周思愿 雷振宇 王銳 劉煌卿

摘要：研究分析了開州區(qū)城區(qū)2017年-2021年環(huán)境空氣質(zhì)量及6項污染物指標(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)的年均值均滿足二級以上標(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)，降雨量對可吸入顆粒物和細(xì)顆粒物清除作用明顯，而對臭氧無明顯清除作用；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。

關(guān)鍵詞：開州區(qū)；空氣質(zhì)量；時空分布；影響因素

中圖分類號：X511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民環(huán)保意識的提升，使人們充分認(rèn)識到環(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)。國內(nèi)眾多學(xué)者也對環(huán)境空氣質(zhì)量的時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，研究與試驗發(fā)展經(jīng)費支出呈正相關(guān)關(guān)系。周夢鴿等的研究表明，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?，F(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較多，但研究重慶市其它區(qū)縣的較少。為弄清開州區(qū)城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量變化規(guī)律，文章以開州區(qū)2017年一2021年國家環(huán)境空氣自動監(jiān)測網(wǎng)重慶安康站的監(jiān)測數(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，研討開州區(qū)在發(fā)展過程中環(huán)境空氣質(zhì)量的變化趨勢及其影響因素，以期為開州區(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，無霜期長，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)向為東風(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，目前未開展霾的統(tǒng)計。2017年- 2021年開州區(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評價標(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，所測指標(biāo)有6項，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的評價濃度為評價時段內(nèi)日最大8小時滑動平均值的第90百分位數(shù)，CO的評價濃度為評價時段內(nèi)日均濃度的第95百分位數(shù)，其他項目的評價濃度為評價時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)量優(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，2021年與2017年相比環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)多42天，重度污染天氣只在2017年出現(xiàn)過1天（首要污染因子為臭氧），其余年份均無重污染天氣。

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：可吸入顆粒物年均值均滿足二級標(biāo)準(zhǔn)，總體呈下降趨勢，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足一級標(biāo)準(zhǔn)，總體呈下降趨勢，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足一級標(biāo)準(zhǔn)，呈逐年下降趨勢，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)顆粒物年均值均滿足二級標(biāo)準(zhǔn)，呈逐年下降趨勢，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%；臭氧年均值均滿足二級標(biāo)準(zhǔn)，呈逐年下降趨勢，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足一級標(biāo)準(zhǔn)，呈逐年下降趨勢，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月月均值超過環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，其余年份中各月均能達(dá)到環(huán)境空氣二級標(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月會出現(xiàn)小幅上升趨勢，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月開州區(qū)氣溫高紫外線強(qiáng)，容易出現(xiàn)臭氧超標(biāo)情況。

研究表明，降雨對清除大氣中的污染物意義重大，但當(dāng)降雨量較小時，空氣污染反而越嚴(yán)重。為了分析降雨量對污染物濃度的影響，將2017年-2021年期間開州區(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一氧化碳的清除作用不明顯。

為進(jìn)一步分析降雨量對環(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），說明降雨量對可吸入顆粒物和細(xì)顆粒物清除作用最為明顯，而對臭氧無明顯清除作用。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24小時數(shù)據(jù)為依據(jù)，得到污染物日變化趨勢如圖5所示。由圖可見：可吸入顆粒物、二氧化氮、細(xì)顆粒物和一氧化碳的小時濃度峰值出現(xiàn)于夜間20點-22點，次高峰出現(xiàn)在上午9點-10點，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-22點達(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-10點達(dá)到次高峰；二氧化硫在上午11點左右達(dá)到高峰隨后逐步下降，總體濃度變化不大；臭氧在下午16點達(dá)到峰值隨后逐步下降，在上午9點左右達(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。

3結(jié)論

文章主要研究了2017年-2021年開州區(qū)城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量變化情況，分析了6種污染物的時空分布特征。開州區(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強(qiáng)，容易出現(xiàn)臭氧超標(biāo)情況。開州區(qū)降雨量對可吸人顆粒物和細(xì)顆粒物清除作用最為明顯，而對臭氧無明顯清除作用。在弱降水天氣可能由于受到其他氣象要素的影響，對空氣中污染物的清除作用不明顯。開州區(qū)臭氧在下午16點左右達(dá)到峰值隨后逐步下降，二氧化硫在上午11點左右達(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-22點。通過研究可以為開州區(qū)城區(qū)大氣污染防治提供可靠的依據(jù)。