“十三五”期間杭州市大氣污染物變化特征

王 強，龐小兵*，李晶晶，呂 彥，張寶鋒，王軍良

（1.浙江工業(yè)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，杭州 310014；2.浙江省紹興市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，浙江 紹興 312099；3.浙江省杭州市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，杭州 310005）

在過去相當(dāng)長的一段時間，由于環(huán)保意識薄弱、環(huán)境保護工作相對滯后，中國經(jīng)歷了嚴(yán)重的空氣污染[1-3]。高污染、高能耗、低效率、粗放型的經(jīng)濟發(fā)展模式加劇了中國生態(tài)環(huán)境的脆弱性，導(dǎo)致了一系列環(huán)境問題的產(chǎn)生，尤其是灰霾、光化學(xué)污染等大氣污染問題更為嚴(yán)峻[4-5]。嚴(yán)重的空氣污染不僅會影響空氣質(zhì)量，還會增加人患缺血性心臟病、肺癌和糖尿病的風(fēng)險[6-7]。最近的一項研究表明，中國空氣污染引起的死亡占所有死因的15.5%（170萬）[8]，空氣污染會嚴(yán)重阻礙經(jīng)濟發(fā)展和社會進(jìn)步。目前，中國的空氣污染問題已引起了政府、公眾和研究人員的特別關(guān)注。為改善空氣環(huán)境，中國環(huán)境保護部于2012年2月發(fā)布了新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012），中國國務(wù)院也在2013年發(fā)布了《大氣污染防治行動計劃》（“大氣十條”）。經(jīng)過多年的努力，全國空氣質(zhì)量總體有所改善，重污染天氣較大幅度減少，京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域空氣質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)[9-10]。根據(jù)來自338個城市的觀測數(shù)據(jù)，2015年至2017年，PM2.5、PM10、O3和CO的質(zhì)量濃度下降了13.6%～30.5%[10]。然而由于高能耗產(chǎn)業(yè)和汽車數(shù)量的快速增長，空氣污染仍然是城市化過程中的一個重要環(huán)境問題，例如中國長三角地區(qū)的杭州市[11-12]。杭州市是浙江省的省會，是長三角地區(qū)的第二大城市，其城市化進(jìn)程、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、交通布局和環(huán)境保護是許多中國東部城市的縮影。

目前，學(xué)者對長三角地區(qū)大氣污染狀況進(jìn)行了許多的研究。孫丹丹等[13]利用2016年長三角地區(qū)大氣污染物濃度數(shù)據(jù)分析長三角地區(qū)不同大氣污染物之間的相關(guān)性，得出了長三角地區(qū)O3與NO2、CO 呈顯著負(fù)相關(guān)，PM2.5與 CO、NO2、SO2、PM10呈顯著正相關(guān)。沈建東等[14]利用杭州市大氣環(huán)境監(jiān)測超級站對G20峰會期間一次短時PM2.5污染事件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在采取嚴(yán)格大氣污染控制措施后杭州市空氣質(zhì)量有了較大的提升。朱彬等[15]利用南京地面站點2016—2017年黑碳?xì)馊苣z和O3的觀測數(shù)據(jù)，分析不同季節(jié)黑碳?xì)馊苣z與O3的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了黑碳?xì)馊苣z對O3的生成有抑制作用，并且這種抑制作用在秋冬季明顯高于夏秋季。史俊南等[16]利用2015—2019年冬季江蘇北部地區(qū)PM2.5的濃度和地面站的氣象數(shù)據(jù)，分析了冬季不同天氣形勢下江蘇北部地區(qū)PM2.5的污染特征，發(fā)現(xiàn)低濕與大風(fēng)有利于PM2.5的稀釋擴散，在地面風(fēng)速較低、相對濕度較高時，PM2.5污染水平較高。目前在長三角地區(qū)的研究主要著眼于大型活動期間大氣污染變化特征和對單一大氣污染物變化特征的分析，針對多種污染物長期變化特征的研究尚有欠缺，其結(jié)果不足以深入了解區(qū)域空氣污染特征和指導(dǎo)控制策略。本文研究了“十三五”期間長三角地區(qū)特大城市杭州六種標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物質(zhì)量濃度的年份、季節(jié)、月份和逐日變化特征，分析了污染物和氣象因素之間的相關(guān)性，全面認(rèn)識了杭州市的空氣污染狀況，并且提出了改善空氣質(zhì)量的建議供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

杭州市位于中國東南沿海,地處長三角地區(qū)南部和錢塘江流域（118°21′～120°30′E，29°11′～30°33′N），總面積為16 853.57 km2，有山地、丘陵、平原三種地形，其中丘陵、山地占總面積的66%。杭州市是長三角中心城市之一，擁有1.193×107常住人口，機動車保有量3.119×106輛[17]，杭州市的氣候類型屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明。

1.2 數(shù)據(jù)來源及評價標(biāo)準(zhǔn)

本研究中的杭州市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)來源于中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺①https://www.aqistudy.cn/，研究時段為2016年1月1日至2020年12月31日，監(jiān)測指標(biāo)包括PM2.5、PM10、O3、NO2、CO 和 SO2，本文中 O3質(zhì)量濃度的“日均值”指日最大8 h平均值，相應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象局氣象服務(wù)網(wǎng)②http://data.cma.cn/。

本研究中先剔除杭州市14個國控站點六項大氣污染物的無效數(shù)據(jù)，然后利用六項大氣污染物在14個國控站點有效數(shù)據(jù)的日均質(zhì)量濃度平均值來代表杭州市大氣污染物的日均質(zhì)量濃度，具體計算方法參照《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ 663—2013）。計算共得到杭州市六項大氣污染物的有效日均質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)10 778個，數(shù)據(jù)有效率為98.5%。

1.3 研究方法

根據(jù)中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺發(fā)布的杭州市2016—2020年六項大氣污染物的日均質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，計算杭州市六項大氣污染物的年均質(zhì)量濃度、季均質(zhì)量濃度和月均質(zhì)量濃度，分析5年間六項大氣污染物濃度的時間變化規(guī)律。按照杭州市的氣候（亞熱帶季風(fēng)氣候）特點規(guī)定3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至次年2月為冬季。

各大氣污染物之間的相關(guān)性以及氣象因素與大氣污染物之間的相關(guān)性分析過程中使用的數(shù)據(jù)都是月均值數(shù)據(jù)，用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)性的強弱可以使用Pearson相關(guān)系數(shù)表示。Pearson相關(guān)系數(shù)是度量兩個隨機變量關(guān)系的密切程度的有效工具，相關(guān)系數(shù)越接近1，關(guān)系就越密切，越接近于0，關(guān)系就越弱。通常將Pearson相關(guān)系數(shù)按照[0～0.2）、[0.2～0.4）、[0.4～0.6）、[0.6～0.8）、[0.8～1.0]劃分為無相關(guān)、弱相關(guān)、相關(guān)、強相關(guān)和極強相關(guān)5個區(qū)[18]。

2 結(jié)果與討論

2.1 大氣污染物日均濃度超標(biāo)情況及年均濃度變化特征

杭州市在2016—2020年六項大氣污染物濃度逐日變化如圖1所示。其中PM2.5、PM10、NO2、CO和SO2在研究期間呈現(xiàn)出一致的峰型變化，PM2.5和PM102016—2020年的日均質(zhì)量濃度分別為9～172 μg/m3、9～186 μg/m3、6～137 μg/m3、6～135 μg/m3、6～115 μg/m3和 15～285 μg/m3、12～245 μg/m3、14～193 μg/m3、11～209 μg/m3、8～187 μg/m3，日均質(zhì)量濃度最高值分別是國家《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）日均質(zhì)量濃度二級標(biāo)準(zhǔn)限值 （75 μg/m3和 150 μg/m3） 的 2.3、2.5、1.8、1.8、1.5和1.9、1.6、1.3、1.4、1.2倍，日均質(zhì)量濃度超標(biāo)率（全年日均質(zhì)量濃度超過二級標(biāo)準(zhǔn)限值天數(shù)的比例）分別為16.4%、11.5%、8.2%、4.9%、3.0%和2.2%、4.1%、3.8%、2.2%、1.4%。日均質(zhì)量濃度超標(biāo)率逐年降低，表明大氣顆粒物污染明顯減輕，大氣顆粒物污染防治工作取得顯著成效。2016—2020年O3-8h的日均質(zhì)量濃度為6～238 μg/m3、6～275 μg/m3、5～243 μg/m3、4～236 μg/m3和4～231 μg/m3，最高值分別是《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）日均二級標(biāo)準(zhǔn)限值（160 μg/m3）的 1.49、1.72、1.52、1.48和1.44倍，研究期間日均質(zhì)量濃度超標(biāo)率分別為14.2%、15.9%、11.5%、16.4%、6.3%，2016—2019年杭州市O3-8h日均質(zhì)量濃度超標(biāo)率較高，O3污染問題仍十分嚴(yán)峻。已有研究表明，NO2等一次污染物的排放對杭州市O3污染貢獻(xiàn)較大，機動車尾氣排放產(chǎn)生的NO2等一次污染物經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)可以生成O3，因此，控制機動車污染排放可以有效防治O3污染問題[19-20]。

圖1 杭州市2016—2020年六項大氣污染物的逐日濃度變化Fig.1 Daily concentration changes of six air pollutants in Hangzhou from 2016 to 2020

2016—2020年杭州市六種大氣污染物的年均質(zhì)量濃度變化如圖2所示。PM2.5和PM10的年均質(zhì)量濃度呈顯著下降趨勢，PM2.5的年均質(zhì)量濃度從2016年的 （49.1±17.6）μg/m3降低到 2020年的 （30.2±10.8）μg/m3，下降了38.5%；PM10的年均質(zhì)量濃度從2016年的（79.8±27.6）μg/m3降低到2020年的（54.7±18.5）μg/m3，下降了31.5%。SO2的年均質(zhì)量濃度具有逐年下降的變化趨勢，由2016年的（11.8±0.9）μg/m3下降到2020年的（5.8±0.3）μg/m3，下降了50.8%；CO的年均質(zhì)量濃度呈先升（2016—2017年）后降（2017—2020年）的趨勢，總體上由2016年的 （0.84±0.04）μg/m3下降到 2020年的（0.71±0.04）μg/m3，下降了15.5%。NO2的年均質(zhì)量濃度呈上下波動式變化，總體上從2016年的（45.4±3.8）μg/m3下降到2020年的（38.0±3.2）μg/m3，下降了16.3%；O3-8h的年均質(zhì)量濃度在2016—2019年呈上下波動式變化，總體上從2016年的（96.0±9.8）μg/m3上升到 2019 年的 （99.5±10.7）μg/m3，緩慢上升了3.6%，2020年由于防疫需要采取的各種措施導(dǎo)致機動車出行量減少，導(dǎo)致NO2的濃度下降，已經(jīng)有研究表明NO2等一次污染物的排放對杭州市O3污染貢獻(xiàn)較大，NO2等一次污染物經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)可以有效促進(jìn)二次污染物O3的生成，因此，NO2濃度的下降將導(dǎo)致O3濃度下降[20]。六項大氣污染物濃度在2020年均出現(xiàn)了下降的趨勢，這表明疫情對空氣質(zhì)量的改善起到了積極作用[21]。

圖2 杭州市2016—2020年六項大氣污染物的年際變化趨勢Fig.2 Trends of interannual variation of six air pollutants in Hangzhou from 2016 to 2020

“十三五”期間杭州全力推進(jìn)“五氣共治”工作，加大力度進(jìn)行燃煤煙氣、工業(yè)廢氣、車船尾氣、揚塵灰氣和餐飲排氣的治理，極大改善了大氣環(huán)境質(zhì)量。從大氣污染物的年均質(zhì)量濃度上看，“十三五”期間杭州PM2.5、PM10和SO2的年均質(zhì)量濃度下降趨勢十分顯著，但NO2、CO和O3-8h的年均質(zhì)量濃度下降不明顯，甚至出現(xiàn)上升現(xiàn)象，表明當(dāng)前杭州市大氣污染防治工作雖然取得一定的進(jìn)展，但是大氣治理之路仍任重道遠(yuǎn)，NO2、CO和O3-8h這三類大氣污染物仍需要更多的重視和關(guān)注。

2.2 大氣污染物季節(jié)濃度變化特征

對大氣污染物質(zhì)量濃度的季節(jié)變化特征進(jìn)行分析，結(jié)果見圖3。2016—2020年杭州市大氣污染物質(zhì)量濃度的季節(jié)性變化顯著，PM2.5和PM10的污染程度為冬季＞春季＞秋季＞夏季。冬季PM2.5的平均質(zhì)量濃度（由日均質(zhì)量濃度計算）為（72.1±8.0）μg/m3、（66.2±6.4）μg/m3、（65.1±8.8）μg/m3、（54.1±9.3）μg/m3和（41.1±2.5）μg/m3，PM10的平均質(zhì)量濃度為（110.5±9.5）μg/m3、（97.2±14.0）μg/m3、（98.9±7.2）μg/m3、（79.1±9.9）μg/m3和 （64.8±6.8）μg/m3。夏季PM2.5的平均質(zhì)量濃度為（31.1±4.5）μg/m3、（26.7±2.9）μg/m3、（22.1±3.6）μg/m3、（25.4±3.1）μg/m3和（19.2±0.5）μg/m3，PM10的平均質(zhì)量濃度為 （51.3±7.4）μg/m3、（43.2±3.9）μg/m3、（38.9±5.2）μg/m3、（44.4±3.9）μg/m3和 （36.6±1.4）μg/m3。冬季PM2.5和PM10的平均質(zhì)量濃度分別是夏季的2.3、2.5、3.0、2.1、2.1和2.2、2.3、2.5、1.8、1.8倍，可以看出杭州市PM2.5的季節(jié)變化特征略高于PM10。造成PM2.5和PM10存在季節(jié)性變化的原因可能是杭州市位于長三角地區(qū),受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，春冬季節(jié)為干季，降雨量小，天氣干燥，空氣的水平、垂直運動緩慢，易出現(xiàn)影響PM2.5和PM10擴散的逆溫；夏秋季為濕季，受來自海洋上空清潔氣團的影響，而且降水量較大，濕沉降顯著，PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度明顯下降。

圖3 杭州市2016—2020年六項大氣污染物濃度季節(jié)變化特征Fig.3 Seasonal variation characteristics of six air pollutant concentrations in Hangzhou from 2016 to 2020

在2016—2019年，O3-8h質(zhì)量濃度的季節(jié)變化趨勢與PM2.5和PM10不同，即夏季＞春季＞秋季＞冬季；2020年O3-8h污染程度為春季＞夏季＞秋季＞冬季。溫度和光照對臭氧的形成有顯著影響，使得O3-8h質(zhì)量濃度的季節(jié)性變化特征十分明顯，在春季和夏季具有較高的質(zhì)量濃度。NO2、CO和SO2的質(zhì)量濃度均表現(xiàn)出春冬季高，夏秋季低的趨勢，一方面是由于冬季污染源較多[22]，另一方面，杭州市雨季出現(xiàn)在5—9月[23]，對大氣污染物有一定的清除效果。綜上所述，杭州市六項大氣污染物的質(zhì)量濃度變化均具有明顯的季節(jié)性變化特征，在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)布局和政策制定時，需考慮季節(jié)制定合適的政策。

2.3 大氣污染物月均濃度變化特征

圖4是2016—2020年杭州市六項大氣污染物的月均質(zhì)量濃度變化。結(jié)果表明，PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO有相同的月均質(zhì)量濃度變化趨勢，最高值出現(xiàn)在12月到次年2月，最低值出現(xiàn)在5—9月。其中PM2.5的月均質(zhì)量濃度最高值出現(xiàn)的月份有2016年1月（80.1±39.2）μg/m3、2017年12月（73.3±30.6）μg/m3、2018年1月（65.0±37.5）μg/m3、2019年1月 （65.9±30.6） μg/m3和 2020年 12月 （58.8±22.3）μg/m3，最低值出現(xiàn)的月份有2016年8月（25.2±9.0） μg/m3、2017年8月（23.3±8.0） μg/m3、2018 年8月（19.1±7.5）μg/m3、2019年8月（22.2±12.1）μg/m3和2020年8月（18.8±6.1）μg/m3；PM10的月均質(zhì)量濃度最高值出現(xiàn)的月份有2016年1月（125.4±59.2） μg/m3、2017年12月 （118.3±42.3） μg/m3、2018年1月（94.1±51.2）μg/m3、2019年1月（93.9±40.6）μg/m3和2020年12月 （103.3±37.9）μg/m3，最低值出現(xiàn)的月份有2016年8月（41.6±11.0）μg/m3、2017年8月（38.1±9.7）μg/m3、2018年8月 （34.2±11.5） μg/m3、2019年8月（40.2±17.6） μg/m3和2020年8月（33.8±8.6）μg/m3；SO2的月均質(zhì)量濃度最高值出現(xiàn)的月份有2016年1月（17.2±6.5）μg/m3、2017年12月（14.2±3.1）μg/m3、2018年1月（12.5±3.7）μg/m3、2019年1月（8.9±1.4）μg/m3和2020年12月（8.4±1.4）μg/m3，最低值出現(xiàn)的月份有2016年6月（8.1±1.9）μg/m3、2017年8月（7.0±1.0）μg/m3、2018年7月 （6.5±0.8）μg/m3、2019年7月（4.1±0.6）μg/m3和2020年6月（4.4±0.6）μg/m3；NO2的月均質(zhì)量濃度最高值出現(xiàn)的月份有2016年1月（64.0±21.5）μg/m3、2017年12月（67.2±12.8）μg/m3、2018年1月（55.1±14.3）μg/m3、2019年12月（57.2±14.1） μg/m3和2020年12月（61.4±15.8） μg/m3，最低值出現(xiàn)的月份有2016年8月（20.1±3.9） μg/m3、2017年8月（28.0±5.2）μg/m3、2018年8月（21.1±4.6）μg/m3、2019年8月（25.1±8.1）μg/m3和2020年8月（24.4±5.2）μg/m3；CO的月均質(zhì)量濃度最高值出現(xiàn)的月份有2016年1月 （1.12±0.30）mg/m3、2017年12月（1.28±0.25）mg/m3、2018年12月（1.03±0.24）mg/m3、2019年1月（1.12±0.23） mg/m3和2020年12月（0.97±0.23）mg/m3，最低值出現(xiàn)的月份有 2016年 8月 （0.63±0.10）mg/m3、2017年8月 （0.72±0.10）mg/m3、2018年7月（0.62±0.15） mg/m3、2019年7月（0.60±0.08） mg/m3和2020年8月（0.55±0.12）mg/m3。這一趨勢的出現(xiàn)有三方面的原因：第一，12月到次年2月大氣污染源排放強度增大，大氣污染物排放量增加，例如作為大氣顆粒物（PM2.5和PM10）的主要來源，機動車尾氣、燃煤和道路揚塵產(chǎn)生的大氣顆粒物在12月到次年2月顯著上升[22]；第二，12月到次年2月溫度較低且濕度較高，光照強度比較弱，大氣層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這些天氣條件對大氣污染物的稀釋與擴散會產(chǎn)生不利的影響[24]；第三，杭州市在5—9月降水充沛，大氣濕沉降消減了空氣中的大氣污染物[25]。根據(jù)上述五項大氣污染物月均質(zhì)量濃度的變化趨勢，環(huán)保部門應(yīng)該針對12月到次年2月大氣污染嚴(yán)重的現(xiàn)象，加大大氣污染防治力度，減輕大氣污染排放源的排放強度，從而有效地遏制大氣污染現(xiàn)象。

圖4 杭州市2016—2020年六項大氣污染物的月均濃度變化Fig.4 Monthly average concentration changes of six air pollutants in Hangzhou from 2016 to 2020

O3-8h的月均質(zhì)量濃度變化趨勢與其他五項大氣污染物不同。2016—2020年O3-8h的月均質(zhì)量濃度最高值出現(xiàn)在5—9月，分別為2016年8月（149.3±39.2） μg/m3、2017年5月（154.4±59.5） μg/m3、2018年6月（136.0±39.4）μg/m3、2019年9月（148.1±54.0）μg/m3和 2020年5月（128.2±46.6）μg/m3；O3-8h的月均質(zhì)量濃度低值出現(xiàn)在12月到2月，分別為2016年1月（48.6±19.7）μg/m3、2017年12月（43.3±27.4） μg/m3、2018年12月（30.1±19.0） μg/m3、2019年1月（41.7±26.9）μg/m3和2020年12月（38.4±22.1）μg/m3。O3-8h的月均質(zhì)量濃度變化與光化學(xué)反應(yīng)有關(guān)[26]，夏季太陽光輻射強，光化學(xué)反應(yīng)強，臭氧生成速率快；冬季由于顆粒物污染嚴(yán)重使到達(dá)地表的太陽輻射被極大削弱，從而抑制了臭氧的生成[27]。分析2016—2020年每個月O3-8h日均質(zhì)量濃度超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）一級標(biāo)準(zhǔn)限值的天數(shù)，得到每個月O3-8h日均質(zhì)量濃度的超標(biāo)百分比，發(fā)現(xiàn)2016、2017和2018年共有6個月的超標(biāo)百分比大于60%，2019年有5個月的超標(biāo)百分比大于60%，2020年有4個月的超標(biāo)百分比大于60%。O3-8h日均質(zhì)量濃度超標(biāo)百分比大于60%的月份仍然較多，臭氧污染問題依舊十分嚴(yán)峻，應(yīng)當(dāng)引起足夠重視。

2.4 大氣污染物之間及其與氣象因素之間相關(guān)性分析

2.4.1 大氣污染物之間相關(guān)性分析

利用SPSS軟件去研究PM2.5、PM10、O3-8h、CO、NO2和SO2之間的相互關(guān)系，其中PM2.5和PM10的相關(guān)性系數(shù)達(dá)到0.96（表1），屬于極強正相關(guān)性，表明不同粒徑的大氣顆粒物（包括PM2.5和PM10）排放具有明顯的協(xié)同作用。大氣顆粒物與NO2、CO和SO2均呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性，這是由于大氣顆粒物、NO2、CO和SO2都具有工業(yè)排放、燃料燃燒和汽車尾氣等來源，此外PM2.5和CO相關(guān)性系數(shù)達(dá)0.80，表明杭州市大氣污染中PM2.5與CO的貢獻(xiàn)或有協(xié)同性，O3-8h與PM2.5、PM10、CO和NO2的相關(guān)性系數(shù)分別為-0.67、-0.60、-0.74和-0.63，屬于強負(fù)相關(guān)，來自汽車尾氣的氮氧化物（NOx）和工業(yè)排放的VOCs是大氣顆粒物和O3-8h形成的前體物，這是O3-8h與大氣顆粒物呈強負(fù)相關(guān)的主要原因。人類活動產(chǎn)生的NOx和CO等一次污染物經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)可生成二次污染物O3-8h，這是O3-8h、CO和NO2呈強負(fù)相關(guān)的主要原因[20]。SO2、NO2和CO之間的相關(guān)性也較顯著，這是由于它們具有相似的來源（燃料燃燒、機動車尾氣和工業(yè)排放等）。

表1 2016—2020年杭州市基于月均值各大氣污染物之間的相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation coefficient between each air pollutant in Hangzhou based on monthly averages from 2016 to 2020

2.4.2 大氣污染物與氣象因素之間相關(guān)性分析

此前的研究表明，氣象條件可以通過影響大氣污染物的混合方式和二次大氣污染物的形成來改變大氣污染物的濃度[28-30]。本文利用SPSS軟件對杭州市2016—2019年杭州市不同季節(jié)各大氣污染物月均質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)與對應(yīng)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。

表2 2016—2019年杭州市不同季節(jié)各大氣污染物與氣象參數(shù)的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficient of each air pollutant with meteorological parameters in different seasons in Hangzhou from 2016 to 2019

分析結(jié)果顯示，溫度對杭州市大氣污染物濃度的影響最大，相對濕度、降雨量和日照時長對杭州市大氣污染物濃度的影響較大，風(fēng)速對大氣污染物濃度的影響最小。在不同季節(jié)溫度與O3-8h均呈顯著正相關(guān)（R：0.39～0.91，P＜0.01），這是由于溫度作為影響光化學(xué)反應(yīng)的重要因子之一，它的升高將加快光化學(xué)反應(yīng)速率，促進(jìn)O3生成。在不同季節(jié)溫度與PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2呈顯著負(fù)相關(guān)，因為溫度升高將加劇大氣湍流交換，增強大氣污染物垂直與水平擴散，使污染物濃度降低。夏季相對濕度與各大氣污染物均呈負(fù)相關(guān)，因為夏季相對濕度過大，空氣中的水蒸氣易凝結(jié)成核發(fā)生濕沉降，有利于大氣污染物的去除[31]。夏季降雨量與各大氣污染物均呈負(fù)相關(guān)，因為杭州市雨季出現(xiàn)在夏季[23]，降雨是清除大氣污染物的重要途徑。日照時長與O3-8h均呈極顯著正相關(guān)（R：0.50～0.70，P＜0.01），其中夏季相關(guān)性系數(shù)最大，為0.70，冬季相關(guān)性系數(shù)最小，為0.50，此外日照時長具有夏季長、冬季短的特點，這與O3-8h濃度夏季高、冬季低變化趨勢一致。日照時長與PM2.5、PM10、SO2、CO 和 NO2呈顯著負(fù)相關(guān)，并且在冬季各大氣污染物與日照時長的負(fù)相關(guān)性最大，其中與PM2.5的相關(guān)性系數(shù)為-0.61，與PM10的相關(guān)性系數(shù)為-0.53，與SO2的相關(guān)性系數(shù)為-0.46，與CO的相關(guān)性系數(shù)為-0.48，與NO2的相關(guān)性系數(shù)為-0.67。分析原因可能是在日照時長較短的冬季，大氣層結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，從而減緩了大氣污染物的擴散速度，使得區(qū)域大氣污染物具有較高的濃度[32]。夏季風(fēng)速與各大氣污染物均呈負(fù)相關(guān)，秋季除CO外，風(fēng)速與大氣污染物呈負(fù)相關(guān)，因為風(fēng)能夠加強大氣流動，有利于大氣污染物的擴散、稀釋與傳輸，有效地降低大氣污染物的濃度[33]。

3 結(jié)論

（1）2016—2020年，PM2.5和PM10的日均質(zhì)量濃度超標(biāo)率分別為16.4%、11.5%、8.2%、4.9%、3.0%和2.2%、4.1%、3.8%、2.2%、1.4%，日均質(zhì)量濃度的超標(biāo)率逐年降低，大氣顆粒物污染明顯減輕；2016—2019年，O3的日均質(zhì)量濃度超標(biāo)率為14.2%、15.9%、11.5%和16.4%，呈緩慢上升趨勢。2016—2020年，PM2.5、PM10、NO2、CO和SO2的年均質(zhì)量濃度分別下降了38.5%、31.5%、16.3%、15.5%和50.8%，空氣質(zhì)量取得了明顯的改善，2016—2019年O3濃度緩慢上升3.6%，O3污染問題仍亟待解決。

（2）六項大氣污染物的季節(jié)變化特征明顯，其中 PM2.5、PM10、NO2、CO 和 SO2的質(zhì)量濃度均表現(xiàn)出春冬季高，夏秋季低的趨勢，而O3在春季和夏季污染較重，秋季和冬季污染較輕。在月均質(zhì)量濃度上 PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO 有相同的月均質(zhì)量濃度變化趨勢，最高值出現(xiàn)在12月到次年2月，最低值出現(xiàn)在5—9月，O3月均質(zhì)量濃度高、低值出現(xiàn)的月份卻剛好相反。此外，2016年、2017年和2018年均有6個月O3日均質(zhì)量濃度的超標(biāo)率大于60%，2019年有5個月O3日均質(zhì)量濃度的超標(biāo)率大于60%，2020年有4個月O3日均質(zhì)量濃度的超標(biāo)率大于60%，O3超標(biāo)情況仍然十分嚴(yán)峻。

（3）O3與NO2的相關(guān)性系數(shù)為-0.63，呈較強負(fù)相關(guān)，其原因與光化學(xué)反應(yīng)有關(guān)，機動車尾氣排放的NO2等一次污染物經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)可以有效促進(jìn)二次污染物O3的生成，因此，通過控制機動車尾氣排放可以減輕杭州市O3污染問題。

（4）氣象因素中，溫度對杭州市大氣污染物濃度的影響最大，在不同季節(jié)O3與溫度均呈顯著正相關(guān) （R：0.39～0.91，P＜0.01），PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2與溫度呈顯著負(fù)相關(guān)；相對濕度、降雨量和日照時長對杭州市大氣污染物濃度的影響較大，其中相對濕度和降雨量在夏季與各大氣污染物均呈顯著負(fù)相關(guān)，這與杭州市夏季濕沉降作用較強有關(guān)，在不同季節(jié)日照時長與O3呈極顯著正相關(guān)（R：0.50～0.70，P＜0.01）。