變化如圖4所示，江津城區(qū)的PM2.5超標(biāo)時(shí)間主要集中在冬季，以輕度和中度污染為主，超標(biāo)時(shí)段的均值年均降低3 mg/L，有略微減低。

圖4 2018～2021年城區(qū)PM2.5日均濃度變化情況

總體趨勢為近幾年P(guān)M2.5超標(biāo)現(xiàn)象改善情況不大，超標(biāo)天數(shù)均超過30 d，西城區(qū) PM2.5平均超標(biāo)天數(shù)為36.3 d，東城區(qū)為 44 d，PM2.5空氣污染亟需進(jìn)一步改善。

2018～2021年江津城區(qū)2個(gè)站點(diǎn)PM2.5月均值濃度變化如圖5所示，江津城區(qū)PM2.5高濃度時(shí)間主要集中在11月份到次年2月份，12月份和次年1月份濃度最高，7月份和8月份濃度最低。2個(gè)站點(diǎn)在一年中均出現(xiàn)了2個(gè)負(fù)峰，分別出現(xiàn)在4月份和7、8月份，相對應(yīng)的時(shí)段O3-8h均出現(xiàn)相反峰型。西城區(qū)四年來月均濃度在秋冬季節(jié)變化較大，2020年有小幅下降，而東城區(qū)在2018～2021年期間秋冬季節(jié)PM2.5的變化十分明顯，2018年濃度最高，且各月份濃度值均高于當(dāng)年其他年份，2019年秋冬季節(jié)為近幾年最低?？傮w上，兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位的變化趨勢大致相同，東城區(qū)PM2.5濃度每年均略低于江津一中。

圖5 2018～2021年城區(qū)PM2.5月均濃度變化情況

3.4 特征污染物 PM2.5、NO2和O3的相關(guān)性研究

討論兩個(gè)站點(diǎn)PM2.5和O3的相關(guān)關(guān)系，計(jì)算每個(gè)站點(diǎn)PM2.5和O3-8h的月均濃度的相關(guān)系數(shù)CORR。結(jié)果如圖6：江津城區(qū)PM2.5和O3的相關(guān)性冬季主要為負(fù)相關(guān)，這是由于冬季PM2.5濃度較高，一定程度抑制了臭氧的形成。相關(guān)研究表明，PM2.5濃度與O3濃度呈高度非線性關(guān)系[2]，PM2.5和O3在大氣污染中相互影響，協(xié)同作用。研究表明[12]，PM2.5主要通過影響地球輻射的強(qiáng)度等方式影響O3的形成，當(dāng) PM2.5濃度較高時(shí)，通過影響地球輻射從而影響O3生產(chǎn)站主導(dǎo)地位[15]，同時(shí)O3強(qiáng)氧化性顯著影響PM2.5的二次組分生成[16]，Li[12]等研究表明，當(dāng)PM2.5濃度較高時(shí)，O3的生成受到抑制。

圖6 2018～2021年城區(qū)PM2.5和O3-8h的月均濃度的相關(guān)系數(shù)散點(diǎn)

從春季開始兩者之間的相關(guān)性逐步變?yōu)檎嚓P(guān)，夏季相關(guān)系數(shù)最大。一年中O3的高濃度主要集中在7～9月份，而此時(shí)間段PM2.5的濃度只有20 μg/m3左右，此時(shí)間段兩者之間的相關(guān)系數(shù)值主要集中在0.7左右，相關(guān)性較為明顯。Shao等[17]研究表明，PM2.5的濃度下降導(dǎo)致O3的濃度升高了37%，但是當(dāng)PM2.5濃度下降至40 μg/m3時(shí)，O3的濃度值上升急劇減緩。Chu[18]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PM2.5濃度進(jìn)一步下降時(shí)，PM2.5與O3濃度相關(guān)性由負(fù)轉(zhuǎn)為正，Jia等[18]研究也發(fā)現(xiàn)，在夏季高溫季節(jié)，強(qiáng)氧化性的空氣條件下高濃度的O3也促進(jìn)了二次顆粒物的形成，導(dǎo)致夏季高溫季節(jié)PM2.5濃度與O3濃度呈正相關(guān)。

諸多研究顯示NOX和O3之間的有較高相關(guān)性。李順姬[19]等研究結(jié)果表明NOX和O3具有顯著的季節(jié)性變化規(guī)律，夏季O3的濃度升高NOX的濃度不斷下降，冬季NOX不斷積累和排放光化學(xué)循受到抑制，O3處于較低水平，NOX處于較低水平。陸倩、李順姬[19,20]等研究也提到NOX和O3具有相反的季節(jié)性變化特征。計(jì)算兩個(gè)站點(diǎn)NO2和O3月均濃度的相關(guān)系數(shù)CORR，結(jié)果如圖7，冬季兩者呈負(fù)相關(guān)，多數(shù)年份的冬季兩者相關(guān)系數(shù)都超過了-0.5。春夏季節(jié)要為正相關(guān)，一年中臭氧的高濃度主要集中在7～9月，二氮氧化物此時(shí)間段處于全年最低值，臭氧的濃度越高，相關(guān)性也越大，如東城區(qū)近五年每年的8月份兩者的相關(guān)系數(shù)值均在0.6以上，西城區(qū)近幾年8月份兩者相關(guān)系數(shù)也都在0.5以上，2020年的8月份相關(guān)系數(shù)為0.73。

圖7 2018～2021年城區(qū)NO2和O3-8h的月均濃度的相關(guān)系數(shù)散點(diǎn)

4 結(jié)論

(1)2018～2021年，江津區(qū)城區(qū)一年中的污染天數(shù)整體呈下降趨勢。兩個(gè)站點(diǎn)首要污染物主要為PM2.5和O3，超標(biāo)日中首要污染物PM2.5和O3總占比超過了95%，首要污染物常年以PM2.5和O3為主，短期內(nèi)首要污染物種類不會(huì)有明顯變化。

(2)臭氧超標(biāo)時(shí)間主要集中在春季和夏季，以輕度污染為主，一年中臭氧污染天數(shù)約為30～40 d，濃度值有一定的增加。PM2.5超標(biāo)時(shí)間主要集中在秋冬季節(jié)，以輕度和中度污染為主。近4年P(guān)M2.5超標(biāo)現(xiàn)象改善情況不大，年超標(biāo)均約40 d，PM2.5空氣污染亟需進(jìn)一步改善[21]。

(3)PM2.5和O3的有較高的相關(guān)性，其中 PM2.5和O3的相關(guān)性冬季主要為負(fù)相關(guān)，從春季開始兩者之間的相關(guān)性逐步變?yōu)檎嚓P(guān)，且到夏季的時(shí)候相關(guān)系數(shù)最大，7～9月兩者之間的相關(guān)系數(shù)值主要集中在0.7左右，相關(guān)較為明顯。NO2和O3之間的相關(guān)性呈季節(jié)性，冬季呈負(fù)相關(guān)，且負(fù)相關(guān)性較大，多數(shù)年份的冬季兩者相關(guān)系數(shù)都超過了-0.5；春夏季節(jié)兩者之間主要為正相關(guān)，臭氧的濃度越高，相關(guān)性也越大，夏季7月兩者相關(guān)系數(shù)大多在0.6以上，最高可到到0.8。說明NO2的濃度值對O3有較大的影響。