麗水市城區(qū)大氣污染特征研究*

呂森偉 呂致遠(yuǎn) 葉青平 項(xiàng) 艷 謝雪梅# 章陽(yáng)烽

(1.浙江省麗水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，浙江 麗水 323000；2.浙江環(huán)科環(huán)境研究院有限公司麗水分公司，浙江 麗水 323000)

我國(guó)高速的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和持續(xù)的城市化進(jìn)程在取得顯著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展成果的同時(shí)，使得空氣污染問(wèn)題日益突出，對(duì)城市能見(jiàn)度[1]和人體健康[2-3]等都產(chǎn)生了非常大的影響。我國(guó)大氣污染類(lèi)型從傳統(tǒng)以一次污染物為主的煤煙型向一次污染物和二次污染物并存的復(fù)合型轉(zhuǎn)變[4]。大氣污染受局地排放和外源輸送共同影響[5]。蘇榕等[6]發(fā)現(xiàn)，重慶市局地O3主要受機(jī)動(dòng)車(chē)和溶劑使用排放揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的影響。葉香等[7]分析常州市一次顆粒物和O3同時(shí)污染過(guò)程發(fā)現(xiàn)，天氣、南方污染傳輸是重要的影響因素。WU等[8]指出，大氣中的O3和細(xì)顆粒物(PM2.5)在濃度、變化特征等方面具有一定的相關(guān)性。針對(duì)重點(diǎn)城市呈現(xiàn)的局地污染與區(qū)域污染疊加、污染物之間相互影響的問(wèn)題，國(guó)家“十四五”規(guī)劃要求更加注重PM2.5和O3的區(qū)域協(xié)同控制[9-10]。

而事實(shí)上，根據(jù)《2019年麗水市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》，麗水市這樣的三線(xiàn)城市也產(chǎn)生了由不同污染物引起的復(fù)合大氣污染，特別是城區(qū)。因此，本研究利用麗水市城區(qū)3個(gè)國(guó)控城市點(diǎn)2020年全年的大氣監(jiān)測(cè)六參數(shù)數(shù)據(jù)和氣象資料分析麗水市城區(qū)大氣污染特征，以期為麗水市“十四五”規(guī)劃大氣污染防控提供科學(xué)參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

大氣監(jiān)測(cè)六參數(shù)(可吸入顆粒物(PM10)、PM2.5、SO2、NO2、O3和CO)數(shù)據(jù)為麗水市城區(qū)3個(gè)國(guó)控城市點(diǎn)(蓮都小學(xué)、監(jiān)測(cè)站大樓和余莊前)2020年全年的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)站大樓位于蓮都區(qū)城東路188號(hào)(28.451°N，119.914°E)，周邊為住宅、商場(chǎng)等，無(wú)明顯的局地污染源，能夠反映麗水市老區(qū)城的空氣質(zhì)量狀況；蓮都小學(xué)位于蓮都區(qū)長(zhǎng)虹街457號(hào)(28.458°N，119.903°E)，周邊為住宅、學(xué)校、圖書(shū)館等，能夠反映麗水市新城區(qū)的空氣質(zhì)量狀況；余莊前位于麗水市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)余莊前水閣水廠內(nèi)(28.423°N，119.879°E)，反映的是麗水市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)的空氣質(zhì)量狀況。氣象資料由麗水市氣象局提供，包括氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、降水量和相對(duì)濕度等。

1.2 研究方法

污染物的環(huán)境空氣質(zhì)量單項(xiàng)指數(shù)參照《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 663—2013)的單點(diǎn)環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)。3個(gè)國(guó)控城市點(diǎn)的環(huán)境空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天和污染天依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ 633—2012)評(píng)價(jià)，整個(gè)麗水市城區(qū)則按3個(gè)國(guó)控城市點(diǎn)的污染物平均值評(píng)價(jià)。

2 結(jié)論與分析

2.1 環(huán)境空氣質(zhì)量總體特征

由圖1可見(jiàn)，麗水市城區(qū)2020年空氣質(zhì)量較好，只有4 d為污染天，優(yōu)良天數(shù)達(dá)到362 d，3個(gè)國(guó)控城市點(diǎn)中蓮都小學(xué)出現(xiàn)了9 d污染天，監(jiān)測(cè)站大樓出現(xiàn)了6 d，余莊前1 d。各污染物的環(huán)境空氣質(zhì)量單項(xiàng)指數(shù)見(jiàn)圖2，O3的單項(xiàng)指數(shù)最高，其次是PM2.5、PM10，都超過(guò)了0.5，可見(jiàn)麗水市城區(qū)也存在著O3和顆粒物的復(fù)合污染問(wèn)題。

圖1 麗水市城區(qū)及國(guó)控城市點(diǎn)污染天數(shù)

圖2 麗水市城區(qū)各污染物單項(xiàng)指數(shù)

2.2 污染物的時(shí)空分異規(guī)律

2.2.1 空間分布規(guī)律

麗水市城區(qū)2020年3個(gè)國(guó)控城市點(diǎn)的大氣監(jiān)測(cè)六參數(shù)空間分布見(jiàn)表1。不同城市點(diǎn)間的PM2.5、SO2、CO濃度較為接近，但NO2、PM10和O3存在一定差異。蓮都小學(xué)的O3污染最為嚴(yán)峻，明顯高于余莊前和監(jiān)測(cè)站大樓，表明麗水市新城區(qū)主要存在著O3污染，可能是受麗水市主導(dǎo)風(fēng)向東風(fēng)和東北風(fēng)的影響；余莊前的PM10濃度最高，而其PM2.5濃度與其他國(guó)控城市點(diǎn)接近，表明麗水經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)主要存在顆粒物污染并且以PM10為主，可能與揚(yáng)塵污染有關(guān)[11-12]；監(jiān)測(cè)站大樓NO2濃度相對(duì)較高，由于周邊有住宅、商場(chǎng)等，交通繁忙、人口密集，反映出老城區(qū)NO2濃度偏高，與交通排放有關(guān)[13]。

表1 麗水市城區(qū)大氣監(jiān)測(cè)六參數(shù)的空間分布1)

2.2.2 時(shí)間變化情況

麗水市城區(qū)2020年3個(gè)國(guó)控城市點(diǎn)的大氣監(jiān)測(cè)六參數(shù)的月變化特征見(jiàn)圖3。NO2、PM2.5和PM10變化趨勢(shì)比較一致，3或4月出現(xiàn)1個(gè)小峰，12月達(dá)到全年最高值，由于麗水市不集中供暖，因此麗水市城區(qū)春季和冬季NO2和顆粒物濃度峰值主要與氣象條件有關(guān)[14-15]。O3濃度高值主要出現(xiàn)在4—5、9—10月，麗水市城區(qū)4—10月氣溫較高，但6—8月由于降雨較多，光化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度低，O3生成較少[16]。麗水市城區(qū)CO高值主要出現(xiàn)在1—2、11—12月，一方面可能受冬季擴(kuò)散條件差影響，另一方面可能是受人為排放源的影響[17-18]。SO2全年變化不大，冬季略高。整體來(lái)看，麗水市城區(qū)春秋季主要存在O3污染，秋冬季主要存在顆粒物污染。

圖3 麗水市城區(qū)大氣監(jiān)測(cè)六參數(shù)的月變化

2.3 O3污染分析

2020年，對(duì)整個(gè)麗水市城區(qū)而言，O3污染天出現(xiàn)在4月17日、5月13日、9月6日和10月12日(見(jiàn)圖4)，表明麗水市城區(qū)O3污染具有偶發(fā)性，而非連續(xù)性污染。3個(gè)國(guó)控城市點(diǎn)中，蓮都小學(xué)和監(jiān)測(cè)站大樓分別出現(xiàn)9、6 d O3污染天，余莊前沒(méi)有出現(xiàn)O3污染天，因此麗水市新城區(qū)和老城區(qū)是O3污染防治的重點(diǎn)區(qū)域。

圖4 麗水市城區(qū)O3污染天

分析麗水市城區(qū)O3污染天的O3及前體物NO2的日變化趨勢(shì)(見(jiàn)圖5)可以看出，4個(gè)O3污染天的O3日變化特征并不相同。4月17日，O3濃度從6：00開(kāi)始上升，11：00—23：00一直維持在較高濃度水平，夜間O3濃度居高不下主要是因?yàn)?月17日整體風(fēng)速偏低，在3 m/s以下，在東北方向上存在累積；5月13日O3濃度從5：00開(kāi)始就上升，峰值出現(xiàn)在16：00—17：00，之后逐漸下降；9月6日夜間21：00出現(xiàn)O3濃度峰值，可能來(lái)自于區(qū)域傳輸；10月12日O3日變化特征表現(xiàn)為與NO2顯著的相反趨勢(shì)，說(shuō)明O3很可能來(lái)自本地光化學(xué)反應(yīng)生成。

圖5 麗水市城區(qū)O3污染天O3和NO2的日變化趨勢(shì)

整體來(lái)看，麗水市城區(qū)4個(gè)O3污染天的O3因大氣擴(kuò)散和NO滴定作用在5：00—6：00達(dá)到最低值，之后O3前體物VOCs和NO2可能在光化學(xué)反應(yīng)作用下生成O3，并且11：00左右達(dá)到較高濃度，而夜間O3濃度下降。

2.4 顆粒物污染分析

2.4.1 PM2.5與PM10的相關(guān)性分析

2020年麗水市城區(qū)PM2.5與PM10質(zhì)量濃度的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.89，說(shuō)明麗水市城區(qū)PM2.5與PM10之間有較好的相關(guān)性。麗水市城區(qū)PM2.5/PM10(質(zhì)量比)平均為0.571。PM2.5/PM10可以反映顆粒物污染的類(lèi)型和污染物來(lái)源。從圖6來(lái)看，麗水市城區(qū)PM2.5/PM10冬季高、夏季低，說(shuō)明冬季PM2.5在本地聚集，并且二次轉(zhuǎn)化的貢獻(xiàn)較大[19]。

圖6 麗水市城區(qū)PM2.5/PM10月變化

2.4.2 顆粒物來(lái)源剖析

通過(guò)顆粒物及其前體物(SO2、NO2、CO、PM2.5、PM10)的特征雷達(dá)圖分析發(fā)現(xiàn)，SO2、NO2、CO和PM10主要來(lái)自一次污染源，而PM2.5既有一次污染來(lái)源也有二次轉(zhuǎn)化的貢獻(xiàn)[20]。通常，PM10主要來(lái)自揚(yáng)塵等的排放[21]；SO2主要來(lái)自煤炭、煙花爆竹等的排放[22]；NO2主要來(lái)自機(jī)動(dòng)車(chē)、工業(yè)鍋爐等的排放[23]；CO主要來(lái)自于燃煤、機(jī)動(dòng)車(chē)、鋼鐵冶煉及生物質(zhì)不完全燃燒等的排放[24]。在特征雷達(dá)圖上，麗水市城區(qū)PM10特征值超出標(biāo)準(zhǔn)上限，進(jìn)一步證明PM10受到揚(yáng)塵污染影響；SO2特征值超出標(biāo)準(zhǔn)上限，進(jìn)一步證明SO2受到煤炭、煙花爆竹的影響；CO和NO2特征值超出標(biāo)準(zhǔn)上限，進(jìn)一步證明它們受到機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的影響；而PM2.5特征值超出標(biāo)準(zhǔn)上限，可以說(shuō)明PM2.5確實(shí)受到了二次轉(zhuǎn)化的影響。

3 結(jié) 論

(1) 麗水市城區(qū)2020年空氣質(zhì)量較好，優(yōu)良天數(shù)達(dá)到362 d，但也存在著O3和顆粒物復(fù)合污染的問(wèn)題。

(2) 麗水市新城區(qū)、老城區(qū)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)的PM2.5、SO2、CO濃度較為接近，但新城區(qū)O3污染最為嚴(yán)峻，老城區(qū)NO2較其他區(qū)域偏高，經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)以PM10污染為主。麗水市城區(qū)的O3污染主要發(fā)生在春秋季，顆粒物污染主要發(fā)生在秋冬季。

(3) 麗水市城區(qū)O3污染具有偶發(fā)性，新城區(qū)和老城區(qū)是O3污染防治的重點(diǎn)區(qū)域。

(4) 麗水市城區(qū)PM10主要來(lái)自一次污染源，PM2.5既有一次污染來(lái)源也有二次轉(zhuǎn)化的貢獻(xiàn)。