成都市青白江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量特征及趨勢(shì)分析

黃立秋, 李杏桃, 龍武林, 文志寧, 范哲銘

(1.成都市污染源監(jiān)測(cè)中心青白江監(jiān)測(cè)站, 四川 成都 610300; 2.四川大學(xué) 化學(xué)學(xué)院, 四川 成都 610065 )

青白江區(qū)位于四川省成都市東北部,是成都中心城區(qū)之一。青白江區(qū)成立于1960年,是國家在西南地區(qū)建設(shè)的第一個(gè)工業(yè)區(qū),是成都市乃至四川省的重要工業(yè)中心,偏重的工業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)生態(tài)環(huán)境有極大的影響。同時(shí),青白江境內(nèi)以平原和淺丘為主,易發(fā)生低溫、高濕、靜穩(wěn)等不利于污染物擴(kuò)散的氣象條件,本地源排放以及傳輸?shù)奈廴疚镆自诒镜乩鄯e,從而易發(fā)生大氣污染現(xiàn)象[1]。為進(jìn)一步改善大氣環(huán)境質(zhì)量,青白江區(qū)緊跟上級(jí)政策,快速做出響應(yīng),先后針對(duì)大氣污染防治推出一系列制度規(guī)定,比如《成都市青白江區(qū)重污染天氣應(yīng)急預(yù)案》、《成都市青白江區(qū)人民政府關(guān)于劃定高排放非道路移動(dòng)機(jī)械禁止使用區(qū)的通告》、《成都市青白江區(qū)人民政府關(guān)于劃定禁止露天燒烤區(qū)域的通告》等。青白江區(qū)多措并舉,縱深實(shí)施大氣污染防治工作,空氣質(zhì)量有所提升,但是制約空氣質(zhì)量進(jìn)一步改善的內(nèi)外不利因素依舊存在。因此,對(duì)青白江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià),研究環(huán)境空氣多尺度變化特征以及污染變化趨勢(shì),是青白江區(qū)治理大氣污染的重要基礎(chǔ)。

目前,國內(nèi)外許多學(xué)者在環(huán)境空氣質(zhì)量這一領(lǐng)域開展了大量的污染特征分析、重污染過程解析、區(qū)域傳輸、污染來源與成因分析等方面的研究。例如李慧[2]等對(duì)京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市的大氣污染特征進(jìn)行分析,探討了影響其空氣質(zhì)量變化的因素。郭慶皓[3]等利用潛在源貢獻(xiàn)分析法和質(zhì)量濃度權(quán)重分析法分析了南京市大氣污染物的質(zhì)量濃度水平和污染特征,發(fā)現(xiàn)南京地區(qū)細(xì)顆粒物主要受周邊工業(yè)污染物傳輸影響。徐冉[4]等對(duì)2016～2017年秋冬季大氣重污染時(shí)段的顆粒物濃度、氣象要素和氣團(tuán)傳輸路徑綜合分析,指出盡管近年北京市大氣環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善,重污染過程發(fā)生頻次顯著降低,但污染強(qiáng)度卻在加大。茍銀寅[5]等對(duì)2013～2018年保定市的空氣質(zhì)量和大氣污染物濃度進(jìn)行分析,了解了保定市的大氣污染變化趨勢(shì)和污染特征。本文利用2017年1月1日～2021年12月31日成都市青白江區(qū)空氣質(zhì)量國控站的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),基于環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法和Spearman秩相關(guān)系數(shù)法,分析青白江區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和污染物的變化特征,致力于為提升青白江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量和制定大氣污染防治決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

成都市青白江區(qū)大氣污染物(SO2、NO2、PM10、CO、O3、PM2.5)濃度數(shù)據(jù)來源于成都環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。本文選取了位于青白江區(qū)境內(nèi)的國控技師分院點(diǎn)位,數(shù)據(jù)為2017年1月1日～2021年12月31日經(jīng)審核后的日數(shù)據(jù)和小時(shí)數(shù)據(jù)。污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5年評(píng)價(jià)采用濃度的年平均值,污染物O3年評(píng)價(jià)采用日最8小時(shí)滑動(dòng)平均值的第 90 百分位數(shù),污染物CO年評(píng)價(jià)采用24小時(shí)平均第95百分位數(shù)。

數(shù)據(jù)依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)和《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 663—2013)要求進(jìn)行處理。

1.2 分析方法

1.2.1 空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)法

1.2.1.1 環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)評(píng)價(jià)

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 663—2013)要求,綜合考慮了《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ 633—2012)中規(guī)定的:SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3六種污染物的污染程度,用環(huán)境空氣綜合指數(shù)對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行描述及分析。環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)是無量綱指數(shù),空氣質(zhì)量綜合指數(shù)值越大表明綜合污染程度越重。

(1)各項(xiàng)污染物的單項(xiàng)指數(shù)

污染物的單項(xiàng)指數(shù)Ii:

式中:Ci為污染物i的濃度值;Si為污染物i的年均值二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)

空氣質(zhì)量綜合指數(shù)Isum:

式中:Ii為單個(gè)污染物監(jiān)測(cè)得到的指數(shù),用i的數(shù)值來區(qū)分每一項(xiàng)指標(biāo)。

1.2.1.2 首要污染物分析

將每月首要污染物天數(shù)繪制成月歷圖,通過觀察不同顏色,可以了解各月份空氣質(zhì)量主要污染物,可以更清晰地掌握空氣質(zhì)量情況,根據(jù)首要污染物情況,可針對(duì)性開展防控措施。

目前各國及地區(qū)的反貪法的結(jié)構(gòu)形式可以分成三種類型:第一類是按章、節(jié)、條文排列的結(jié)構(gòu)形式;第二類是只按條文順序排列的結(jié)構(gòu)形式;第三類是按一、二、三順序排列的結(jié)構(gòu)形式。作為一部具有宏觀指導(dǎo)意義的法律，我國的《反腐敗法》應(yīng)是一部對(duì)反腐敗實(shí)體法和程序法、本法的效力、反腐敗機(jī)構(gòu)、舉報(bào)、調(diào)查、偵察權(quán)限、證據(jù)制度、起訴、審判、預(yù)防等內(nèi)容分別作出立法規(guī)定的重要法律，因此宜用第一種類型作為本法的結(jié)構(gòu)形式。

1.2.2 Spearman秩相關(guān)系數(shù)

Spearman秩相關(guān)系數(shù)是一種無參數(shù)(與分布無關(guān))的檢驗(yàn)方法,兩個(gè)變量之間沒有必然聯(lián)系,不存在線性關(guān)系?！爸取?可以理解成一種順序或者排序,是根據(jù)原始數(shù)據(jù)的排序位置進(jìn)行求解,取消了計(jì)算Pearson相關(guān)系數(shù)時(shí)的限制。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,變量間的連接是無關(guān)緊要的,計(jì)算時(shí)只考慮變量之間排序的序號(hào),可以通過簡(jiǎn)單的步驟計(jì)算被觀測(cè)的兩個(gè)變量的等級(jí)差值。

式中:γs為Spearman秩相關(guān)系數(shù);n為時(shí)間周期數(shù)量;xi為周期i按時(shí)間排序的序號(hào);yi為周期i內(nèi)污染物濃度按數(shù)值升序排序的序號(hào)。

將所計(jì)算的秩相關(guān)系數(shù)γs的絕對(duì)值同Spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表中的臨界值ωp比較。當(dāng)時(shí)|γs|≥ωp,表明變化趨勢(shì)有顯著意義。γs為正值時(shí),指標(biāo)為上升或加重趨勢(shì);γs為負(fù)值時(shí),指標(biāo)為下降或好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。當(dāng)|γs|≤ωp時(shí),表示變化沒有顯著意義,說明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)空氣質(zhì)量變化平穩(wěn)。

利用Spearman秩相關(guān)系數(shù)計(jì)算大氣污染物年平均濃度變化趨勢(shì),有利于從定量的角度更好地判斷污染物濃度的變化情況,較人工判別更加嚴(yán)謹(jǐn)、可靠。

2 結(jié)果與討論

2.1 主要污染物濃度情況

2017～2021年青白江區(qū)主要污染物濃度情況見表1和圖1。研究期間,污染物CO年均濃度在0.9～1.3 mg·m-3的范圍內(nèi),CO年均濃度變化較為穩(wěn)定。污染物SO2年均濃度在7～13 μg·m-3的范圍內(nèi),年均濃度呈下降趨勢(shì)。污染物NO2年均濃度在30～41 μg·m-3的范圍內(nèi),年均濃度呈下降趨勢(shì)。污染物PM2.5年均濃度在32～46 μg·m-3的范圍內(nèi),最大濃度46 μg·m-3,出現(xiàn)在2018年,最小濃度為32 μg·m-3,出現(xiàn)在2020年;2017年至2019年,污染物PM2.5濃度大幅度下降,2019～2021年濃度呈波動(dòng)變化,2021年較2020年濃度上升3.12%。污染物PM10年均濃度在50～74 μg·m-3的范圍內(nèi),最大濃度74 μg·m-3,出現(xiàn)在2018年,最小濃度為50 μg·m-3,出現(xiàn)在2019年,污染物PM10和污染物PM2.5變化趨勢(shì)相似,2021年較2020年、2019年分別上升2.00%和4.00%。污染物O3-8H年均濃度在141～173 μg·m-3的范圍內(nèi),最大濃度173 μg·m-3,出現(xiàn)在2018年,最小濃度141 μg·m-3,出現(xiàn)在2021年,2017～2021年,O3-8H年均濃度波動(dòng)較大。2017～2021年,污染物SO2、CO、NO2年均濃度呈明顯改善形勢(shì),與青白江區(qū)大力開展道路移動(dòng)源減排、工業(yè)減排工作,推進(jìn)清潔能源使用(燃煤鍋爐改燃?xì)饣蚋碾?、脫硫脫硝除塵改造、淘汰落后產(chǎn)能),秸稈禁燒等源頭減排措施有關(guān)[6-7]。顆粒物濃度的波動(dòng)變化與近年來青白江大力開展城市建設(shè),增加了大量點(diǎn)源及面源污染有一定關(guān)系[8]。污染物O3-8H是由于各類污染源排放的氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物經(jīng)紫外線照射發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成,溫度越高,越易生成,即臭氧的生成受氣象條件影響較大,而2017～2021年青白江夏季的氣溫、濕度及輻射變化較大,造成了臭氧濃度變化較大的情況[9]。

表1 2017～2021年青白江區(qū)主要污染物濃度情況

圖1 2017～2021年青白江區(qū)主要污染物濃度變化情況

在研究期間,污染物SO2、CO、PM10年均濃度已穩(wěn)定達(dá)到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。污染物NO2自2018年已穩(wěn)定達(dá)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),污染物PM2.5自2019年已穩(wěn)定達(dá)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),污染物O3-8H達(dá)標(biāo)情況波動(dòng)較大,2017年為達(dá)標(biāo),而2018年濃度飆升,未達(dá)標(biāo),2019年濃度有所下降,2020年濃度又有所上升,2021年濃度大幅度下降,為達(dá)標(biāo)。

2.2 綜合指數(shù)情況

2017～2021年青白江區(qū)環(huán)境空氣綜合指數(shù)情況見表1和圖2,綜合指數(shù)呈逐年下降趨勢(shì),青白江區(qū)空氣質(zhì)量總體呈改善態(tài)勢(shì)。2021年達(dá)到最低值,綜合指數(shù)為3.66,2021年同比2017年下降了21.3%。

圖2 2017～2021年青白江區(qū)污染物濃度、空氣等級(jí)、綜合指數(shù)占比情況

污染物SO2綜合指數(shù)占比在3.2%～4.7%;污染物NO2綜合指數(shù)占比在20.0%～22.6%;污染物PM10綜合指數(shù)占比在18.3%～21.7%;污染物PM2.5綜合指數(shù)占比在23.9%～26.8%;污染物CO綜合指數(shù)占比在5.7%～7.7%;污染物O3-8H綜合指數(shù)占比在20.9%～26.6%。

根據(jù)各污染物的綜合指數(shù)占比情況,對(duì)綜合指數(shù)影響較大的通常是污染物PM2.5,其次為污染物O3-8H,再次為污染物NO2和PM10,污染物CO和SO2對(duì)綜合指數(shù)影響較小。根據(jù)2017～2021年環(huán)境空氣綜合指數(shù)變化情況,SO2對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響明顯是下降的,占比由2017年的4.7%下降到3.2%,此結(jié)果與二氧化硫燃煤鍋爐改燃?xì)饣蚋碾?、脫硫除塵改造、秸稈禁燒等減排措施有極大的關(guān)系。一般情況下,污染物PM2.5為影響青白江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量的最大因素,2017～2021年期間,PM2.5的影響力呈波動(dòng)變化,2018年相較2017年有所上升,2019年和2020年逐步下降,但是2021年影響力又有所上升,相較2020年上升了1.8個(gè)百分點(diǎn)。2017～2020年期間,污染物O3-8H影響占比逐年上升,2020年反超PM2.5成為影響空氣質(zhì)量最大的污染物,因2021年O3-8H濃度下降,PM2.5濃度有所上升,占比有所回落。污染物NO2和PM10占比變化相對(duì)來說較為穩(wěn)定,是影響青白江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量的第三或第四因素。綜上所述,污染物PM2.5和O3-8H在綜合指數(shù)中占比最大,是制約青白江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)一步提升的主要因素,應(yīng)加強(qiáng)污染物PM2.5和O3-8H的協(xié)同治理。

2.3 首要污染物變化情況

為直觀了解首要污染物分布月份,依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ 633—2012)和《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ663—2013)規(guī)定,得出青白江區(qū)首要污染物月度分布數(shù)據(jù)見圖3。從首要污染物月度分布情況來看,PM2.5污染天較多,2017年～2021年期間,以污染物PM2.5為首要污染的天數(shù)占31.0%～38.6%,污染時(shí)間主要集中在春冬時(shí)節(jié),尤其是11月～翌年2月;以PM10污染天為主的天較少,占比約8.90%～15.2%,分布在春冬季;以O(shè)3-8H污染天為主的天最多,占比為38.9%～44.7%,分布在春夏時(shí)節(jié),主要集中在3～9月;以NO2污染為首要污染物的天數(shù)較少,并呈逐年減少的趨勢(shì);已無二氧化硫和一氧化碳作為首要污染物的情況?？偟膩碚f,春冬季以PM2.5污染為主,在高濕條件下,磷酸鹽、硫酸鹽等易形成二次轉(zhuǎn)化的PM2.5,加之春冬季氣候條件較為靜穩(wěn),大氣層容易產(chǎn)生逆溫等現(xiàn)象,污染物不易擴(kuò)散,污染物PM2.5容易呈累積態(tài)勢(shì)。春夏時(shí)節(jié)以O(shè)3-8H污染為主,主要是因?yàn)樵诟邷亍⒌蜐?、高輻射條件下,易生成O3-8H。綜上,2017～2021年,青白江區(qū)以PM2.5和O3-8H為首要污染物為主,污染物PM2.5和O3-8H的治理應(yīng)當(dāng)為大氣污染防治的主攻因素。

圖3 2017～2021年青白江區(qū)首要污染物月度分布圖

2.4 環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢(shì)定量分析

將2017～2021年青白江區(qū)主要污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3-8H和綜合指數(shù)計(jì)算Spearman秩相關(guān)系數(shù),當(dāng)N=5,置信度為0.05, 根據(jù)Spearman秩相關(guān)系數(shù)r的臨界值表,Wp為0.900,當(dāng)Spearman秩相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值≥0.900時(shí),有95%的置信度,認(rèn)為兩個(gè)隨機(jī)變量相關(guān),從而做出青白江區(qū)各污染物和綜合指數(shù)的秩相關(guān)系數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果表,見表2。通過Spearman秩相關(guān)系數(shù)分析,發(fā)現(xiàn)污染物SO2、NO2和CO濃度值,以及綜合指數(shù)有明顯下降,污染物PM10、PM2.5、O3-8H濃度雖有所下降,但不具有顯著性,即2017年以來,青白江區(qū)空氣質(zhì)量呈改善趨勢(shì),但顆粒物和臭氧卻未有顯著改善趨勢(shì)。

表2 青白江區(qū)各污染物和綜合指數(shù)的秩相關(guān)系數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果表

3 結(jié)論及建議

(1)根據(jù)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)分析,青白江區(qū)空氣質(zhì)量總體呈改善態(tài)勢(shì)。污染物SO2、NO2和CO濃度值呈下降趨勢(shì),而污染物顆粒物和臭氧濃度呈波動(dòng)變化;污染物PM2.5、O3-8H是青白江區(qū)綜合指數(shù)占比最大的兩項(xiàng)因素;同時(shí),2017～2021年,青白江區(qū)大氣環(huán)境首要污染物以PM2.5和O3-8H為主,PM2.5污染天占比為31.0%～38.6%,主要集中在春冬時(shí)節(jié),尤其是11月～翌年2月,O3-8H污染天占比為38.9%～44.7%,主要集中在春夏時(shí)節(jié),尤其集中在3月～9月。

(2)根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢(shì)定量分析,污染物SO2、NO2和CO濃度值,以及綜合指數(shù)有明顯下降,污染物PM10、PM2.5、O3濃度有所下降,但不具有顯著性。

(3)綜上,污染物PM2.5、O3-8H是制約青白江區(qū)進(jìn)一步提升空氣質(zhì)量的關(guān)鍵因子,PM2.5和O3-8H協(xié)同治理仍就任重道遠(yuǎn),青白江區(qū)需加大治理力度。建議強(qiáng)化對(duì)顆粒物,以及臭氧前體污染物氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物等的管控力度,著重管控工地?fù)P塵、道路揚(yáng)塵、工業(yè)企業(yè)排放、移動(dòng)源等排放源的排放力度。一是可加強(qiáng)對(duì)施工揚(yáng)塵管控力度。加強(qiáng)建筑施工、道路施工、公路項(xiàng)目施工、拆遷工地等揚(yáng)塵污染管控工作,整治渣土車等物料運(yùn)輸車輛遺撒、泄露物料等交通運(yùn)輸揚(yáng)塵污染問題; 二是可進(jìn)一步加強(qiáng)運(yùn)渣車和非道路工程機(jī)械等高排放移動(dòng)源的監(jiān)管; 三是可加強(qiáng)對(duì)青白江區(qū)工業(yè)企業(yè)的監(jiān)管,一方面提高工業(yè)企業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)格控制高耗能高排放企業(yè),新引入的規(guī)模以上企業(yè)按照A類企業(yè)進(jìn)行管理,另一方面應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有企業(yè)的監(jiān)管,尤其是高能耗企業(yè)的關(guān)注,確保污染治理設(shè)施正常穩(wěn)定運(yùn)行。