基于高頻空間分析的襄陽市春節(jié)期間煙花爆竹禁放效果評估

劉 穩(wěn)，詹慶明，戴文博，金章昌

（1. 武漢大學a.城市設計學院；b. 數(shù)字城市研究中心，武漢 430072；2. 深圳大學智慧城市研究院，廣東 深圳 518060；3. 廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院，廣州 510060；4. 武漢市規(guī)劃研究院，湖北 襄陽 441000）

人類活動是空氣污染的主要驅動力，節(jié)假日慶?；顒又腥挤艧熁ū駮诙虝r間內(nèi)釋放大量污染物，導致污染物濃度急劇攀升（Godri et al., 2010;Dutschke et al., 2011; Jiang et al., 2015; Lai et al.,2017）。國外早在20世紀90年代，就對不同節(jié)假日活動期間大氣污染物化學組分及其濃度變化特征進行研究，如對美國獨立日（Seidel et al.,2015）、英國蓋伊?？怂怪梗≒ope et al.,2016）、印度排燈節(jié)（Barman et al., 2008）、荷蘭新年（Greven et al.,2019）以及馬耳他群島密集節(jié)日（Camilleri et al.,2010）等相關研究均表明，煙花爆竹的大量燃放會使得近地面大氣污染物濃度出現(xiàn)顯著上升、氣溶膠粒子化學組分及濃度發(fā)生明顯變化，導致空氣質量在短時間內(nèi)急速惡化，進而對人體健康造成嚴重危害（Dyke et al.,1997;Fleischer et al.,1999）。

以往人們常會在新春佳節(jié)期間的除夕、初一以及元宵等中國重要傳統(tǒng)節(jié)日時段燃放大量煙花爆竹，若遭遇到不利擴散的氣象條件，則會形成持續(xù)數(shù)日的污染天氣，造成嚴峻的空氣污染問題（郭新喬等，2017；Singh et al.,2019）。目前，國內(nèi)學者也逐漸開展了圍繞新春佳節(jié)前后期間空氣污染變化及煙花爆竹燃放對空氣質量的影響等研究，一些研究（Tang et al., 2016; Zhang et al., 2017）表明，采取燃放煙花爆竹方式慶祝新春佳節(jié)，會釋放出遠高于常規(guī)濃度的大氣顆粒物以及SO2、NO2、O3等氣態(tài)污染物，且導致顆粒物中水溶性離子（如SO2-4和NO-3等）及特征元素（如K+等）含量出現(xiàn)明顯升高。有學者（Kong et al.,2015;Yao et al.,2019）對新春佳節(jié)期間空氣污染物濃度進行量化測度發(fā)現(xiàn)，該時期50%及以上的PM2.5污染來源于煙花爆竹的燃放，而除夕夜集中燃放的貢獻更大。還有研究（金軍 等，2007；趙素平 等，2012；郝天依 等，2019）進一步對春節(jié)期間空氣污染的具體過程進行分析得出，大氣污染最嚴重時段主要出現(xiàn)在大年初一T 00:00-01:00，該時段大氣顆粒物濃度會在短時間內(nèi)增長數(shù)倍之多。煙花爆竹燃放不僅會導致嚴重的大氣污染，還容易引發(fā)火災和傷亡事故，對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成諸多負面效應（趙振英，2010）。因此，學者們（王繁強等，2008；Lai et al.,2017）呼吁采取禁鞭舉措，改用掛燈籠、寫春聯(lián)、賞大戲以及燈光表演等方式營造節(jié)日氣氛，慶祝新春佳節(jié)，以降低該時期空氣污染水平，減少對健康的危害。

當前有關新春佳節(jié)期間煙花爆竹燃放對空氣質量的影響研究主要集中在北京（金軍等，2007；Cheng et al., 2014;Lai et al., 2017）、天津（Tang et al., 2016；郝天依 等，2019）、上海（Feng et al.,2012;Yao et al., 2019）、南京（王紅磊 等，2014；Kong et al.,2015）、西安（王繁強等，2008；周變紅 等，2013）、蘭州（趙素平 等，2012）、重慶（韓余等，2014）等大城市，較少涉及中部地區(qū)的中等城市；研究多基于空氣質量監(jiān)測國控站（Tang et al.,2016；郝天依等，2019）或專業(yè)采樣儀器設備（Feng et al.,2012;Cheng et al.,2014；石琳琳等，2017）等少量監(jiān)測站點數(shù)據(jù)，采用常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計方法進行新春佳節(jié)期間較大尺度或地區(qū)空氣污染的分析表征和解析溯源，較少對該時期空氣污染分布特征進行空間刻畫，更少涉及局地尺度空氣污染變化過程的精細識別。此外，由于官方空氣質量監(jiān)測或自主監(jiān)測采樣站點較少且稀疏以及站點周邊環(huán)境復雜等影響，監(jiān)測結果還可能存在站點代表性有限、時空污染特征識別不精準等問題。

空間插值分析是城市空氣污染空間變化研究的重要方法（郭新喬等，2017），可以利用特定空間范圍內(nèi)部分監(jiān)測站點數(shù)據(jù)推算同一區(qū)域其他未知位置的數(shù)據(jù)，從而了解整個區(qū)域空氣污染物的空間變化情況。但該方法在監(jiān)測站點明顯較少時，推算結果精度會顯著降低；同時受空間范圍大小、監(jiān)測站點密度以及模型參數(shù)設置等綜合影響，空間插值結果也不能完全代替實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，只有在監(jiān)測站點達到一定數(shù)量且站點均勻分布的基礎上，插值結果才越接近真實情況（趙晨曦等，2014）。近些年，在長江經(jīng)濟帶和長江中游城市群的建設驅動下，中部地區(qū)快速城市化發(fā)展日漸產(chǎn)生突出的空氣污染問題，襄陽市作為長江中游城市群的重要成員和漢江流域的中心城市，更是頻繁遭遇霧霾或灰霾天氣，以秋冬季尤甚（湖北省生態(tài)環(huán)境廳，2020），嚴重危害人們的身心健康。為此，襄陽市在國控、省控空氣質量監(jiān)測站點基礎上，開展實施大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)管示范區(qū)建設，并于2018年在襄陽市中心城區(qū)（以下簡稱“襄陽市區(qū)”）完成180個空氣質量監(jiān)測微型站的布設，建成“國—省—市”三級高密度、全方位的大氣環(huán)境監(jiān)管網(wǎng)絡，擴大了城市空氣環(huán)境監(jiān)測范圍。高站點密度的空氣質量監(jiān)測網(wǎng)絡，不僅提高了空氣質量監(jiān)測精度，也為高時空分辨率的污染物過程分析以及特殊污染時期大氣污染特征的精準識別提供了可能。

因此，本文利用密集空氣質量監(jiān)測微型站、氣象監(jiān)測站以及國控站等數(shù)據(jù)，借助高頻率空間插值分析、相關性分析、濃度特征比較等方法，探討2018年新春佳節(jié)期間局地尺度下襄陽市區(qū)大氣污染時空規(guī)律特征，評估歷年春節(jié)期間煙花爆竹禁燃舉措的實施成效，以期為更精準地制定春節(jié)期間襄陽市大氣污染防控策略及應對方案提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

作為中部地區(qū)湖北省新型工業(yè)基地和鄂西北中心城市，襄陽市區(qū)被劃分為樊城、襄城、襄州、東津以及魚梁洲“四城一心”5 個片區(qū)，漢江、唐白河、小清河等水系于城市中間交匯。本文所用數(shù)據(jù)主要包括襄陽市區(qū)微型站污染物濃度和同期氣象監(jiān)測要素，以及國控站污染物濃度等數(shù)據(jù)。其中，微型站污染物濃度數(shù)據(jù)來源于襄陽市城區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站布設的微型站監(jiān)測數(shù)據(jù)，包含2018 年2 月180個站點的PM2.5、PM10顆粒污染物和18 個站點的SO2、NO2、CO 氣態(tài)污染物逐時質量濃度，用于分析局地尺度下新春佳節(jié)期間大氣污染物的時空變化；同期氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于中國氣象局氣象信息中心①http://data.cma.cn/襄樊站監(jiān)測數(shù)據(jù)，包含溫度、濕度、氣壓、風速以及能見度等氣象參數(shù)的每3 h 監(jiān)測數(shù)據(jù)，用于新春佳節(jié)期間大氣污染物對氣象變化的響應分析；國控站污染物濃度數(shù)據(jù)來源于中國環(huán)境監(jiān)測總站②http://www.cnemc.cn/的襄陽市國控站監(jiān)測數(shù)據(jù)，包含2016—2019 年4 個國控站的PM2.5、PM10顆粒污染物和SO2、NO2、CO 氣態(tài)污染物逐時質量濃度，用于評估歷年煙花爆竹禁燃效果。各類監(jiān)測站點位置如圖1所示。

1.2 研究方法

城市空氣污染的影響因素復雜多樣，空氣質量監(jiān)測站點密度的高低、時間粒度的粗細，都決定著大氣污染規(guī)律特征識別的精準程度（趙晨曦等，2014；宋潔等，2020）。通過在襄陽市區(qū)空氣質量監(jiān)測微型站中隨機均勻選取20個站點作為驗證點，并在ArcGIS中選取反距離加權（IDW）、規(guī)則樣條函數(shù)（RS）以及普通克里金（OK）3種空間插值方法對剩余站點數(shù)據(jù)進行插值計算和誤差比較，最終確定采用各項誤差均最小的普通克里金插值方法進行新春佳節(jié)期間局地尺度下襄陽市區(qū)大氣污染的空間變化分析。其中，除了常規(guī)刻畫新春佳節(jié)期間大氣污染物逐日質量濃度空間分布外，在除夕至初一等重要時段提高空間插值分析頻率以刻畫該時段空氣污染物的逐時濃度空間分布，識別空氣污染的變化過程。在新春佳節(jié)期間空氣污染對氣象變化的響應分析中，基于襄陽市區(qū)微型站數(shù)據(jù)和同期氣象監(jiān)測站數(shù)據(jù)，采用非參數(shù)相關分析中最經(jīng)典的斯皮爾曼（Spearman）秩相關系數(shù)分析新春佳節(jié)期間與整個二月份2個時間段各污染物變化與氣象要素的相關關系，探討新春佳節(jié)期間空氣污染物對氣象變化的響應特征。最后，基于襄陽市區(qū)空氣質量監(jiān)測國控站數(shù)據(jù)，進行不同年份新春佳節(jié)期間污染物濃度變化的特征比較，分析歷年新春佳節(jié)期間空氣質量變化情況，評估煙花爆竹禁放政策的實施效果。

2 結果與分析

2.1 春節(jié)期間氣象條件分析

氣象要素對大氣污染物的生成、擴散以及消減等具有重要的影響（Li et al.,2019），而氣象條件的多變性和隨機性造就污染物濃度變化的復雜性，因此有必要分析氣象條件變化。從表1 可以看出，2018年春節(jié)期間襄陽市區(qū)天氣雖無明顯冷空氣和降雪影響，但以多云、陰雨天氣為主，主導風向為偏北風，除大年初一（2 月16 日）晝夜溫差較大外，其余日期溫度、風速、氣壓均處在較穩(wěn)定狀態(tài)。具體地，除夕（2月15日）以北風為主，風速相對較大，相對濕度較小，整體有利于污染物的擴散，能見度達16.8 km；初一（2 月16日）天氣多云轉晴，無持續(xù)風向，晝夜溫差為春節(jié)期間最大，易引起城區(qū)熱島環(huán)流，使得城區(qū)外圍大氣污染物容易傳輸至城區(qū)；初二至初三（2月17日至18日）天氣由多云轉小雨，相對濕度均在80%以上，并出現(xiàn)持續(xù)北風，有利于污染物的消減和擴散；初四（2月19日）天氣從小雨轉多云，整體不利于污染物的擴散，且能見度降至春節(jié)期間最低（2.8 km）；初五（2月20日）出現(xiàn)小雨和持續(xù)北風，有利于污染物的消減和擴散，相對濕度為85.4%而能見度為11.1 km；初六（2月21日）天氣轉陰，風速較小，無持續(xù)風向，氣象擴散條件整體較差。

表1 2018年春節(jié)期間襄陽市區(qū)氣象條件逐日變化特征Table 1 Daily variation of meteorological factors in Xiangyang during Spring Festival in 2018

2.2 春節(jié)期間空氣污染時間分布特征分析

2.2.1 逐日濃度特征 襄陽市區(qū)2018 年新春佳節(jié)期間（初五除外）空氣質量整體較差，PM2.5和PM10顆粒污染物日均質量濃度均較高（圖2-a），而SO2、NO2、CO 等氣態(tài)污染物日均質量濃度僅在除夕至初一有明顯上升，過后SO2、NO2質量濃度逐漸下降，CO 則無明顯變化（圖2-b）。具體地，盡管除夕當天（2月15日）氣象條件整體有利于污染物擴散，但受本地企業(yè)未完全停工、市民返鄉(xiāng)出行等影響，空氣質量為輕度污染；初一（2 月16 日）天氣不利于污染物消減擴散，PM2.5和PM10日均質量濃度突然上升至183.1 和231.3μg/m3，增幅分別高達69.4%和31.9%，空氣質量變?yōu)橹囟任廴荆赡苁鞘艹σ箍缒旰统跻磺宄块_門集中燃放煙花爆竹的影響；隨后初二至初三（2月17至18日）氣象擴散條件稍微變好，空氣質量稍有好轉，但仍為中度污染水平；初四（2 月19 日）氣象擴散條件變差，空氣質量又變?yōu)榕c初一基本相當?shù)闹囟任廴荆怀跷澹? 月20 日）擴散條件變好，PM2.5和PM10日均質量濃度迅速下降至88.2和115.9μg/m3，空氣質量轉為良好，說明除夕夜至大年初一煙花爆竹燃放的影響到此結束；初六（2月21日）氣象擴散條件整體較差，空氣質量又轉為中度污染，排除燃放煙花爆竹的影響后，可以斷定污染主要源于本地污染排放的累積。

進一步對更長時間尺度——2018年2月大氣污染物日均質量濃度變化（圖3）分析發(fā)現(xiàn)，整個2月份出現(xiàn)2 次明顯污染過程：第一次嚴重污染過程（9-11日）主要受到全國性強冷空氣南下造成的沙塵傳輸影響（李曉蘭等，2018），隨后在12日較大晝夜溫差引起較強熱島環(huán)流等有利氣象條件作用下，顆粒物質量濃度逐漸降低；第二次重度污染過程（15-19日）無明顯冷空氣影響，可能主要是除夕夜跨年和大年初一清晨開門時段大量煙花爆竹集中燃放所致，并在不利擴散氣象天氣下持續(xù)4 d 達到中度或重度污染。相比大氣顆粒物污染，氣態(tài)污染物日均質量濃度在第一次嚴重污染過程中波動不明顯，而在第二次重度污染過程中，SO2、NO2日均質量濃度從除夕至初一均出現(xiàn)上升，但因大部分工業(yè)生產(chǎn)停工、機動車出行減少等的影響，初一過后SO2、NO2質量濃度均呈逐漸下降趨勢。

2.2.2 逐時濃度特征 2018年新春佳節(jié)期間襄陽市區(qū)PM2.5和PM10逐時質量濃度波動明顯，二者變化特征基本一致（Spearman秩相關系數(shù)為0.936），二者具有同源性（圖4-a）；SO2和NO2對集中燃放煙花爆竹的響應較明顯，逐時質量濃度變化有一定差異，整體呈下降趨勢（圖4-b）。具體地，從除夕夜T 19:00開始，為迎接新年的到來，燃放煙花爆竹陸續(xù)增加，使得PM2.5和PM10質量濃度逐步升高；而在跨年時刻和初一清晨開門時段又會出現(xiàn)集中且大量煙花爆竹的燃放，導致PM2.5和PM10質量濃度在T 00:00過后直線升高，并在初一早上T 08:00達到春節(jié)期間的峰值（246.6、290.8μg/m3），個別單站最高值達400、748μg/m3，午后隨著燃放煙花爆竹的結束和氣象擴散條件的改善，顆粒物質量濃度逐漸下降；盡管初二至初四顆粒物逐時質量濃度有波動，但整體仍處于較高污染水平；初五在濕沉降作用下，顆粒物質量濃度在凌晨迅速下降，全天大部分時間質量濃度＜100μg/m3；而初六又回升至較高污染水平，這可能因為拜年走親戚帶來的機動車尾氣排放、土壤揚塵、餐廚油煙以及不利氣象條件所導致。相比PM2.5和PM10顆粒物污染，SO2和NO2質量濃度對除夕夜至初一集中燃放煙花爆竹的響應較明顯，也在初一T 00:00 過后出現(xiàn)瞬時上升；而在初一T 10:00—18:00，SO2、NO2、CO等氣態(tài)污染物質量濃度均出現(xiàn)明顯下降，這可能是受到白天市區(qū)氣溫迅速升高產(chǎn)生熱島環(huán)流對氣態(tài)污染物的擴散影響；在T 18:00—22:00，氣態(tài)污染物質量濃度又出現(xiàn)大幅上升，以NO2最為顯著，這可能是因為該時段受到襄陽古城舉辦廟會活動及走親訪友導致機動車出行增加等的影響。

為進一步確定襄陽古城舉辦廟會活動對空氣質量的影響，分別選取位于襄城、樊城、襄州區(qū)3個典型監(jiān)測站點在除夕至初一時段的污染物逐時質量濃度作分析（圖5）發(fā)現(xiàn)：3 個典型站點的PM2.5和PM10逐時質量濃度變化與襄陽市區(qū)的總體變化特征基本一致，但位于襄城區(qū)古城片區(qū)的惠安巷東街微型站在初一T 18:00—22:00，SO2、NO2、CO等氣態(tài)污染物逐時質量濃度出現(xiàn)急劇上升，而襄州、樊城的2個典型站點逐時質量濃度波動變化并不大，這反映出大年初一晚上襄城區(qū)古城廟會活動及該時段內(nèi)交通出行增加對周邊空氣環(huán)境造成了一定影響。

2.3 春節(jié)期間空氣污染空間分布特征分析

分析污染物的空間分布特征，可進一步了解空氣污染的空間差異，進而確定大氣污染規(guī)律特征及其影響因素。受篇幅限制，僅顯示襄陽市區(qū)PM2.5和PM10日均質量濃度空間分布。從圖6 可以看出，2018 年新春佳節(jié)期間襄陽市區(qū)PM2.5與PM10日均質量濃度整體空間分布基本一致，在除夕、初二至初五的PM2.5和PM10日均質量濃度均呈現(xiàn)“南高北低”污染態(tài)勢，而初一、初六則呈現(xiàn)污染連綿成片、大范圍覆蓋等特點。具體地，除夕當天，在持續(xù)北風作用下，顆粒物污染空間分布呈“南高北低”態(tài)勢下的輕度污染；初一受城區(qū)外圍在除夕夜和初一早上集中燃放煙花爆竹影響，在西北風和東南風的交替作用以及熱島環(huán)流作用下將污染物傳輸至城區(qū)，疊加本地生活污染排放后，造成襄陽市區(qū)大范圍的重度污染；初二、初三（2月17—18日）在雨水的濕沉降作用和持續(xù)偏北風作用下，污染物質量濃度稍有降低并向南擴散，在襄城區(qū)峴山諸峰北側出現(xiàn)明顯集聚，同時向東西兩側延展，但因本身環(huán)境濃度較高，空氣質量仍呈現(xiàn)明顯以漢江與唐白河為界、“南高北低”態(tài)勢下的中度污染；初四（2月19日）在背景環(huán)境污染水平較高的基礎上，疊加走親訪友帶來機動車出行增加的尾氣排放和道路揚塵的影響，加之不利氣象擴散條件，市區(qū)呈現(xiàn)明顯“南高北低”態(tài)勢下的重度污染；初五（2月20日）在小雨和持續(xù)北風作用下，顆粒物污染得到有效消除和疏散，空氣質量轉為良好，這與馬小會等（2015）得出在正月初五（“破五”習俗）空氣污染會突然加劇的研究結果稍有不同；初六（2月21日）天氣轉陰，風速較小，作為重要務工返程日，機動車出行明顯增加，加之氣象擴散條件較差，交通尾氣、土壤揚塵等污染持續(xù)累積，導致市區(qū)大范圍的中度污染。

進一步對除夕夜至初一重要時段逐時質量濃度空間分布（圖7）分析得出，襄陽市區(qū)外圍城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村地區(qū)從除夕夜T 19:00 左右開始陸續(xù)燃放煙花爆竹，在持續(xù)北風作用下，污染物先從西北方向逐漸傳輸至城區(qū)；隨后在跨年時刻T 00:00 與初一T 06:00—09:00 開門時段集中燃放煙花爆竹，在西北風和東南風的交替作用以及熱島環(huán)流作用下，污染物以“農(nóng)村包圍城市”態(tài)勢“侵襲”城區(qū)，并在T 12:00 左右越過城區(qū)南部連綿山體，逐漸覆蓋城區(qū)絕大部分區(qū)域；隨著市區(qū)外圍煙花爆竹結束燃放，在T 12:00 過后顆粒物質量濃度逐漸下降，并在東南風作用下逐步擴散。不管是春節(jié)期間顆粒物污染日均質量濃度空間分布，還是除夕夜至大年初一的逐時質量濃度空間分布，均可看出襄城區(qū)峴山諸峰北側（尤其是襄陽古城片區(qū)）、樊城區(qū)建華路與七里河路生活片區(qū)、襄州區(qū)鉆石大道與奔馳大道交叉口周邊生活片區(qū)以及其他居住商業(yè)集中區(qū)域是PM2.5和PM10顆粒物質量濃度的常見高值區(qū)域，說明除外來污染傳輸外，機動車尾氣、土壤揚塵、以及餐廚油煙等本地污染也是春節(jié)期間襄陽市區(qū)空氣污染的主要來源。

2.4 春節(jié)期間空氣污染對氣象變化的響應分析

從表2看，春節(jié)期間與整個二月份大氣污染物逐時質量濃度對氣象要素的響應存在明顯差異，前者各污染物與大部分氣象要素不存在顯著相關性，而后者各污染物與大部分氣象要素存在顯著或正或負的相關關系，反映春節(jié)期間氣象要素對襄陽市區(qū)空氣污染的影響較小，而煙花爆竹燃放、特殊節(jié)慶活動以及非常規(guī)機動車出行等非氣象要素的影響顯著。具體地，春節(jié)期間各污染物與溫度、風速均不存在顯著相關性，而從整個二月份看，PM2.5和PM10顆粒物與溫度均呈顯著正相關，與氣壓呈顯著負相關，與風速不存在顯著相關關系，而SO2和NO2氣態(tài)污染物與溫度、風速呈顯著負相關，與氣壓呈顯著正相關，這說明風速不是影響春節(jié)期間和整個二月襄陽市區(qū)顆粒物污染的主要氣象要素，但風速對該期間氣態(tài)污染物的輸運擴散作用較明顯。從整個二月份看，PM2.5、PM10以及CO 與相對濕度呈顯著正相關，而SO2、NO2與相對濕度呈顯著負相關，而春節(jié)期間僅SO2、PM2.5/PM10與相對濕度分別呈顯著負、正相關，這反映在冬季二月份濕沉降作用有利于SO2和NO2氣態(tài)污染物的消減，而在未降雨情況下，一定范圍內(nèi)的相對濕度有利于顆粒物污染的二次生成。春節(jié)期間PM2.5、PM2.5/PM10與能見度呈顯著負相關，SO2與能見度呈顯著正相關，這與二月份相應污染物對氣象要素的響應較為一致，反映相比氣態(tài)污染物，顆粒物污染對大氣能見度的削弱作用更為明顯。

表2 2018年春節(jié)期間與整個二月份襄陽市區(qū)大氣污染物逐時質量濃度與氣象要素的相關性分析Table 2 Correlation analysis between hourly concentration of air pollutants and meteorological elements in Xiangyang during Spring Festival and February in 2018

2.5 春節(jié)期間空氣污染的影響因素分析

從外來污染傳輸、本地污染排放、氣象條件以及地理環(huán)境等方面分析2018年春節(jié)期間局地尺度下襄陽市區(qū)空氣污染的影響因素。

1）市區(qū)外圍煙花爆竹燃放是造成春節(jié)期間襄陽市區(qū)除夕夜至初一空氣污染突變嚴峻并持續(xù)至初四的主要原因。由于春節(jié)期間工業(yè)生產(chǎn)、建筑工地、交通出行等人為活動明顯減少，且襄陽市區(qū)早在2016年就對春節(jié)期間實施全面禁鞭并持續(xù)擴大禁鞭區(qū)域，因此可以推斷2018年春節(jié)期間（尤其是除夕夜至初一）大氣顆粒物質量濃度整體較高，空氣質量較差，主要是因為市區(qū)外圍周邊非禁鞭地區(qū)燃放煙花爆竹造成污染物向市區(qū)傳輸所致，而SO2和NO2污染逐時質量濃度在除夕至初一重要時段雖有明顯上升但漲幅較小，這可能是因為外來氣態(tài)污染物在傳輸過程中逐漸產(chǎn)生二次轉化或被城區(qū)建成環(huán)境要素逐漸稀釋所致。

2）交通尾氣、道路揚塵、居住商業(yè)餐廚油煙等也是春節(jié)期間襄陽市區(qū)空氣污染的重要源頭。襄陽地區(qū)秋冬季節(jié)易受西北沙塵南下、秋季焚燒秸稈以及春節(jié)期間煙花爆竹燃放等影響，從而出現(xiàn)典型污染天氣。而2018 年春節(jié)期間襄陽市區(qū)空氣質量由初四重度污染突轉為初五良好，表明燃放煙花爆竹影響的結束，而作為春節(jié)假期重要返程日的初六空氣質量又突然變?yōu)橹卸任廴?，在無外源污染輸入的情況下，說明該期間空氣污染主要來源于機動車尾氣、道路揚塵、居民生活等本地污染排放。

3）特殊的地理環(huán)境和復雜多變的氣象條件是春節(jié)期間襄陽市區(qū)空氣污染的重要因素。襄陽市區(qū)位于東部丘陵與西部山地之間的廣闊地帶，外加城南群山疊翠而形成三面環(huán)山的特殊地理環(huán)境，北部是漢江河谷的低平口，同時也是北方氣流南下的必經(jīng)之道。當主導風向為北風時，不利于襄陽市區(qū)空氣污染的擴散稀釋，大氣污染物往往隨風南下而被城區(qū)南部連綿山體“攔截”，在峴山諸峰北側累積，造成明顯的“南高北低”污染態(tài)勢，而攜帶西北沙塵污染的北風南下時，還會進一步加重空氣污染；當主導風向為南風時，有利于襄陽市區(qū)空氣污染的擴散消減，南風經(jīng)過市區(qū)會將大氣污染物向北部開闊區(qū)域吹散，持續(xù)的南風途經(jīng)市區(qū)南部山間河谷，在“狹管效應”作用下還會進一步加快風速，促進污染物的擴散和稀釋，而攜帶外來污染的南風也會被南部連綿諸峰阻擋和過濾。

2.6 歷年春節(jié)期間空氣質量的比較分析

從2016—2019年不同時間尺度下襄陽市區(qū)大氣污染物平均濃度對比結果（圖8）看，近4年襄陽市區(qū)空氣污染狀況整體有所改善，這與襄陽市持續(xù)采取大氣污染防治舉措密切相關；但當前空氣污染仍處在較高水平，冬季空氣污染較為突出，明顯高于全年均值；各年份空氣污染具有明顯“春節(jié)效應”。具體地，2016—2019 年春節(jié)期間襄陽市區(qū)PM2.5和PM10平均質量濃度均高于同年二月份和全年的相應均值，呈現(xiàn)“春節(jié)效應”，這與一些學者（胡丙鑫等，2019）的研究結果類似；2017 和2018 年新春佳節(jié)期間PM2.5和PM10平均質量濃度高于同年冬季均值，而2016 和2019 年低于同年冬季均值，這主要是因為2016 和2019 年冬季遭遇多次西北沙塵南下侵襲及不利擴散的氣象天氣；2016—2019年新春佳節(jié)期間SO2和NO2平均質量濃度低于二月份、冬季以及全年均值，主要是因為該時期大部分工業(yè)生產(chǎn)停工、機動車出行減少等造成的氣態(tài)污染物排放減少；春節(jié)期間CO 平均質量濃度與其他時期大致相當，則反映CO相對穩(wěn)定的化學特性。

從1995年開始襄陽市就對中心城區(qū)實施過禁鞭政策，隨后2006年國務院及地方政府有關煙花爆竹燃放的管理規(guī)定相繼出臺（中華人民共和國國務院，2006；湖北省人民政府，2006），全國多數(shù)大中型城市于2007 年對煙花爆竹實施由“禁”改“限”的管理政策；經(jīng)過近10年的有限“開禁”，襄陽市政府又于2016年對市區(qū)重新施行全面禁鞭，并逐年擴大禁鞭范圍區(qū)域（襄陽市人民政府，2015），此舉有效地改善了春節(jié)期間襄陽市區(qū)整體空氣質量（圖9）。從表3 可以看出，隨著禁鞭舉措的嚴格落實，2016 年春節(jié)期間襄陽市區(qū)空氣質量相對較好，2017年有所反彈，但過后整體空氣質量逐步有所改善。而2016—2019年春節(jié)期間襄陽市區(qū)大氣污染物日均濃度變化（圖10）表明，盡管春節(jié)期間襄陽市區(qū)空氣質量整體有所改善，但PM2.5、PM10、SO2日均質量濃度受除夕至初一市區(qū)外圍集中煙花爆竹燃放的影響仍較為明顯，一般會持續(xù)3 d 左右，初四逐漸轉為本地污染排放影響主導，而NO2、CO的響應不明顯。具體地，從除夕至初一，PM2.5、PM10日均質量濃度均顯著升高，在初二、初三仍保持較高污染水平，初四以后逐漸下降（2018年除外）；SO2日均質量濃度變化與PM2.5、PM10較為一致；NO2日均質量濃度雖有波動，但整體呈下降趨勢，反映工業(yè)生產(chǎn)停工、機動車出行減少等的影響；CO 日均質量濃度變化總體較為穩(wěn)定，無明顯規(guī)律，這與王哲等（2014）的研究基本一致。

表3 2016—2019年春節(jié)期間襄陽市區(qū)逐日空氣質量對比分析Table 3 Daily air quality in Xiangyang during Spring Festival from 2016 to 2019

3 結論與建議

3.1 結論

基于近地面空氣質量監(jiān)測密集微型站、氣象監(jiān)測站以及國控站等數(shù)據(jù)，分析了中國中部地區(qū)典型中等城市局地尺度下襄陽市區(qū)2018年新春佳節(jié)期間大氣污染物時空規(guī)律特征，評估了該期間煙花爆竹禁燃舉措的實施成效。主要結論為：

1）2018 年新春佳節(jié)期間襄陽市區(qū)天氣總體平穩(wěn)，空氣質量整體較差，受市區(qū)外圍周邊地區(qū)在除夕至初一燃放煙花爆竹影響，空氣質量由除夕輕度轉為初一重度污染；從除夕夜T 19:00 開始，PM2.5和PM10質量濃度逐步上升，初一T 00:00 過后直線升高，至早上T 08:00 達到春節(jié)期間峰值（246.6、290.8μg/m3），SO2、NO2質量濃度在煙花爆竹集中燃放時段也有明顯上升，而CO的響應不明顯。

2）2018 年春節(jié)期間局地尺度下的襄陽市區(qū)PM2.5和PM10日均質量濃度空間分布整體較為一致，在除夕、初二至初五，均呈現(xiàn)以漢江與唐白河為界、“南高北低”中度以上污染態(tài)勢，而初一、初六則呈現(xiàn)污染連綿成片、大范圍覆蓋等特點。

3）市區(qū)外圍周邊地區(qū)煙花爆竹燃放是造成新春佳節(jié)期間襄陽市區(qū)除夕夜至大年初一空氣污染突變嚴峻并持續(xù)至初四的主要誘因；交通尾氣、道路揚塵、居住商業(yè)餐廚油煙等是新春佳節(jié)期間襄陽市區(qū)空氣污染的重要源頭；獨特的地理環(huán)境和復雜多變的氣象條件是造成襄陽市區(qū)空氣污染的重要因素。

4）2016—2019 年襄陽市區(qū)空氣污染整體有所改善，這與持續(xù)采取大氣污染防治舉措密切相關；各年份空氣污染具有明顯“春節(jié)效應”，受煙花爆竹燃放影響一般會持續(xù)3 d 輕度以上污染，初四逐漸轉為本地污染排放影響主導；逐年擴大禁鞭區(qū)域，有效地改善了新春佳節(jié)期間襄陽市區(qū)整體空氣質量。

本文揭示了相比采用稀疏站點的局地尺度大氣污染研究，采用高密度站點的空氣質量監(jiān)測網(wǎng)絡結合高時間分辨率的污染物時空分布刻畫，可用于局地尺度下大氣污染時空變化的精準識別和過程推導，為特殊時期和污染天氣下大氣污染防控治理提供更可靠的參考依據(jù)。

3.2 建議

1）考慮到襄陽市獨特地理環(huán)境以及秋冬季盛行偏北風，應逐步實現(xiàn)中心城區(qū)禁鞭全覆蓋并向外圍（尤其是北部）進一步擴大煙花爆竹禁燃范圍。如新增北部襄州區(qū)張家集鎮(zhèn)、雙溝鎮(zhèn)、伙牌鎮(zhèn)等區(qū)域為禁鞭區(qū)域，逐步實現(xiàn)二廣高速公路、福銀高速公路、襄陽東南外環(huán)繞城高速合圍區(qū)域的禁鞭全覆蓋；考慮城市發(fā)展速度和污染傳輸規(guī)律，及時更新和擴大煙花爆竹禁放范圍，適當新增煙花爆竹活躍區(qū)域為禁鞭區(qū)域，減少周邊農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及縣市煙花爆竹燃放對襄陽市區(qū)空氣質量的傳輸影響。

2）結合襄陽市傳統(tǒng)文化習俗，利用高密度大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡，加強節(jié)假日重點時段禁鞭宣傳、監(jiān)管及整治力度。尤其是在除夕團圓飯（T 11:00至14:00和17:00至19:00）、除夕夜跨年（T 20:00至初一凌晨02:00）、初一開門迎新（T 06:00 至09:00）、初五店號開張（T 08:00 至10:00）以及元宵節(jié)（T 19:00至24:00）等重要時段，提倡發(fā)揚綠色環(huán)保方式營造節(jié)日氣氛，慶祝新春佳節(jié)。

3）依托襄陽市級空氣質量監(jiān)測網(wǎng)絡建設，進一步加強除春節(jié)等傳統(tǒng)節(jié)假日以外時間的大氣污染監(jiān)管治理，綜合改善城市空氣質量。結合襄陽市下一階段加密空氣質量監(jiān)測微型站、新增大氣污染超級站和邊界站等建設工作，進一步開展大氣污染重點區(qū)域識別、污染物組分解析以及顆粒物光學特性分析，確定春節(jié)等節(jié)假日期間污染物具體來源區(qū)域及其貢獻，為制定更精準、更全面的大氣污染防治舉措提供依據(jù)和參考。

致謝：感謝襄陽市城區(qū)生態(tài)環(huán)境環(huán)境監(jiān)測站和襄陽市城市規(guī)劃設計研究院提供的基礎數(shù)據(jù)；感謝中南大學地球科學與信息物理學院鄒濱教授提供的修改意見。