2017年-2021年開(kāi)州區(qū)城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量時(shí)空分布特征及影響因素研究

周思愿 雷振宇 王銳 劉煌卿

摘要：研究分析了開(kāi)州區(qū)城區(qū)2017年-2021年環(huán)境空氣質(zhì)量及6項(xiàng)污染物指標(biāo)變化情況，并總結(jié)歸納了其大氣污染特征。結(jié)果表明：開(kāi)州區(qū)城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量整體明顯改善，各指標(biāo)的年均值均滿(mǎn)足二級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)；冬季受逆溫天氣影響，城市空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）顯著升高，7月、8月份臭氧成為影響空氣質(zhì)量的主要因素；通過(guò)分別建立相關(guān)污染物與降雨量的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，降雨量對(duì)可吸入顆粒物和細(xì)顆粒物清除作用明顯，而對(duì)臭氧無(wú)明顯清除作用；受生產(chǎn)生活影響，環(huán)境空氣指標(biāo)呈現(xiàn)特征變化趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：開(kāi)州區(qū)；空氣質(zhì)量；時(shí)空分布；影響因素

中圖分類(lèi)號(hào)：X511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民環(huán)保意識(shí)的提升，使人們充分認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性與迫切性，環(huán)境空氣質(zhì)量的持續(xù)改善仍面臨著諸多困難和挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者也對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的時(shí)空特征及影響因素進(jìn)行了研究，并取得了一些成果。例如：劉利等研究指出，AQI與廣東省人均地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）、第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與GDP中第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的占比、人均可支配收入，研究與試驗(yàn)發(fā)展經(jīng)費(fèi)支出呈正相關(guān)關(guān)系。周夢(mèng)鴿等的研究表明，PM2.5與人口密度、第二產(chǎn)業(yè)的GDP占比和城鎮(zhèn)化率分別呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)關(guān)系和負(fù)相關(guān)關(guān)系。廖代強(qiáng)等研究了氣象條件影響空氣質(zhì)量的機(jī)制及協(xié)同作用，明確顯著影響空氣質(zhì)量的氣象要素。現(xiàn)有文獻(xiàn)中，有關(guān)重慶市主城區(qū)大氣污染特征的研究相對(duì)較多，但研究重慶市其它區(qū)縣的較少。為弄清開(kāi)州區(qū)城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量變化規(guī)律，文章以開(kāi)州區(qū)2017年一2021年國(guó)家環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)重慶安康站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析可吸人顆粒物、二氧化硫、二氧化氮、細(xì)顆粒物、一氧化碳、臭氧等環(huán)境空氣指標(biāo)的變化，研討開(kāi)州區(qū)在發(fā)展過(guò)程中環(huán)境空氣質(zhì)量的變化趨勢(shì)及其影響因素，以期為開(kāi)州區(qū)后期的空氣污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

開(kāi)州區(qū)位于重慶市東北部，四川盆地東部溫和高溫區(qū)內(nèi)，屬亞熱帶暖濕季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，無(wú)霜期長(zhǎng)，日照多。隨海拔高度的不同，地域性氣候差異明顯，年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)，次多風(fēng)向背西風(fēng)，城區(qū)靜風(fēng)頻率22%。霧最多出現(xiàn)在冬季，目前未開(kāi)展霾的統(tǒng)計(jì)。2017年- 2021年開(kāi)州區(qū)年降水量，分別為1 493.6毫米、1 043.4毫米、917.7毫米、1 233.6毫米和1 589.8毫米。

1.2評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

按照《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》（HJ 633-2012）要求，所測(cè)指標(biāo)有6項(xiàng)，即二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物、細(xì)顆粒物、臭氧、一氧化碳。O3的評(píng)價(jià)濃度為評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)日最大8小時(shí)滑動(dòng)平均值的第90百分位數(shù)，CO的評(píng)價(jià)濃度為評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)日均濃度的第95百分位數(shù)，其他項(xiàng)目的評(píng)價(jià)濃度為評(píng)價(jià)時(shí)段日均濃度的平均值。

2結(jié)果與分析

2017年-2021年期間，城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)變化如圖1所示。在此期間城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量呈大幅改善的趨勢(shì)，2021年與2017年相比環(huán)境空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)多42天，重度污染天氣只在2017年出現(xiàn)過(guò)1天（首要污染因子為臭氧），其余年份均無(wú)重污染天氣。

2.1城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量年變化情況

2017年-2021年，城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量各指標(biāo)年變化情況如圖2所示。由圖2可見(jiàn)：可吸入顆粒物年均值均滿(mǎn)足二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，總體呈下降趨勢(shì)，年均值由2017年66微克每立方米下降至2021年48微克每立方米，下降27.3%；二氧化硫年均值均滿(mǎn)足一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，總體呈下降趨勢(shì)，年均值由2017年13微克每立方米下降至2021年12微克每立方米，下降7.7%；二氧化氮年均值均滿(mǎn)足一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，呈逐年下降趨勢(shì)，年均值由2017年32微克每立方米下降至2021年23微克每立方米，下降28.1%；細(xì)顆粒物年均值均滿(mǎn)足二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，呈逐年下降趨勢(shì)，年均值由2017年38微克每立方米下降至2021年26微克每立方米，下降31.6%；臭氧年均值均滿(mǎn)足二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，呈逐年下降趨勢(shì)，年均值由2017年137微克每立方米下降至2021年100微克每立方米，下降27.0%；一氧化碳年均值均滿(mǎn)足一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，呈逐年下降趨勢(shì)，年均值由2017年1.4毫克每立方米下降至2021年0.9毫克每立方米，下降35.7%。

2.2城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量月變化情況

2017年-2021年期間，城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)月變化情況如圖3所示。2017年1月和12月月均值超過(guò)環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其余年份中各月均能達(dá)到環(huán)境空氣二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致2017年1月和12月月均值超標(biāo)主要影響因子為細(xì)顆粒物和可吸人顆粒物。

2017年-2021年期間，城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)月變化基本呈現(xiàn)出兩端高中間低，在7月-8月會(huì)出現(xiàn)小幅上升趨勢(shì)，導(dǎo)致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因：一是每年1月、2月和12月這三個(gè)月容易出現(xiàn)逆溫天氣，不利于空氣擴(kuò)散；二是每年7月和8月開(kāi)州區(qū)氣溫高紫外線(xiàn)強(qiáng)，容易出現(xiàn)臭氧超標(biāo)情況。

研究表明，降雨對(duì)清除大氣中的污染物意義重大，但當(dāng)降雨量較小時(shí)，空氣污染反而越嚴(yán)重。為了分析降雨量對(duì)污染物濃度的影響，將2017年-2021年期間開(kāi)州區(qū)城區(qū)各月降雨量與各污染物濃度作分析，如圖4所示：（1）可吸入顆粒物呈現(xiàn)出兩端高中間低，7月達(dá)到最低值，降雨量呈兩端低中間高，表明降雨對(duì)可吸人顆粒物有較強(qiáng)的降低作用，但在弱降水天氣由于受到其他氣象要素的影響可能對(duì)可吸人顆粒物的清除作用不明顯；（2）二氧化硫總體呈現(xiàn)出兩端高中間低，降雨量呈兩端低中間高，表明降雨對(duì)二氧化硫有較強(qiáng)的降低作用，但在弱降水天氣由于受到其他氣象要素的影響可能對(duì)二氧化硫的清除作用不明顯；（3）二氧化氮呈現(xiàn)出兩端高中間低，7月達(dá)到最低值，降雨量呈兩端低中間高，表明降雨對(duì)二氧化氮有較強(qiáng)的降低作用，但在弱降水天氣由于受到其他氣象要素的影響可能對(duì)二氧化氮的清除作用不明顯；（4）細(xì)顆粒物總體呈現(xiàn)出兩端高中間低，降雨量呈兩端低中間高，表明降雨對(duì)細(xì)顆粒物有較強(qiáng)的降低作用，但在弱降水天氣由于受到其他氣象要素的影響可能對(duì)細(xì)顆粒物的清除作用不明顯；（5）臭氧呈現(xiàn)出兩端低中間高，高值一般出現(xiàn)在5到8月，降雨量呈兩端低中間高，表明臭氧濃度對(duì)降雨量變化不是很敏感；（6）一氧化碳總體呈現(xiàn)出兩端高中間低，降雨量呈兩端低中間高，表明降雨對(duì)一氧化碳有一定的降低作用，但在弱降水天氣由于受到其他氣象要素的影響可能對(duì)一氧化碳的清除作用不明顯。

為進(jìn)一步分析降雨量對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量各指標(biāo)的影響，將2017年-2021年城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量各指標(biāo)的月均濃度與月均降雨量做相關(guān)分析，結(jié)果如表1所示。除臭氧與降雨量呈正相關(guān)外，其余各指標(biāo)均與降雨量呈負(fù)相關(guān)，可吸人顆粒物和細(xì)顆粒物與降雨量相關(guān)系數(shù)最大，且相關(guān)關(guān)系的顯著性較好（P<0.05），說(shuō)明降雨量對(duì)可吸入顆粒物和細(xì)顆粒物清除作用最為明顯，而對(duì)臭氧無(wú)明顯清除作用。在弱降水天氣可能由于受到其他氣象要素的影響，降水對(duì)吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮、細(xì)顆粒物、一氧化碳的清除作用不明顯。

2.3環(huán)境空氣質(zhì)量日變化情況

2017年-2021年期間，以城區(qū)連續(xù)監(jiān)測(cè)24小時(shí)數(shù)據(jù)為依據(jù)，得到污染物日變化趨勢(shì)如圖5所示。由圖可見(jiàn)：可吸入顆粒物、二氧化氮、細(xì)顆粒物和一氧化碳的小時(shí)濃度峰值出現(xiàn)于夜間20點(diǎn)-22點(diǎn)，次高峰出現(xiàn)在上午9點(diǎn)-10點(diǎn)，午后污染物濃度值逐漸下降至谷底。主要是夜間出現(xiàn)了短時(shí)的逆溫天氣不利于污染物擴(kuò)散，隨著污染源的減少在夜間20點(diǎn)-22點(diǎn)達(dá)到峰值后逐步下降，但在第二天隨著道路的垃圾清潔、上班人群的出行、交通的堵塞都使得大氣污染物急速增加，在上午9點(diǎn)-10點(diǎn)達(dá)到次高峰；二氧化硫在上午11點(diǎn)左右達(dá)到高峰隨后逐步下降，總體濃度變化不大；臭氧在下午16點(diǎn)達(dá)到峰值隨后逐步下降，在上午9點(diǎn)左右達(dá)到最低值，主要由氣象條件變化而導(dǎo)致臭氧濃度的變化趨勢(shì)。

3結(jié)論

文章主要研究了2017年-2021年開(kāi)州區(qū)城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量變化情況，分析了6種污染物的時(shí)空分布特征。開(kāi)州區(qū)城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量整體明顯改善，但城區(qū)大氣污染仍存在兩個(gè)階段：一是冬季逆溫天氣不利于空氣擴(kuò)散，導(dǎo)致城區(qū)AQI顯著上升；二是夏季氣溫高紫外線(xiàn)強(qiáng)，容易出現(xiàn)臭氧超標(biāo)情況。開(kāi)州區(qū)降雨量對(duì)可吸人顆粒物和細(xì)顆粒物清除作用最為明顯，而對(duì)臭氧無(wú)明顯清除作用。在弱降水天氣可能由于受到其他氣象要素的影響，對(duì)空氣中污染物的清除作用不明顯。開(kāi)州區(qū)臭氧在下午16點(diǎn)左右達(dá)到峰值隨后逐步下降，二氧化硫在上午11點(diǎn)左右達(dá)到高峰隨后逐步下降，其它污染物峰值出現(xiàn)于夜間20點(diǎn)-22點(diǎn)。通過(guò)研究可以為開(kāi)州區(qū)城區(qū)大氣污染防治提供可靠的依據(jù)。