王愛(ài)平，茅晶晶，蔣自強(qiáng)

(江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 南京 210019)

關(guān)鍵字：空氣質(zhì)量；秋、冬季；江蘇省；環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，我國(guó)能源消耗居高不下，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量持續(xù)上升，由灰霾天氣日趨嚴(yán)重引發(fā)的環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題，以及氣溶膠輻射強(qiáng)迫引發(fā)的氣候效應(yīng)問(wèn)題，已引起科學(xué)界、政府部門(mén)和社會(huì)公眾廣泛關(guān)注，成為熱門(mén)話(huà)題[1]。

目前針對(duì)城市空氣污染時(shí)空分布特征的研究較多，許燕婷等[2]研究了2014—2016年中國(guó)城市環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)，結(jié)果顯示中國(guó)城市的AQI呈下降的趨勢(shì),空氣污染城市數(shù)量減少,表明城市空氣質(zhì)量有所改善，中國(guó)城市AQI季節(jié)均值為:冬季>春季>秋季>夏季。曹璐璐[3]研究了2005—2009年江蘇省13個(gè)省轄城市空氣污染指數(shù)(API)，全省城市空氣質(zhì)量逐年改善，主要污染物濃度穩(wěn)中有降。鄧愛(ài)萍[4]研究了2013—2015年江蘇省不同季節(jié)的AQI狀況和特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)江蘇省秋冬季大氣擴(kuò)散條件及空氣質(zhì)量較差，每年10月至次年2月AQI達(dá)標(biāo)率較低，以顆粒物為主要超標(biāo)污染物的特征較明顯；春夏季空氣質(zhì)量較好，但受臭氧(O3)污染困擾。鄒強(qiáng)[5]研究了蘇州市區(qū)能見(jiàn)度變化特征，發(fā)現(xiàn)一年之中，7月能見(jiàn)度最高，11月能見(jiàn)度最低，一日之中08:00能見(jiàn)度最差，14：00左右最好，導(dǎo)致蘇州市區(qū)能見(jiàn)度水平下降的主要污染因子是細(xì)顆粒物(PM2.5)。

江蘇屬于溫帶向亞熱帶的過(guò)渡性氣候，四季氣候分明，其中秋冬季大氣擴(kuò)散條件整體較差，夜間容易形成逆溫層，近地面污染物不易擴(kuò)散，與夏季相比降雨較少清除效果差。另外秋冬季冷空氣頻繁南下，容易將北方污染輸送至本地。現(xiàn)選取空氣污染程度較重的秋、冬季，分析江蘇省72個(gè)國(guó)控站點(diǎn)監(jiān)測(cè)的大氣6項(xiàng)污染物數(shù)據(jù)資料，按照AQI公式，計(jì)算得到13個(gè)設(shè)區(qū)市的AQI，分析江蘇省秋、冬季空氣質(zhì)量現(xiàn)狀，為秋冬季空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)和預(yù)警提供參考。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

江蘇省72個(gè)國(guó)控站點(diǎn)。

1.2 數(shù)據(jù)選取時(shí)段

2015年10月—2016年2月(2015年秋冬)，2016年10月—2017年2月(2016年秋冬)，2017年10月—2018年2月(2017年秋冬)。

1.3 分析項(xiàng)目

可吸入顆粒物(PM10)、PM2.5、O3、二氧化硫(SO2、)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

先剔除站點(diǎn)的無(wú)效數(shù)據(jù)，將每個(gè)城市國(guó)控站點(diǎn)污染物濃度有效值取算術(shù)平均，再根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定》(HJ 633—2012)中AQI公式，計(jì)算得到13個(gè)設(shè)區(qū)市共5 899個(gè)有效AQI日均值。

為方便比較不同地區(qū)的空氣質(zhì)量，將江蘇省13個(gè)市分為4個(gè)區(qū)域，分別是蘇沿海地區(qū)(連云港、南通、鹽城)、蘇西北地區(qū)(徐州、宿遷)、蘇中部地區(qū)(泰州、淮安、揚(yáng)州)、蘇南部地區(qū)(常州、鎮(zhèn)江、南京、無(wú)錫、蘇州)。

根據(jù)AQI范圍將空氣質(zhì)量劃分為不同的類(lèi)別：AQI為0～50、51～100、101～150、151～200、201～300、>300分別代表空氣質(zhì)量?jī)?yōu)、良、輕度污染、中度污染、重度污染和嚴(yán)重污染，空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良(AQI≤100)即為空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 秋、冬季空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率

2015—2017年秋、冬季江蘇省優(yōu)良天數(shù)比例(空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率)在60%左右，空氣質(zhì)量為優(yōu)的天數(shù)占比為6.2%～19.5%，為良比例為49.4%～53.0%，輕度污染比例為20.8%～25.1%，中度污染占比為6.9%～10.1%，重度污染比例為2.3%～5.6%，嚴(yán)重污染比例約為0.1%～0.2%。

秋、冬季空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良(達(dá)標(biāo))逐月變化見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，進(jìn)入10月份以后，空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率開(kāi)始明顯下降，每年12月份優(yōu)良天數(shù)最少，次年1月之后空氣質(zhì)量逐步轉(zhuǎn)好。2015—2017年秋、冬季空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率分別為42.9%～71.2%，49.6%～98.8%和49.9%～91.6%。

秋、冬季達(dá)標(biāo)率最高、最低的城市分別是南通(72.9%)和徐州(46.7%)。不同地區(qū)的優(yōu)良(達(dá)標(biāo))率排序?yàn)樘K沿海(71.1%)>蘇南(66.5%)>蘇中(64.3%)>蘇西北(52.2%)。秋、冬季蘇西北地區(qū)空氣質(zhì)量明顯下降，約近半數(shù)時(shí)段為污染天；江蘇沿海地區(qū)受地理優(yōu)勢(shì)的客觀影響，污染物擴(kuò)散較快，空氣質(zhì)量整體優(yōu)于內(nèi)陸城市。

2.2 秋、冬季首要污染物

研究秋、冬季首要污染物時(shí)，去掉優(yōu)良天數(shù)的首要污染物數(shù)據(jù)，選取江蘇省13個(gè)設(shè)區(qū)市輕度及以上污染日的首要污染物數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)圖2(a)(b)。

圖2 秋、冬季污染日首要污染物比例和逐月變化

由圖2可見(jiàn)，秋、冬季輕度及以上污染日首要污染物主要為PM2.5，占比高達(dá)91.5%。這與文獻(xiàn)[6-7]研究結(jié)果吻合。秋、冬季PM2.5成為首要污染物天數(shù)的占比明顯上升，約占80%～95%。PM2.5的來(lái)源十分復(fù)雜，主要分為一次源(直接排放)和二次源(二次轉(zhuǎn)化)。一次源(直接排放)主要來(lái)自燃燒過(guò)程，例如化石燃料燃燒、生物質(zhì)燃燒、垃圾焚燒。二次來(lái)源則是指污染源排放的氣態(tài)污染物，如氮氧化物(NOx)、SO2、氨氣(NH3)、揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)等，在大氣中經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的顆粒物(PM)，如硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、二次有機(jī)氣溶膠。 秋、冬季輕度及以上污染日首要污染物為NO2、PM10和O3的占比分別為3.7%，2.6%和2.2%。從污染日首要污染物逐月變化可知，10—11月，江蘇省13個(gè)城市的首要污染物以PM2.5、NO2、PM10、O3等多種污染物作為首要污染物交替出現(xiàn)，或者混合出現(xiàn)。其中，10月份O3為首要污染占比高達(dá)29.0%，NO2在11月份成為首要污染物的比例為10.2%，秋冬季剩余月份首要污染物主要為PM2.5。這主要是因?yàn)槊磕?0—11月是秋高氣爽的晴好天氣，強(qiáng)紫外線(xiàn)、高溫、低濕、靜小風(fēng)的氣象條件下，容易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，NO2不但是大氣污染的一次污染物，在一定條件下，還會(huì)促進(jìn)O3等二次污染物的生成，此時(shí)NO2和O3作為首要污染物出現(xiàn)的頻率明顯上升。

2.3 秋、冬季主要污染物濃度

2.3.1ρ(PM2.5)和ρ(PM2.5)/ρ(PM10)特征

統(tǒng)計(jì)2015—2017年秋、冬季全省ρ(PM2.5)分別是73，61和65 μg/m3，與大氣污染最重的2013年秋、冬季的98 μg/m3比較，下降25.1%，38.2%和33.8%。

分析江蘇省秋、冬季PM2.5逐月變化，從10月開(kāi)始ρ(PM2.5)逐漸上升，12月和次年1月維持在較高水平。除2016年10月PM2.5月均值較低，剩余月份的均值全部超過(guò)年均考核標(biāo)準(zhǔn)值[8](35 μg/m3)，說(shuō)明秋、冬季高ρ(PM2.5)嚴(yán)重影響年度考核達(dá)標(biāo)情況。江蘇省秋、冬季13市ρ(PM2.5)逐月變化見(jiàn)圖3。

圖3 江蘇省秋、冬季13市ρ(PM2.5)逐月變化

由圖3可見(jiàn)，除了10月份南通和鹽城平均值低于考核標(biāo)準(zhǔn)值(35 μg/m3)，其他城市的剩余月份均超過(guò)考核標(biāo)準(zhǔn)值，徐州市PM2.5月均值最高，其12月份PM2.5均值超標(biāo)2.2倍。除宿遷市外，其他城市PM2.5月均變化趨勢(shì)一致，10—12月份ρ(PM2.5)快速上升；12月，全省ρ(PM2.5)平均超標(biāo)倍數(shù)為1.4倍；1—2月，ρ(PM2.5)下降緩慢。進(jìn)入春季之前，全省PM2.5平均超標(biāo)倍數(shù)仍然維持在1倍左右。

PM2.5和PM10主要來(lái)自化石燃料的燃燒(如燃煤、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣等)，PM2.5有很大一部分源自氣態(tài)污染物(如SO2、NO2、碳?xì)浠衔锏?參與的光化學(xué)反應(yīng)[9]，而PM10有很大一部分源自各類(lèi)揚(yáng)塵源(如沙塵、建筑揚(yáng)塵、交通揚(yáng)塵等)[10]。因此，ρ(PM2.5)/ρ(PM10)越高，二次PM的貢獻(xiàn)率越高，其比值越低，揚(yáng)塵源的貢獻(xiàn)率越高[11]。目前，國(guó)內(nèi)大部分城市ρ(PM2.5)一般占ρ(PM10)40%～60%[12]，國(guó)家在制定PM二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，也將PM2.5的年均值二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(35 μg/m3)設(shè)定為PM10年均值二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(70 μg/m3)的一半。江蘇省13城市ρ(PM2.5)/ρ(PM10)見(jiàn)圖4。

圖4 江蘇省13個(gè)城市ρ(PM2.5)/ρ(PM10)

由圖4可見(jiàn)，2015—2017年秋、冬季全省ρ(PM2.5)/ρ(PM10)呈現(xiàn)逐年緩慢升高的趨勢(shì)，分別為0.63，0.65和0.67， 全省13個(gè)城市秋、冬季ρ(PM2.5)/ρ(PM10)為0.54～0.79，蘇州、鎮(zhèn)江和南通市秋、冬季ρ(PM2.5)/ρ(PM10)普遍較高，徐州最低。不同地區(qū)ρ(PM2.5)/ρ(PM10)大小排序?yàn)樘K南>蘇沿海>蘇中>蘇西北，因此就大氣PM而言，蘇西北地區(qū)揚(yáng)塵源貢獻(xiàn)較大；蘇南地區(qū)的二次顆粒物貢獻(xiàn)更明顯。而ρ(PM2.5)占ρ(PM10)越高，對(duì)環(huán)境的潛在污染可能性就越大，尤其是秋、冬季空氣流動(dòng)性弱，對(duì)環(huán)境和人體健康的危害更高。

2.3.2 秋、冬季ρ(NO2)和ρ(SO2)

城市中的NO2主要源自機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放等移動(dòng)污染源[13]，而SO2主要源自工業(yè)燃燒(如燃煤發(fā)電、金屬冶煉等)等固定污染源，ρ(NO2)/ρ(SO2)越高，移動(dòng)污染源的貢獻(xiàn)率越高；比值越低，固定污染源的貢獻(xiàn)率越高[14]。江蘇省13個(gè)城市ρ(NO2)/ρ(SO2)見(jiàn)圖5。

圖5 江蘇省13個(gè)城市ρ(NO2)/ρ(SO2)

由圖5可見(jiàn)，2015—2017年江蘇13個(gè)城市秋、冬季的ρ(NO2)/ρ(SO2)逐年升高。全省ρ(NO2)/ρ(SO2)由2015年的1.6上升為2017年的3，增幅87.5%，說(shuō)明江蘇省移動(dòng)污染源的對(duì)大氣污染的貢獻(xiàn)率呈逐年上升的趨勢(shì)。不同地區(qū)ρ(NO2)/ρ(SO2)大小排序?yàn)椋禾K南>蘇中>蘇西北>蘇沿海，江蘇省ρ(NO2)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)ρ(SO2)，這主要是因?yàn)槭?nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量增長(zhǎng)較快，尤其是蘇南地區(qū)汽車(chē)保有量較高[15]，而NOx管控效果并不明顯。ρ(NO2)/ρ(SO2)逐年持續(xù)升高，表明大氣污染類(lèi)型從燃煤性污染轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合型污染。

3 結(jié)論

(1)2015—2017年江蘇省秋、冬季空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)(達(dá)標(biāo)率)約為60%，進(jìn)入10月份以后，優(yōu)良天數(shù)比率開(kāi)始明顯下降，每年12月份空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)最少，次年1月之后空氣質(zhì)量逐步轉(zhuǎn)好。不同地區(qū)的優(yōu)良(達(dá)標(biāo))率排序?yàn)樘K沿海(71.1%)>蘇南(66.5%)>蘇中(64.3%)>蘇西北(52.2%)。

(2)全省秋、冬季輕度及以上污染日的首要污染物主要為PM2.5，占比高達(dá)91.5%。每年秋高氣爽的晴好天氣(10—11月)，強(qiáng)紫外線(xiàn)、高溫、低濕和靜小風(fēng)的氣象條件下容易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成并快速累積O3，導(dǎo)致13個(gè)城市的首要污染物以PM2.5、NO2、PM10、O3等多種污染物作為首要污染物交替出現(xiàn)，或混合出現(xiàn)。

(3)秋、冬季PM2.5月均值幾乎全部超過(guò)年均考核標(biāo)準(zhǔn)值35 μg/m3，嚴(yán)重影響PM2.5年度考核達(dá)標(biāo)。江蘇不同地區(qū)ρ(PM2.5)/ρ(PM10)大小排序?yàn)椋禾K南(0.67)>蘇沿海(0.65)>蘇中(0.63)>蘇西北(0.62)；蘇西北地區(qū)揚(yáng)塵源貢獻(xiàn)較大，蘇南地區(qū)的二次顆粒物貢獻(xiàn)更明顯。ρ(NO2)/ρ(SO2)大小排序?yàn)椋禾K南>蘇中>蘇西北>蘇沿海，同時(shí)ρ(NO2)/ρ(SO2)逐年升高，表明大氣污染類(lèi)型從燃煤性污染轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合型污染。