冬春過渡期連云港城區(qū)PM2.5排放的影響因素分析

孫成勝，屠夢琪

（1.江蘇智盛環(huán)境科技有限公司，江蘇 連云港 222000；2.江蘇方洋環(huán)境監(jiān)測有限公司，江蘇 連云港 222000）

隨著工業(yè)與交通運輸業(yè)等迅速發(fā)展，大氣顆粒物污染愈發(fā)嚴重，尤其是細顆粒物PM2.5，對其的管控需求日益提高。連云港細顆粒物PM2.5污染形勢嚴峻，其污染來源較為復雜，冬春季節(jié)污染尤為突出。2022年連云港城區(qū)2～3月采取了居家隔離、交通管控措施，是一次典型的極限減排情景，為進一步研究連云港市城區(qū)冬春季PM2.5污染提供了契機，有利于促進連云港細顆粒物污染的控制與治理，為 “十四五”大氣污染防治規(guī)劃的合理制定提供技術支撐。

1 材料方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

利用環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)布平臺連云港市PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3等污染因子逐日數(shù)據(jù)和溫度、相對濕度、風級等氣象數(shù)據(jù)。利用NOAA提供的Global Summary of the Day 中GANYU站點氣壓數(shù)據(jù)。

1.2 評價方法及標準

利用比濕（q）來表征大氣中水汽的絕對量，比濕的計算過程見式（1）～（3）：

式中，e為水汽分壓（hPa），p為大氣壓（hpa），T為大氣溫度（℃），RH為相對濕度（%），E為飽和水汽壓（hpa），采用延伸的Wexler公式計算[1]。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

利用SPSS21.0對數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計、正態(tài)檢驗、差異顯著性檢驗及相關分析。

2 結果與分析

2.1 2019～2021年連云港市城區(qū)細顆粒物PM2.5排放概況

連云港城區(qū)臨近黃海，受云臺山地形因素影響，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨、具有春季冷于秋季的特點。2019～2021年連云港市城區(qū)細顆粒物PM2.5年均質(zhì)量濃度整體呈下降趨勢，其中PM2.5質(zhì)量濃度3年下降了24.1%，2019～2021年連云港市城區(qū)細顆粒物PM2.5質(zhì)量濃度季節(jié)特征及PM2.5/PM10變化趨勢詳見圖1。

圖1 2019～2021年細顆粒物PM2.5質(zhì)量濃度季節(jié)特征及PM2.5/PM10變化趨勢

統(tǒng)計顯示：2019～2021年連云港城區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度具有明顯季節(jié)特征，PM2.5各季節(jié)質(zhì)量濃度均值：冬季＞春季＞秋季＞夏季，單因素方差分析顯示：冬季PM2.5質(zhì)量濃度均值與春、夏、秋季均差異顯著，春季和秋季差異不顯著，夏季與其他季節(jié)差異顯著。

2019～2021年PM2.5/PM10曲線波動范圍：冬季0.58～0.85、春季0.39～0.54、夏季0.51～0.57、秋季0.5～0.59，連云港市城區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度冬春季高，夏秋季低，冬春季較夏秋季PM2.5/PM10波動更大。PM2.5和PM10濃度的比值在一定程度上說明了污染的類型和可能的污染物來源，比值較小說明顆粒物中粗顆粒占據(jù)主導地位，自然來源可能是主要污染來源，比值較大則說明主要污染來源可能為人為源，分析顯示連云港冬季較春季人為源影響更強，可能主要與氣象（冬季易出現(xiàn)靜穩(wěn)天氣、逆溫等）、冬季周邊城市采暖過程等因素有很大關系。

2.2 冬春過渡期連云港市城區(qū)顆粒物主要影響因素

2019～2021年冬春過渡期（2、3月）連云港市城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)、良、輕度、中度、嚴重污染天氣分別約占26.4%、57.9%、11.2%、3.4%、1.1%。

對2019～2021年度冬春交接（2、3月）空氣質(zhì)量及相關污染、氣象影響因素數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并進行Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗，結果顯示僅氣壓、濕度通過正態(tài)檢驗，因此采用Spearman相關性分析PM2.5質(zhì)量濃度與其他污染、氣象等因素的相關關系，剔除2次嚴重污染天氣的異常數(shù)據(jù)后（2021年3月16日和3月29日），相關性分析結果見表1。

表1顯示2019～2021年冬春過渡期（2～3月）連云港城區(qū)細顆粒物PM2.5除了與PM10高度相關外，與SO2、NO2、CO、O3、風級、比濕、PM2.5/PM10在變化趨勢上保持顯著一致。其中，PM2.5與PM10、CO表現(xiàn)強正相關，與PM2.5/PM10、SO2表現(xiàn)中等正相關，與風級表現(xiàn)出弱負相關，與NO2、O3、比濕表現(xiàn)出弱正相關關系。

表1 2019～2021年冬春過渡期連云港市城區(qū)相關污染、氣象因素相關性分析

相關研究顯示江蘇跨區(qū)域輸送規(guī)律顯著，省外來源對蘇北PM2.5年均濃度貢獻可達到50%，山東省和京津冀地區(qū)排放源是主要污染來源[2-3]，冬季區(qū)域采暖燃煤排放大氣污染物對連云港影響較大。由于燃煤、冶金、化工等多種污染源均會同時產(chǎn)生PM2.5和PM10，有著很強的同源性，導致連云港城區(qū)冬春過渡期PM2.5和PM10相關系數(shù)達到了0.8以上。而CO相關系數(shù)較高，主要來源于冶金工業(yè)煉焦、煉鐵生產(chǎn)過程，內(nèi)燃機排氣和化石燃料的不完全燃燒[4]。

連云港城區(qū)PM2.5與PM10表現(xiàn)強正相關，而PM2.5/PM10變化除與內(nèi)在污染因子SO2、CO等排放變化密切相關外，與外在的溫度、相對濕度、風級等氣象因素變化也顯著相關，各分段PM2.5/PM10均值與相對濕度、氣壓均值之間最優(yōu)擬合呈對數(shù)正相關關系，與溫度和風級均值之間最優(yōu)擬合呈指數(shù)負相關關系，均非穩(wěn)定的線性趨勢。同時，分析2019～2021年2～3月冬春過渡期數(shù)據(jù)，分析結果詳見圖2。相對濕度處于20%～40%的樣本極少，約占總樣本的2.3%，未形成波段趨勢，該段比濕主要集中于1～2.5 g/kg，PM2.5均值與比濕間無趨勢；相對濕度為40%～60%，約占27.3%，該區(qū)間內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度均值隨著比濕增加呈線性增長趨勢；相對濕度60%～80%，約占47.7%，是冬春過渡期主要的相對濕度區(qū)間，該段比濕波動范圍2～7.5 g/kg，PM2.5質(zhì)量濃度均值無明顯的增長趨勢，主要呈現(xiàn)出于50 μg/m3處上下波動狀態(tài)；相對濕度80%～100%，約占22.7%，比濕波動范圍3～9.4 g/kg，PM2.5質(zhì)量濃度也呈上下波動狀態(tài)，波動中心較60%～80%區(qū)間下降，但波動更劇烈，可能是該濕度區(qū)間有更充足的水汽，利于二次細顆粒物的形成。

圖2 2019～2021年2～3月不同相對濕度區(qū)間比濕與PM2.5質(zhì)量濃度均值分布及波動趨勢

2.3 2022年連云港城區(qū)管控措施前后細顆粒物減排因素分析

2022年連云港城區(qū)管控前后各2周細顆粒物及相關氣象因素統(tǒng)計分析見表2。

表2 2022年管控前后污染、氣象因素等均值對比

考慮樣本數(shù)量，采用Shapiro-Wilk正太檢驗，結果顯示管控前CO 和風級數(shù)據(jù)，管控后的PM10、溫度和風級數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，對正態(tài)和非正態(tài)分布指標分別進行Pearson和Spearman相關性分析，結果表明：采取管控措施后，連云港市大氣細顆粒物PM2.5質(zhì)量濃度對比管控前下降4.4%，污染因子PM10、SO2、NO2質(zhì)量濃度對比管控前均不同程度降低，但CO、O3相反呈現(xiàn)出增長。同時，相關性分析結果顯示管控后PM2.5質(zhì)量濃度的變化與PM10、NO2、CO、濕度、比濕、PM2.5/PM10的變化呈顯著正相關，其他指標的變化對PM2.5質(zhì)量濃度變化影響不顯著。

本次管控階段，連云港本地人為源機動車尾氣、建筑及道路揚塵得到充分的抑制，工業(yè)粉塵大大減少，但細顆粒物PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)僅下降4.4%，表明冬春過渡期（2、3月）外輸?shù)拇髿馕廴驹磳B云港地區(qū)的影響較強，凸顯區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控機制的重要性。

3 結論

（1）2019～2021年連云港市城區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度具有明顯的季節(jié)特征，PM2.5各季節(jié)質(zhì)量濃度均值：冬季＞春季＞秋季＞夏季，冬季PM2.5質(zhì)量濃度均值與春、夏、秋季均差異顯著，春季和秋季差異不顯著，夏季與其他季節(jié)差異顯著。2019～2021年連云港市城區(qū)PM2.5/PM10比值冬春季較夏秋季波動更大，冬季較春季人為源影響更強。

（2）2019～2021年冬春過渡期，連云港城區(qū)PM2.5污染程度最高的相對濕度區(qū)間為60%～80%，其他大小依次為80%～100%、40%～60%、20%～40%。

（3）2019～2021年冬春過渡期（2～3月）細顆粒物PM2.5除了與PM10高度相關外，與SO2、NO2、CO、O3、風級、比濕、PM2.5/PM10在變化趨勢上保持顯著一致。其中PM2.5與PM10、CO表現(xiàn)強正相關，與PM2.5/PM10、SO2表現(xiàn)中等正相關，與風級表現(xiàn)出弱負相關，與NO2、O3、比濕表現(xiàn)出弱正相關關系。

（4）采取居家、交通管制措施后，連云港市城區(qū)冬春季大氣細顆粒物PM2.5質(zhì)量濃度對比管控前下降4.4%，污染因子PM10、SO2、NO2質(zhì)量濃度對比管控前后均有不同程度降低，冬春過渡期（2、3月）外輸?shù)拇髿馕廴驹磳B云港地區(qū)的影響較強。