2023年春節(jié)煙花爆竹燃放對(duì)重慶大氣影響研究

熊桂洪　趙潔　張蕾　李靈　余家燕

摘要：基于重慶市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)及PM2.5組分?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)2023年春節(jié)重慶長時(shí)間大范圍PM2.5污染過程中煙花爆竹燃放對(duì)大氣影響開展詳細(xì)分析。結(jié)果表明，2023年春節(jié)期間重慶市PM2.5濃度為近年來同期最高水平，污染呈現(xiàn)區(qū)域性特征。2023年春節(jié)持續(xù)無有效冷空氣和降雨等污染清除天氣，導(dǎo)致污染長時(shí)間持續(xù)。大年三十至初一集中燃放期煙花爆竹燃放對(duì)重慶市PM2.5污染貢獻(xiàn)率為47%-55%。在不利氣象條件下煙花爆竹、機(jī)動(dòng)車和工業(yè)等排放增加共同作用導(dǎo)致2023年春節(jié)污染的發(fā)生。春節(jié)期間需加強(qiáng)周邊區(qū)縣的煙花爆竹燃放管控，同時(shí)加大城市交通、工業(yè)等治理，以持續(xù)提升區(qū)域空氣質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：煙花爆竹；春節(jié)；PM2.5；重慶

中圖分類號(hào)：X51 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

煙花爆竹燃放會(huì)導(dǎo)致大氣污染物濃度的急劇上升，能見度下降，影響群眾生活并對(duì)全年P(guān)M2.5濃度水平有重要貢獻(xiàn)。中國各地相繼出臺(tái)了煙花爆竹管控政策，空氣質(zhì)量出現(xiàn)好轉(zhuǎn)。朱媛媛等發(fā)現(xiàn)京津冀地區(qū)春節(jié)和元宵節(jié)的煙花爆竹燃放影響為降低趨勢(shì)，王男等發(fā)現(xiàn)煙花爆竹禁放實(shí)施帶來空氣質(zhì)量明顯改善。值得注意的是，煙花爆竹管控區(qū)域大多位于城市建成區(qū)，大多農(nóng)村地區(qū)和城鄉(xiāng)結(jié)合部未實(shí)行煙花爆竹管控，導(dǎo)致該區(qū)域仍受煙花爆竹燃放影響顯著。例如2018年起寶雞市區(qū)開始禁放煙花爆竹，2020年寶雞市煙花爆竹燃放期較非燃放期PM2.5濃度升高43.2μg·m-3，安徽省2016年加強(qiáng)煙花爆竹禁燃限燃管理，2022年春節(jié)期間部分站點(diǎn)煙花爆竹對(duì)PM2.5濃度貢獻(xiàn)率仍可達(dá)到70.6%。

為了切實(shí)提升環(huán)境質(zhì)量，重慶市政府于2019年起啟動(dòng)了《重慶市燃放煙花爆竹管理?xiàng)l例》，春節(jié)期間空氣質(zhì)量得到一定改善。然而作為新冠疫情“乙類乙管”后首個(gè)春節(jié)，2023年重慶市春節(jié)期間出現(xiàn)了長時(shí)間的連續(xù)污染過程，引發(fā)了社會(huì)和環(huán)境管理的廣泛關(guān)注。此研究基于空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)及PM2.5組分?jǐn)?shù)據(jù)等，針對(duì)2023年春節(jié)期間污染過程中煙花爆竹燃放對(duì)重慶大氣影響開展分析，以期為后疫情時(shí)代大氣污染管控措施的制定提供科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)域包括重慶市全域，重慶市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來自重慶市環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，合計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位74個(gè)。中心城區(qū)PM2.5組分觀測(cè)數(shù)據(jù)來自重慶大氣超級(jí)站，其中水溶性離子組分來IGACS611型在線氣體與氣溶膠成分監(jiān)測(cè)儀，碳組分來自Sunset Model4在線OC/EC監(jiān)測(cè)儀，無機(jī)元素來自AMMS- 100大氣金屬分析儀。合川PM2.5組分?jǐn)?shù)據(jù)來自合川大氣超級(jí)站，其中水溶性離子組分來自IGAC S611型在線氣體與氣溶膠成分監(jiān)測(cè)儀，碳組分來自Magee CASS碳?xì)馊苣z組分在線分析系統(tǒng)，無機(jī)元素來自AMMS-100大氣金屬分析儀。各監(jiān)測(cè)站均按照國家相關(guān)規(guī)定定期進(jìn)行質(zhì)控校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)審核，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。根據(jù)風(fēng)俗情況，此研究所指的春節(jié)期間為大年三十至元宵節(jié)。

1.2 研究方法

1.2.1 煙花爆竹對(duì)污染物貢獻(xiàn)計(jì)算

大氣主要污染物CO濃度相對(duì)穩(wěn)定，受燃放的影響較小，故以CO為參照采用PM2.5/CO比值法計(jì)算煙花爆竹對(duì)污染物的貢獻(xiàn)。計(jì)算公式如式（1）、式（2）：

M=CPM-CCO×C'PM，a/C'CO，a （1）

R=M/CPM×100% （2）

其中，M為集中燃放期（選取大年三十23：00-初-4：00）煙花爆竹對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)量，μg·m-3，CPM為集中燃放期PM2.5濃度，μg·m-3，CCO為集中燃放期CO濃度，mg·m-3，C‘PM，a為集中燃放前（選取大年三十1：00-18：00）PM：，濃度，μg·m-3，CCO，a為集中燃放前CO濃度，mg·m-3，R為煙花爆竹對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)率，%。

1.2.2 PMF模型PM2.5來源解析方法

采用PMF（PosiLive Malrix Faclorization）正交因子分解法進(jìn)行PM2.5來源解析，該方法廣泛應(yīng)用于PM2.5的來源解析，其分析原理為把樣本矩陣分解為排放貢獻(xiàn)矩陣和污染源成分矩陣，從而得到不同源類對(duì)不同污染物的貢獻(xiàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 2023年空氣質(zhì)量狀況

2023年春節(jié)期間，重慶市空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）范圍為80-179，優(yōu)良天數(shù)為4天（良4天），污染天12天，其中輕度污染11天（AQI范圍為102-144），中度污染1天（AQI為179），無重度及以上污染天，優(yōu)良天數(shù)較2022年春節(jié)同期減少12天。春節(jié)期間PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3濃度分別為88μg·m-3、117μg·m-3、10μg·m-3、37μg·m-3、1.1mg·m-3、90μg·m-3，同比2022年春節(jié)上升166.7%、148.9%、11.1%、60.9%、22.2%、15.4%。

與歷年春節(jié)期間空氣質(zhì)量對(duì)比來看（如圖1所示），2023年春節(jié)期間空氣質(zhì)量處于2018年以來同期較差水平，峰值及整體濃度為2018年以來最高。值得注意的是，2023年大年三十和初一的日均濃度甚至高于煙花爆竹管控條例實(shí)行前的2018年，同時(shí)2023年大年三十和初一的濃度增幅也為近年來最大，2023年大年三十、初一的濃度增加值分別為27μg·m-3和42μg·m-3，相應(yīng)2018年的濃度增幅為24μg·m-3和38μg·m-3，說明2023年重慶市空氣質(zhì)量受煙花爆竹影響非常明顯。

從年內(nèi)春節(jié)期間時(shí)間變化來看，2018年-2023年春節(jié)期間總體呈現(xiàn)前期（大年三十到初一）較差，后期逐步改善的趨勢(shì)，但是各年改善效果存在差異（見圖1）。2018年-2022年春節(jié)中后期空氣質(zhì)量改善效果良好，AQI指數(shù)到達(dá)最優(yōu)等級(jí)。2023年則改善效果不顯著，AQI指數(shù)在臨界超標(biāo)或超標(biāo)范圍持續(xù)高位運(yùn)行，出現(xiàn)持續(xù)性污染過程。

從空間分布來看（如圖2所示），春節(jié)期間成渝地區(qū)空氣質(zhì)量整體偏差，區(qū)域性連片污染特征突出。大年三十至初一PM2.5濃度高值區(qū)集中于四川盆地北部及中部區(qū)域，例如重慶長壽區(qū)、重慶墊江縣、四川廣安市、四川達(dá)州市等，需要注意大年三十至初一重慶中心城區(qū)的PM2.5濃度整體空氣質(zhì)量以良-輕度污染為主，說明中心城區(qū)煙花爆竹管控效果整體好于周邊區(qū)縣。春節(jié)期間PM2.5濃度高值區(qū)發(fā)生輕微變化，其中四川盆地北部及中部區(qū)域仍為PM2.5高值區(qū)，此外中心城區(qū)PM2.5濃度與周邊區(qū)域的PM2.5差別變小，說明周邊區(qū)域煙花爆竹燃放逐步影響到了中心城區(qū)，形成區(qū)域性污染過程。此外，春節(jié)假期，重慶市主城都市區(qū)（不含中心城區(qū)）污染程度最重，其次是中心城區(qū)、渝東北地區(qū)和渝東南地區(qū)。大年三十至初一，重慶市各站點(diǎn)PM2.5、PM10和SO2小時(shí)最高濃度分別達(dá)930μg·m-3、986μg·m-3和74μg·m-3（長壽區(qū)桃源西路站），較渝中區(qū)上清寺站（中心城區(qū)站點(diǎn)）偏高450%、444%和270%，PM2.5峰值提前11小時(shí)（桃源西路站峰值時(shí)間為除夕23時(shí)，上清寺站為初一10時(shí)）；全市小時(shí)重度以上污染持續(xù)時(shí)長最長站點(diǎn)較上清寺站偏多12小時(shí)（銅梁區(qū)龍門街站持續(xù)16小時(shí)，上清寺站持續(xù)4小時(shí)）。重慶市主城都市區(qū)建成區(qū)人口密度大，建筑物集中，同時(shí)環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位均布設(shè)在行政區(qū)建成區(qū)范圍內(nèi)，煙花爆竹燃放區(qū)緊鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，長時(shí)間序列“多點(diǎn)開花”式燃放煙花爆竹對(duì)空氣質(zhì)量影響極為顯著。表明區(qū)縣禁燃力度較弱或者沒有嚴(yán)格管控建成區(qū)煙花爆竹燃放的區(qū)縣，多點(diǎn)分散燃放對(duì)空氣質(zhì)量影響顯著，污染程度高且持續(xù)時(shí)間長。

2.2 成因分析

2.2.1 氣象條件分析

以沙坪壩國家地面基本氣象觀測(cè)站為代表開展氣象條件分析。2023年春節(jié)期間平均風(fēng)速、小風(fēng)頻率、相對(duì)濕度和高濕頻率等要素為2018年以來同期中等水平，但是降雨量為同期最少，降雨量僅0.2mm，并且2018年-2022年春節(jié)期間均存在有效冷空氣，PM2.5濃度降至優(yōu)水平，2023年則冷空氣影響勢(shì)力極為有限，位于四川盆地東部的重慶市特殊的山地地形對(duì)風(fēng)場存在削弱和導(dǎo)流作用，使得弱冷空氣入渝前效力降低，無法起到削減污染效果，導(dǎo)致污染積聚與反復(fù)。山地地形疊加靜穩(wěn)天氣使得污染物在重慶市內(nèi)上空滯留凝聚，污染反復(fù)出現(xiàn)。（見表1）

2.2.2 煙花爆竹燃放影響分析

2023年大年三十至初一的PM2.5小時(shí)濃度來看，伴隨著大年三十夜間煙花爆竹的燃放影響，大年三十夜間20時(shí)左右，重慶市PM2.5濃度出現(xiàn)短時(shí)急劇上升，初一1：00到達(dá)峰值（184μg·m-3），峰值濃度較大年三十18：00的80μg·m-3上升了130%，部分區(qū)縣小時(shí)最高增長速率達(dá)424%。大年三十到初一，重慶市有13個(gè)區(qū)縣空氣質(zhì)量由前期的良一輕度污染水平上升至重度污染及以上級(jí)別，重慶市整體PM2.5濃度大年三十至初一出現(xiàn)15小時(shí)重度污染，全天重慶市空氣質(zhì)量為中度污染（如圖3所示）。通過PM2.5/CO比值法測(cè)算，2023年除夕至初一重污染時(shí)段，煙花爆竹燃放對(duì)重慶市PM2.5污染的貢獻(xiàn)總體在47%-55%左右，平均貢獻(xiàn)率52%。

重慶中心城區(qū)大氣超級(jí)站和周邊區(qū)縣的合川大氣超級(jí)站PM2.5組分分析結(jié)果顯示，大年三十到初一，合川大氣超級(jí)站中指示煙花爆竹燃放污染的K+、Cl-、Mg2+等關(guān)鍵化學(xué)組分濃度持續(xù)升高，初一0：00-12：00較大年三十同時(shí)段分別上漲14.1倍、9.4倍和19.8倍，中心城區(qū)相關(guān)組分上升幅度遠(yuǎn)低于合川大氣超級(jí)站，合川區(qū)大氣超級(jí)站K+、Cl-、Mg2等組分為中心城區(qū)大氣超級(jí)站的9.8倍、5.8倍和1.7倍，說明周邊區(qū)縣煙花爆竹無序燃放對(duì)PM2.5污染影響明顯（見圖4）。

對(duì)2023年春節(jié)期間PM2.5濃度和組分分析發(fā)現(xiàn)，大年三十至初一煙花爆竹集中燃放階段呈現(xiàn)PM2.5累積速度快、污染程度重、污染范圍大的特征，為煙花爆竹燃放主要影響階段，該段時(shí)間內(nèi)周邊區(qū)縣污染突出，濃度上升的主要驅(qū)動(dòng)組分為K+、Cl等煙花爆竹指示組分，污染形成原因主要為不利氣象條件疊加煙花爆竹排放影響，污染高值區(qū)域?yàn)槌行某菂^(qū)外的其他區(qū)縣；初二至初七零星燃放呈現(xiàn)PM2.5污染整體相對(duì)較輕的特征，為持續(xù)影響階段，污染高值集中于重慶主城都市區(qū)，PM2.5組分顯示硝酸鹽組分濃度升高明顯，主要污染成因?yàn)闅庀髼l件轉(zhuǎn)不利、機(jī)動(dòng)車和生活源排放大幅上升和少量煙花爆竹燃放影響；初八至元宵開始復(fù)工復(fù)產(chǎn)，為疊加影響階段，氣象條件轉(zhuǎn)差時(shí)空氣質(zhì)量出現(xiàn)進(jìn)一步反彈，超標(biāo)區(qū)域擴(kuò)大至重慶市大部，尤其是主城都市區(qū)污染濃度更高，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)工業(yè)、機(jī)動(dòng)車等排放的硝酸鹽、有機(jī)物等升幅明顯且貢獻(xiàn)較大（如圖5所示），與2023年重慶市經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定恢復(fù)工業(yè)復(fù)工、機(jī)動(dòng)車排放增加有關(guān)（重慶市規(guī)上工業(yè)企業(yè)初七節(jié)后復(fù)工率即近8成，較去年提高10.3個(gè)百分點(diǎn)）。利用PMF方法，對(duì)中心城區(qū)PM2.5開展來源解析，發(fā)現(xiàn)春節(jié)期間重慶中心城區(qū)PM2.5主要的源類依次為交通源、工業(yè)源、生活源（生物質(zhì)燃燒+煙花爆竹）、揚(yáng)塵和其他源，2023年春節(jié)期間中心城區(qū)PM2.5受煙花爆竹和生物質(zhì)燃放貢獻(xiàn)約為10.4%，煙花爆竹和生物質(zhì)燃燒是春節(jié)期間大氣中主要的污染來源之一。

3 結(jié)論

2023年重慶市春節(jié)期間出現(xiàn)長時(shí)間大范圍PM2.5污染過程。2023年春節(jié)持續(xù)無有效冷空氣和降雨等污染清除天氣，是污染長時(shí)間持續(xù)的重要?dú)庀笠蛩亍?023年大年三十至初一煙花爆竹燃放對(duì)重慶市PM2.5污染的貢獻(xiàn)總體在47%-55%左右，平均貢獻(xiàn)率52%，合川大氣超級(jí)站中指示煙花爆竹燃放污染的K+、Cl-、Mg2+等關(guān)鍵化學(xué)組分濃度上升明顯，周邊區(qū)域PM2.5污染受煙花爆竹燃放影響明顯。春節(jié)期間中心城區(qū)硝酸鹽、有機(jī)物污染突出，PM2.5主要來源為交通源、工業(yè)源、生活源（生物質(zhì)燃燒+煙花爆竹）、揚(yáng)塵和其他源。建議春節(jié)期間加強(qiáng)周邊區(qū)縣的煙花爆竹燃放管控，同時(shí)加大交通、工業(yè)等治理，以持續(xù)提升區(qū)域空氣質(zhì)量。