崇明島大氣污染特征探討及分析

摘要：以2015～2019年崇明島5個自動站點的監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，探討分析了崇明島5年來的污染物變化趨勢及污染特征。分析表明崇明島大氣環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善，污染物濃度呈現(xiàn)下降趨勢。污染物濃度具有季節(jié)性的時間分布特征以及西北部高，東南部低的空間分布特點;臭氧和細顆粒物已經(jīng)成為影響崇明空氣質(zhì)量的兩個關(guān)鍵指標。同時提出了污染物協(xié)同控制，盡快出臺排放清單，區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控等環(huán)境管理的意見與建議。

關(guān)鍵詞：崇明;大氣;污染物;特征;分析

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）10-00-04

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.041

Abstract：The trend of air quality and the air pollution characteristics in Chongming are presented in this paper based on the data from 5 automatic air monitoring systems from 2015 to 2019.The study shows the continuous improvement of the air quality in Chongming，the downward trend of pollutants concentration，the seasonal and spatial characteristics of pollutants concentration.O3 and PM2.5 have turned to be the two main pollutants that can be fateful to the air quality.Suggestions such as multi-pollutant control strategy，updating the emission inventory and regional management regime are also presented in this paper.

Key words： Chongming;Air;Pollution;Characteristics;Analysis

2016年，上海市人民政府印發(fā)了《崇明世界級生態(tài)島發(fā)展“十三五”規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）[1]，明確了崇明空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的優(yōu)良率是約束性指標，“十三五”期間必須完成目標。同時，為了持續(xù)改善崇明世界級生態(tài)島的空氣質(zhì)量，支撐世界級生態(tài)島建設(shè)，通過數(shù)據(jù)分析，找出大氣污染物的特征及變化，提出改善大氣污染的措施和建議，為環(huán)境管理及經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供參考和依據(jù)。

1 資料與方法

監(jiān)測點位為崇明島上5個空氣質(zhì)量分區(qū)發(fā)布的自動監(jiān)測站點，分別簡稱為綠華站、城橋站、森林公園站、農(nóng)業(yè)園區(qū)站及東灘站，具體見圖1。監(jiān)測的指標為二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、可吸入顆粒物（PM10）及細顆粒物（PM2.5）;監(jiān)測數(shù)據(jù)范圍以2015～2019年的監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行統(tǒng)計、評價和分析。

評價方法根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB 3095-2012）[2]、《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI） 技術(shù)規(guī)定（試行）》（HJ 633-2012）[3]以及《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ 663-2013）[4]的相關(guān)規(guī)定。通過對上述5個站點多年的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，分析崇明島的整體空氣質(zhì)量狀況，污染物時空分布以及特征變化等。

2 總體空氣質(zhì)量狀況

2.1 空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）

2015～2019年空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）優(yōu)良率在74.8%～86.0%之間，總體上優(yōu)良天數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢，而污染天數(shù)呈現(xiàn)下降。2018和2019年連續(xù)兩年優(yōu)良率達到80%以上，已經(jīng)達到了《規(guī)劃》的目標值。

2.2 污染物濃度現(xiàn)狀（2019年）

2.2.1 二氧化硫（SO2）

二氧化硫日平均濃度范圍在4～15μg/m3，全年均值為6μg/m3，達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）的一級標準;二氧化硫24h平均第98百分位數(shù)為11ug/m3，達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）的一級標準。

2.2.2 二氧化氮（NO2）

二氧化氮日平均濃度范圍在3～77μg/m33。全年均值為17μg/m3，達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）的一級標準;二氧化氮24h平均第98百分位數(shù)為53μg/m3，達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）的一級標準。

2.2.3 一氧化碳（CO）

一氧化碳日平均濃度范圍在0.1～1.2mg/m3，全年均值為0.5mg/m3。一氧化碳24h平均第95百分位數(shù)為0.8mg/m3，達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）的一級標準。

2.2.4 臭氧（O3）

臭氧的日最大8h平均濃度范圍在19～276μg/m3，全年均值為105μg/m3。臭氧日最大8h滑動平均值的第90百分位數(shù)為148μg/m3，達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）的二級標準。

2.2.5 可吸入顆粒物（PM10）

可吸入顆粒物日平均濃度范圍為8-131ug/m3，全年均值為40μg/m3，達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）的一級標準;可吸入顆粒物24h平均第95百分位數(shù)為86μg/m3，達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）的二級標準。

2.2.6 細顆粒物（PM2.5）

細顆粒物日平均濃度范圍為2-137μg/m3，全年均值為34μg/m3，達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）的二級標準;細顆粒物24h平均第95百分位數(shù)為82μg/m3，未達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）的二級標準。

3 污染特征分析

3.1 時間分布特征

3.1.1 年度分布

根據(jù)2015～2019年的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計計算，并作圖（見圖3）。可以看出，5年來，除臭氧呈現(xiàn)振蕩波動的特征外，其余均呈現(xiàn)出逐年下降的趨勢。同時，按照上述的技術(shù)規(guī)定，通過計算各個污染物濃度的Spearman秩相關(guān)系數(shù)rs和臨界值γ（單側(cè)檢驗的顯著性水平為0.05）的比較，結(jié)果表明除臭氧外，其余5個污染物的變化趨勢具有統(tǒng)計意義，即相關(guān)指標變化呈現(xiàn)下降趨勢（見表1）;而臭氧的變化趨勢沒有沒有統(tǒng)計上的顯著意義，表明在該時段內(nèi)基本無變化。

二氧化硫、二氧化氮及一氧化碳濃度5年來改善明顯，且連續(xù)多年遠低于國家一級標準;可吸入顆粒物能夠較為穩(wěn)定的達到國家二級標準;細顆粒物經(jīng)過多年的管控和治理，在2019年年均值達到了國家二級標準，但是細顆粒物24h平均第95百分位數(shù)未達到國家二級標準，提示了細顆粒物的超標天數(shù)仍然偏多，未達到標準要求。

5年來污染物總體呈現(xiàn)逐年下降，主要得益于大氣污染防治行動計劃和清潔空氣行動計劃的實施，全面推進對污染物的協(xié)同控制與減排。在宏觀上設(shè)定控制目標，減少大氣污染物的排放，減少總量;在措施上主要包括清潔能源替代、鍋爐“煤改油”“油改氣”及“氣改電”的多輪改造、VOCs的治理及源頭削減、推進老舊車淘汰更新、加快新能源車推廣、加強工業(yè)粉塵污染治理、嚴格管控垃圾及秸稈露天焚燒、積極進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等。

3.1.2 月度分布

二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物、細顆粒物以及一氧化碳的月度變化都呈現(xiàn)兩頭高，中間低，即冬季春季污染物濃度比較高，夏秋兩季污染物濃度相對較低。臭氧則基本呈現(xiàn)相反的特征，見圖4。

研究表明[5-7]，上海地區(qū)空氣污染存在較明顯的季節(jié)變化，地面天氣形勢對空氣污染的影響較大，地面風向和風速等氣象條件對上海地區(qū)空氣污染物的擴散具有決定性的作用。崇明月度變化同樣受天氣及氣象條件影響，呈現(xiàn)冬春高，夏秋低的特征。夏秋兩季崇明盛行東南風，且易頻繁受到臺風及降水天氣影響，有較好的擴散條件，有利于污染物濃度的降低;冬春季受冷空氣影響，且盛行偏北風向，大氣邊界層較低，靜穩(wěn)氣象條件形成，污染物擴散條件不利，再疊加本地污染的產(chǎn)生，污染物濃度相對較高，易形成“高峰”。

臭氧則呈現(xiàn)夏秋高，冬春低的變化。5年來，在月度分布上，臭氧超標的天數(shù)集中出現(xiàn)在4月～9月，偶爾出現(xiàn)3月，極少出現(xiàn)在10月和11月，其余月份未超標過，見圖5。根據(jù)已有的研究[5，8-9]，上海地區(qū)的近地面臭氧污染出現(xiàn)在夏季光化學反應(yīng)比較強烈，晴天少云，紫外輻射較強，相對濕度較低，氣溫較高的情況下。崇明島也符合這一特征，在夏季高溫，太陽輻射較強的情況下，光化學反應(yīng)活躍，有利于臭氧生成，容易產(chǎn)生臭氧污染。若有極端天氣條件，如持續(xù)高溫和強紫外線，可造成臭氧污染的加劇和超標。

3.2 空間分布特征

根據(jù)5年來各監(jiān)測站點的污染物的濃度匯總（表2，一氧化碳單位為mg/m3;其余為μg/m3），可以看出，崇明島的二氧化硫和一氧化碳濃度呈現(xiàn)全島基本較為平均;臭氧濃度在東灘站點及農(nóng)業(yè)園區(qū)站點相對較低外，其余3個點位相對較高，有明顯的西北部及中部較高，東南部較低的特征;二氧化氮、可吸入顆粒物及細顆粒物的濃度均在城橋站點及綠華站點相對較高，其余3個站點較低，有明顯的西北部較高，東南部較低的空間分布特征。

崇明島污染物空間分布特征和其地理位置以及各監(jiān)測站點的地理位置具有相當大的聯(lián)系。崇明島位于長江的入?？冢姝h(huán)江，東面臨海;北部是南通市、海門市和啟東市，南部是常州市、蘇州市、崇明長興島以及上海市。崇明島夾在兩塊陸地之間，易受大氣污染的遠距離輸送以及跨區(qū)域的影響，綠華站、城橋站相對深入陸地，影響較為明顯;靠近長江口以及東海區(qū)域的部分，位置相對優(yōu)越，擴散條件也更佳，農(nóng)業(yè)園區(qū)站以及東灘站則污染物濃度相對較低。

崇明島5個分區(qū)站點的小環(huán)境位置也有所區(qū)別。綠華站、森林公園站和農(nóng)業(yè)園區(qū)站基本位于農(nóng)村等非建成區(qū)或非城鎮(zhèn)區(qū);東灘站則位于東灘保護區(qū)內(nèi);城橋站位于建成區(qū)，且位于進出城區(qū)主干道鼓浪嶼路和南引河路的交叉口，這也是城橋站二氧化氮濃度在5個站點中最高的主要原因。

3.3 主要污染物的變化

2015～2019年，崇明島出現(xiàn)輕度污染及以上污染的次數(shù)基本呈現(xiàn)下降趨勢;首要污染物主要是細顆粒物和臭氧，偶爾出現(xiàn)可吸入顆粒物和二氧化氮（圖6）。從圖中可知，在污染狀況下，2015年、2016年細顆粒物為首要污染物的次數(shù)均最多，而2017年開始，轉(zhuǎn)換為臭氧為首要污染物的次數(shù)最多，細顆粒物退居次席，整體呈現(xiàn)了以臭氧和細顆粒物為主要污染物的復(fù)合污染特征，兩者為首要污染物的次數(shù)占污染次數(shù)的比例高達98%。

2015～2019年的數(shù)據(jù)顯示，當污染等級是中度污染及以上時，首要污染物則只有細顆粒物和臭氧兩者，次數(shù)的變化特征則和上述變化一致，即2017年開始，從2015年、2016年的細顆粒物污染次數(shù)居多轉(zhuǎn)變?yōu)槌粞跷廴揪佣唷?/p>

當污染物等級是重度污染時，首要污染物仍然是細顆粒物及臭氧。2015～2017年首要污染物全部為細顆粒物;2018年首要污染物為細顆粒物和臭氧各占50%，2019年的重度污染首要污染物則全是臭氧。

由此可見，崇明島仍然具有細顆粒物和臭氧污染的復(fù)合污染特征，而首要污染物則有所變化，即在污染狀況下，崇明島的首要污染物已從細顆粒物為主，臭氧為輔，轉(zhuǎn)為臭氧污染為主，細顆粒物為輔的污染特征。

3.4 重污染過程中的污染特征

通過分析大氣重度污染過程中，細顆粒物以及臭氧污染物的典型污染過程，總結(jié)崇明島重度污染下的污染特征。主要污染物為臭氧時，以2018年6月12日出現(xiàn)的一次重度污染過程為例（圖7），分別截取了當日11點、14點、16點及20點的臭氧濃度分布圖，過程可以分為發(fā)生、發(fā)展、擴大及消退。從這個過程中可以看出，崇明島受外來污染影響較為明顯，甚至在消退期，仍然受外部污染高濃度區(qū)域影響。

細顆粒物的重度污染過程以2017年12月30日～2018年1月1日為例（圖8），與臭氧相似，主要受外部污染源影響。具有不同特征的是，臭氧污染多在一天時間內(nèi)，隨著太陽輻射、溫度等的變化情況，完成發(fā)生、發(fā)展、擴大及消退;而細顆粒物的重度污染整個過程的發(fā)生、發(fā)展、擴大及消退過程往往延綿幾天時間。另一方面，細顆粒物重度污染，基本上由西北向東南發(fā)展，若遇上靜穩(wěn)氣象條件，擴散條件不佳，加劇污染。

4 結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論

4.1.1 崇明島大氣環(huán)境質(zhì)量繼續(xù)改善

崇明島污染物濃度整體下降，各項污染物濃度均為5年來最低，其中二氧化硫、二氧化氮及一氧化碳達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）的一級標準，可吸入顆粒物和臭氧達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）的二級標準。細顆粒物2019年均值首次達到了國家二級標準?？傮w上優(yōu)良天數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢，2018和2019年連續(xù)兩年優(yōu)良率達到80%以上，達到了《規(guī)劃》的考核目標。

4.1.2 污染物年度變化具有下降趨勢

臭氧濃度處于波動狀態(tài)，基本無變化趨勢;二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、可吸入顆粒物、細顆粒物的濃度均值經(jīng)spearman秩相關(guān)系數(shù)檢驗，具有統(tǒng)計意義上的下降趨勢;這主要得益于大氣污染防治行動計劃和清潔空氣行動計劃的實施，加強了對污染物的協(xié)同控制與減排。

4.1.3 污染物濃度呈現(xiàn)冬春高，夏秋低的特征，臭氧污染好發(fā)于夏秋季

崇明島夏秋兩季盛行東南風，且易受到臺風及降水等天氣影響，擴散條件好，有利于污染物濃度降低;冬春季受偏北冷空氣和靜穩(wěn)氣象條件影響，污染物擴散條件不利，污染物濃度相對較高。夏季高溫，太陽輻射較強的情況下，光化學反應(yīng)活躍，有利于臭氧生成，容易產(chǎn)生臭氧污染。

4.1.4 污染物濃度西北部及中部較高，東南部較低，城橋站位置特殊

主要受站點地理位置影響，綠華站、城橋站相對深入陸地，易受區(qū)域影響;靠近長江口以及東海區(qū)域的點位，位置相對優(yōu)越，擴散條件也更佳，農(nóng)業(yè)園區(qū)站以及東灘站則污染物濃度相對較低。城橋站因處于城鎮(zhèn)交通要道交匯處，其二氧化氮的濃度偏高。

4.1.5 大氣復(fù)合型污染未改變，臭氧光化學污染天數(shù)超越細顆粒物污染天數(shù)

2015～2019年，崇明島出現(xiàn)輕度污染及以上污染的首要污染物主要是細顆粒物和臭氧，偶爾出現(xiàn)可吸入顆粒物和二氧化氮。2017年開始，轉(zhuǎn)換為臭氧為首要污染物的次數(shù)最多，細顆粒物退居次席，整體呈現(xiàn)了以臭氧和細顆粒物為主要污染物的復(fù)合污染特征。

4.1.6 重度污染主要受外來污染影響，臭氧和細顆粒物污染過程有所不同

細顆粒物的重度污染過程，與臭氧相似，主要受外部污染源影響。臭氧污染多在一天時間內(nèi)，完成發(fā)生、發(fā)展、擴大及消退;而細顆粒物的重度污染整個過程往往延綿幾天時間，且細顆粒物重度污染，基本上由西北向東南發(fā)展。

4.2 建議

4.2.1 繼續(xù)加強細顆粒物污染的排放控制

5年來細顆粒濃度明顯下降，2019年細顆粒物濃度均值達到了國家二級標準，但是百分位數(shù)濃度仍然超標，且是影響崇明島空氣質(zhì)量的兩個主要污染物之一。除了繼續(xù)控制工業(yè)排放，改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)，控制機動車污染，還應(yīng)匹配生態(tài)島建設(shè)的需求，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高準入門檻，適當提高標準要求。

4.2.2 加大協(xié)同控制，解決臭氧和細顆粒物的復(fù)合污染

臭氧和細顆粒物已經(jīng)成為影響崇明空氣質(zhì)量的兩個絕對關(guān)鍵的指標。協(xié)同防控的實質(zhì)是對大氣中二次反應(yīng)的削弱和控制，即對氮氧化物、VOCs等前體物經(jīng)過反應(yīng)產(chǎn)生二次粒子以及臭氧的過程進行控制，以達到臭氧和細顆粒物雙控制的目標。主要措施包括重點行業(yè)、重點企業(yè)的VOCs深化治理及源頭減排;持續(xù)加強移動源污染物排放控制等。

4.2.3 盡快研究出臺排放清單，實施精準控制

排放清單是識別污染來源的核心支撐，也是制定污染控制和減排等環(huán)境管理的方向標，特別是針對崇明臭氧和細顆粒物復(fù)合污染的問題，還需要開展臭氧和細顆粒物來源解析，盡快完成本地區(qū)氮氧化物和揮發(fā)性有機物VOCs排放清單，結(jié)合本地區(qū)的污染現(xiàn)狀以及防治目標，因地制宜地實施精準排放控制。

4.2.4 區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控，減少外來源影響

針對污染天氣，及時啟動應(yīng)急響應(yīng)，采取應(yīng)急控制措施，減少污染物排放源;根據(jù)崇明外來源影響比較明顯的特點，強化污染物區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控，協(xié)同減排，制定區(qū)域空氣污染預(yù)警及聯(lián)動方案，加強區(qū)域聯(lián)合應(yīng)對，盡可能減少污染影響的時間和降低污染的強度，達到進一步改善空氣質(zhì)量的目的。

5 結(jié)語

文章對崇明島2015～2019年空氣自動站點的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計、分析和評價，探討了崇明島大氣污染的特征，為環(huán)境管理政策及措施提供參考和依據(jù)。分析結(jié)果表明：崇明島大氣環(huán)境質(zhì)量繼續(xù)改善，污染物濃度持續(xù)下降。污染物濃度具有季節(jié)性的時間分布特征以及西北部高，東南部低的空間分布特點;臭氧和細顆粒物已經(jīng)成為影響崇明空氣質(zhì)量的兩個關(guān)鍵指標，因此，盡快研究出臺排放清單，有利于實施氮氧化物和揮發(fā)性有機物VOCs等前體物的精準控制;同時加強區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控，減少外來輸入影響，達到進一步改善崇明島空氣質(zhì)量的最終目的。

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收稿日期：2020-08-01

作者簡介：劉丹（1981-），男，本科，中級職稱，研究方向為環(huán)境監(jiān)測技術(shù)與業(yè)務(wù)管理工作。