春節(jié)期間燃放煙花爆竹對安慶市空氣質(zhì)量的影響

石 歡，周子為，陳 琛，李法松

（安慶師范大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，安徽安慶246133）

近年來，隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，大氣污染日益嚴(yán)重，并成為限制我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素之一[1-2]。大氣污染物主要包括PM10、PM2.5、NOx、SO2、CO、O3。在大氣中，可吸入顆粒物PM10和細(xì)顆粒物PM2.5是形成霧霾的主要污染物，尤其是冬季，大氣對流層較低，局部地區(qū)會(huì)出現(xiàn)逆溫層，甚至?xí)鹬囟褥F霾等惡劣天氣[3]。霧霾對人體健康和大氣環(huán)境具有嚴(yán)重的影響[4-7]。大氣中的SO2主要來源于含硫礦石的冶煉、含硫燃料的燃燒、煉油和硫酸等生產(chǎn)過程[8]。NOx種類很多，主要污染物為NO2。天然排放的NOx主要來自土壤和海洋中有機(jī)物的分解，屬于自然界的氮循環(huán)過程。人為活動(dòng)排放的NOx，大部分來自化石燃料的燃燒過程，也有來自生產(chǎn)、使用硝酸的過程。NOx對環(huán)境的損害極大，它既是形成酸雨的主要物質(zhì)之一，也是形成大氣中光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)和消耗O3的重要因子[9-12]。

煙花爆竹含有硝、硫磺等助燃性材料，燃燒后會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的刺激性煙霧，同時(shí)含有硝、二氧化硫等化學(xué)性污染物，鎂、銅、銫等金屬顆粒物[13]。大量研究數(shù)據(jù)表明：煙花爆竹燃放對大氣中顆粒物的濃度，特別是對細(xì)顆粒物的濃度影響最大，對大氣中SO2、NOx的濃度增加也有相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。煙花爆竹燃放時(shí)產(chǎn)生的PM2.5中主要離子按含量從大到小排序依次為K+、SO42-、NO3-、S、Al、Ca2+。煙花爆竹的燃放不僅降低能見度，而且會(huì)對人體造成嚴(yán)重的危害[14]。為此，很多城市采取禁止燃放煙花爆竹的行政管理手段來減少大氣污染物的排放[15]。安慶市政府頒布了《安慶市燃放煙花爆竹管理?xiàng)l例》，自2018年1月1日起實(shí)施。本文以安慶市為例研究春節(jié)期間煙花爆竹的燃放對空氣質(zhì)量的影響。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域概況

安慶市位于皖西南，長江下游北岸，皖河入江處，西接湖北，南鄰江西，毗鄰大別山主峰，東南倚黃山余脈。安慶地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，平均氣溫14.5～16.6℃，年平均氣溫隨地勢的升高而降低。全城市區(qū)分為迎江、大觀、宜秀3個(gè)區(qū)，面積為821平方公里，市區(qū)常住人口80萬左右。

《安慶市燃放煙花爆竹管理?xiàng)l例》中規(guī)定，安慶市城區(qū)執(zhí)行該條例的具體范圍為環(huán)城西路以東、中山大道以南、秦潭路以西和沿江路以北區(qū)域。限制燃放煙花爆竹區(qū)域內(nèi)，除農(nóng)歷除夕至正月初八外，禁止燃放煙花爆竹。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理方法

在安慶市區(qū)設(shè)置4個(gè)空氣監(jiān)測站，分別為馬山賓館、環(huán)科所、安慶師范大學(xué)和聯(lián)富花園，對市區(qū)的空氣進(jìn)行24小時(shí)的監(jiān)測并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095）二級標(biāo)準(zhǔn)[16]，將4個(gè)空氣監(jiān)測站的空氣質(zhì)量平均值作為空氣質(zhì)量狀況的依據(jù)，對安慶市區(qū)2016到2019年春節(jié)期間空氣質(zhì)量狀況進(jìn)行分析。文中所采用的空氣質(zhì)量資料取自安慶市環(huán)保局空氣質(zhì)量日報(bào)監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于市環(huán)科所、馬山賓館、聯(lián)富花園、安慶師范大學(xué)4個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)，包括PM2.5、PM10、CO、NO2、SO2、O3、AQI值共7項(xiàng)指標(biāo)。本文主要搜集安慶市區(qū)2016年至2019年的春節(jié)期間（臘月二十到正月初八）空氣污染指標(biāo)的557個(gè)樣本作為數(shù)據(jù)源（24小時(shí)平均數(shù)據(jù)）。

利用Excel等軟件處理分析獲得的數(shù)據(jù)，做出各項(xiàng)污染物的變化趨勢折線圖和天氣狀況變化折線圖，采用大氣污染綜合指數(shù)法進(jìn)行評價(jià)，以《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095—2012）中的二級標(biāo)準(zhǔn)作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[16]。評價(jià)公式為

其中，P表示大氣污染物綜合指數(shù)，Pi表示污染物i的分指數(shù)，Ci表示污染物i的年平均濃度，Si表示污染物i的二級標(biāo)準(zhǔn)濃度。

2 數(shù)據(jù)結(jié)果與分析

2.1 PM10濃度變化分析

圖1為2016—2019年春節(jié)期間PM10濃度變化趨勢圖。2016年、2017年安慶市均未禁止燃放煙花爆竹，2018年、2019年分別為禁燃的第一年和第二年。從圖1中可以明顯觀察到，2016年、2017年除夕到正月初一PM10濃度驟增，而2018年P(guān)M10濃度較前兩年總體大幅度下降；2019年除夕到正月初一的PM10濃度驟增，增幅甚至超過了2018年，但此后濃度水平驟減，且低于2018年同時(shí)期的PM10濃度水平。2016年P(guān)M10除夕濃度為140μg/m3、正月初一達(dá)233μg/m3，為除夕PM10濃度的1.7倍，上升了66.42%；2017年P(guān)M10濃度除夕為171μg/m3、正月初一為201μg/m3，，相比除夕上升了17.54%；而2018年P(guān)M10濃度除夕為121μg/m3、正月初一為146μg/m3，雖上升了20.66%，但在正月初一的峰值濃度僅為146μg/m3；2019年P(guān)M10濃度除夕為228μg/m3，正月初一濃度達(dá)到峰值，為331μg/m3，相比除夕上升了45.18%，但正月初二時(shí)PM10濃度驟減至91μg/m3，相比正月初一減少了72.51%。通過數(shù)據(jù)對比，可知2018年實(shí)施的禁燃條例對治理安慶市環(huán)境空氣中的PM10起到了積極作用。

2.2 PM2.5濃度變化分析

圖2為2016—2019年春節(jié)期間PM2.5濃度變化趨勢圖，與PM10類似，原因是大氣中PM10的排放源與PM2.5的排放源大致相同，天氣狀況對顆粒物的擴(kuò)散相同。2016年除夕PM2.5濃度為100μg/m3，正月初一為138μg/m3，上升38%；2017年除夕PM2.5濃度為131μg/m3，正月初一為168μg/m3，上升28.24%；2018年除夕PM2.5濃度為109μg/m3，正月初一為137μg/m3，上升25.68%，且污染值持續(xù)時(shí)間較短。由于條例允許除夕至正月初八期間可燃放煙花爆竹，故與臘月期間相比仍有明顯上升趨勢，但2018年P(guān)M2.5的峰值濃度也只有137μg/m3，相比2016年和2017年分別下降29.92%和22.62%；2019年P(guān)M2.5的峰值濃度達(dá)256μg/m3，但后一天濃度水平便急劇下降到77μg/m3，整體呈減少的趨勢。以上數(shù)據(jù)表明了煙花禁燃抑制了2018年環(huán)境中的PM2.5濃度的升高。

圖1 2016—2019年春節(jié)期間PM10變化趨勢圖

圖2 2016—2019年春節(jié)期間PM2.5變化趨勢圖

2.3 SO2濃度變化分析

圖3為2016—2019年春節(jié)期間SO2濃度變化趨勢圖。由圖3可見，2016年和2017年春節(jié)期間SO2濃度平均值分別為21.66μg/m3和20.78μg/m3，而2018年春節(jié)期間SO2平均值為16.10μg/m3，相比2016和2017年分別降低了34.53%和29.06%；2019年春節(jié)期間的SO2平均值為9.68μg/m3，相比2016和2017年分別降低了55.31%和53.41%。2016年SO2濃度在除夕和正月初一分別為27μg/m3和48μg/m3，正月初一相比除夕，SO2濃度上升了77.78%；2017年SO2濃度在除夕和正月初一分別為25μg/m3和60μg/m3，正月初一相比除夕，SO2濃度上升了140%；而2018年SO2濃度除夕為13μg/m3，正月初一為16μg/m3，僅上升了18.75%，而2019年SO2濃度除夕為10μg/m3，正月初一為18μg/m3，相比2016年和2017年都有明顯的降低。上述數(shù)據(jù)一方面表明2018年頒布的禁燃條例對SO2的排放有明顯的抑制作用，也說明燃放煙花爆竹是城市居住大氣環(huán)境中SO2的主要來源之一。

2.4 NO2濃度變化分析

圖4為2016—2019年春節(jié)期間NO2濃度變化趨勢圖。由圖4可見，NO2的濃度在2016—2019年的除夕到正月初二期間均在下降，而此前則呈大幅度波動(dòng)，說明煙花爆竹的排放對NO2無明顯影響，安慶市是唯一的石油化工與居民住宅區(qū)一體化的城市，NO2的主要來源是石油化工及機(jī)動(dòng)車輛尾氣。2016年至2019年春節(jié)期間，NO2平均濃度分別為37.31μg/m3、36.84μg/m3、41.15μg/m3和25.37μg/m3。2016年除夕NO2濃度為32μg/m3，正月初一為29μg/m3，下降10.34%；2017年除夕NO2濃度為29μg/m3，正月初一為41μg/m3，上升41.37%；而2018年除夕NO2濃度為24μg/m3，正月初一為20μg/m3，下降16.67%；2019年除夕NO2濃度為21μg/m3，正月初一為17μg/m3，下降15%。而自從2018年實(shí)行禁燃條例后，2018和2019年正月初二后NO2濃度相較于前兩年有明顯的減少，并整體趨于穩(wěn)定。

圖3 2016—2019年春節(jié)期間SO2變化趨勢圖

圖4 2016—2019年春節(jié)期間NO2變化趨勢圖

2.5 O3（8 h）濃度變化分析

圖5為2016—2019年春節(jié)期間O3濃度變化趨勢圖。圖5表明，2016年整個(gè)春節(jié)期間的O3濃度均保持在（19～31）μg/m3范圍內(nèi)，無較大波動(dòng)，均值為23.94μg/m3；2017年除夕O3濃度為87μg/m3，正月初一為84μg/m3，正月初二為56μg/m3，正月初二相比除夕和正月初一分別下降55.35%和50%，相比2016年春節(jié)期間平均濃度升高212%；2018年春節(jié)期間的O3平均濃度為92.63μg/m3，比2016年升高287%，在臘月二十九到正月初一期間O3濃度又有明顯下降，但最大值依然達(dá)121μg/m3；2019年春節(jié)期間的O3平均濃度為45.84μg/m3，比2016年升高了47.87%。從整體數(shù)據(jù)上分析，近3年來O3的濃度相較于2016年有大幅度增加，盡管條例對O3的污染有小程度抑制作用，但并不明顯。較為合理的解釋仍是O3的排放與NO2類似，機(jī)動(dòng)車輛、石油化工企業(yè)污染排放導(dǎo)致O3作為一種光化學(xué)污染物的排放量大大增加。

2.6 CO濃度變化分析

圖6表明，2016年至2019年春節(jié)期間CO的平均濃度分別為0.92 mg/m3，0.83 mg/m3，0.78 mg/m3，0.92 mg/m3，2018年相較于前兩年有明顯的降低趨勢，相比2016年和2017年分別降低了17.94%和6.41%。2016年CO濃度除夕為0.7 mg/m3，正月初一為0.9 mg/m3；2017年除夕1.1mg/m3，正月初一1.1 mg/m3；2018年除夕為0.8 mg/m3，正月初一0.7 mg/m3；2019年除夕為1.4 mg/m3，正月初一1.5 mg/m3。四年春節(jié)期間CO濃度均在（0.4～1.5）mg/m3范圍內(nèi)，無較大波動(dòng)，保持相對穩(wěn)定水平，但從總體趨勢來說，條例的頒布實(shí)施仍對CO污染有一定改善作用。

圖5 2016—2019年春節(jié)期間O3變化趨勢圖

圖6 2016—2019年春節(jié)期間CO變化趨勢圖

2.7 各年份污染物平均濃度水平

對每日數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，獲得2016年至2019年城區(qū)的PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3的變化值，具體如表1所示。近4年安慶市春節(jié)期間環(huán)境空氣質(zhì)量檢測資料統(tǒng)計(jì)顯示春節(jié)期間全市SO2濃度范圍為（16.105～21.667）μg/m3，污染較輕且24小時(shí)平均值達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)，但是有污染加重的趨勢，NO2濃度的24小時(shí)均值范圍為（36.842～41.157）μg/m3，達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)，變化趨勢不太明顯，PM10與PM2.5有遞增趨勢，也達(dá)到國家二級水平；O3含量在2017年明顯驟增，但從表1可以看出，2018年執(zhí)行了禁止燃放煙花爆竹的條例后，2018年春節(jié)期間各項(xiàng)污染物濃度均有所下降或增加趨勢不明顯。

表1 安慶市近4年春節(jié)期間各項(xiàng)污染物的日均濃度及AQI值（等級）

2.8 AQI值變化趨勢及空氣質(zhì)量等級分析

從表1可以看出，2016—2019年近4年春節(jié)期間的臘月二十八到正月初二，AQI值平均100左右。2018年頒布實(shí)施禁燃條例后，因除夕到正月初八期間仍允許燃放煙花爆竹，這導(dǎo)致AQI值大幅上升。因AQI的定義為IAQI中的最大值，2018年的O3濃度相比2016年和2017年有大幅度提升，所以2018年AQI值比2016年的大。通過對臘月二十到正月初八為期19天的空氣質(zhì)量統(tǒng)計(jì)，2016年空氣質(zhì)量優(yōu)占比11%，良占比50%，出現(xiàn)重度污染天氣6%；2017年無空氣質(zhì)量優(yōu)天氣，良占比33%，輕度污染天氣占較大比重，為56%，重度污染天氣占6%；2018年空氣質(zhì)量優(yōu)占比5%，良占比47%，重度污染天氣占比16%，相比2017年有明顯好轉(zhuǎn)；2019年空氣質(zhì)量優(yōu)占比15%，良占比45%，重度污染天氣占比10%，相比2018年，2019年春節(jié)期間空氣質(zhì)量優(yōu)天氣有較大增多，重度污染天氣也有相當(dāng)程度的減少。

3 氣象因素對春節(jié)期間空氣質(zhì)量的影響

研究表明，除了受春節(jié)期間高頻率、高密度的煙花爆竹集中燃放影響，氣象條件也影響空氣質(zhì)量。在污染物源不變的條件下，污染物的稀釋、擴(kuò)散、積累和清除主要取決于氣象狀況[12]。氣象狀況包括溫度、氣壓、風(fēng)速與風(fēng)向、相對濕度等因素[17]。

3.1 溫度變化與AQI值相關(guān)性分析

圖7～圖10表明，2016—2019年溫度趨勢圖與AQI變化的趨勢圖走勢基本保持一致，溫度下降，AQI值也下降，雖有時(shí)有延遲，但總體走勢保持一致，這說明AQI與氣溫呈正相關(guān)[18]。大量研究表明，SO2的清除機(jī)制與氣溫沒有直接關(guān)系，因此相關(guān)性不確定。NO2濃度與氣溫變化基本呈負(fù)相關(guān)，而O3與氣溫變化呈正相關(guān)，這是因?yàn)楦邷厍以趶?qiáng)烈紫外線的照射下，會(huì)促使NO2與VOCS等反應(yīng)生成O3等二次污染物。安慶市冬季在靜穩(wěn)天氣下，貼地的逆溫持續(xù)存在，使得近地大氣層穩(wěn)定、風(fēng)速小、湍流弱、大氣擴(kuò)散能力弱，春節(jié)期間的煙花爆竹集中燃放，強(qiáng)污染源和大氣擴(kuò)散能力弱是春節(jié)期間出現(xiàn)重污染的主要原因[19-23]。

3.2 其他氣象影響因素分析

大量研究表明，風(fēng)速和風(fēng)向主要影響大氣污染物的擴(kuò)散、稀釋和積累，不同的污染物表現(xiàn)特征不同，PM10和PM2.5濃度值先隨著風(fēng)速的增加而減小[24]，而當(dāng)風(fēng)速到達(dá)一定值以后，濃度值又隨風(fēng)速的增大而增大。安慶市具有季風(fēng)的特征，春節(jié)期間，安慶市一般風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)3～4級和東北風(fēng)4～5級，風(fēng)速大利于污染物的擴(kuò)散。氣壓與SO2呈顯著正相關(guān)。冬季安慶市近地層容易形成大氣逆溫，這導(dǎo)致污染物不容易向高空擴(kuò)散，環(huán)境自凈能力大幅下降。但是春節(jié)期間降雨量充沛，會(huì)出現(xiàn)大風(fēng)降雨或連續(xù)陰雨的天氣，相對濕度會(huì)比較高，相對濕度又影響著降雨量，降雨量與SO2、PM10呈極顯著負(fù)相關(guān)，降雨對硫酸鹽顆粒及大顆粒有明顯的去除作用[25-27]。

圖7 2016年春節(jié)期間溫度與AQI值變化趨勢圖

圖8 2017年春節(jié)期間溫度與AQI值變化趨勢圖

圖9 2018年春節(jié)期間溫度與AQI值變化趨勢圖

圖10 2019年春節(jié)期間溫度與AQI值變化趨勢圖

4 總結(jié)

通過對安慶市區(qū)近4年春節(jié)期間主要污染物的監(jiān)測分析發(fā)現(xiàn)，2018年1月1日煙花爆竹禁燃后，2018年與2019年春節(jié)期間空氣中的PM2.5、PM10、SO2、NOx、CO及O3等濃度值，無論在污染程度還是持續(xù)時(shí)間上都有明顯的降低。除夕到正月初二期間為燃放煙花爆竹的集中時(shí)間，各項(xiàng)污染物濃度均有增加，說明煙花爆竹燃放短時(shí)間內(nèi)對空氣質(zhì)量的影響顯著，但2018年的禁燃條例實(shí)施后，2018年與2019年春節(jié)期間，無論是AQI值還是各項(xiàng)污染物的具體濃度，較2016年和2017年總體均有大幅度下降，可以得出《安慶市燃放煙花爆竹管理?xiàng)l例》對空氣質(zhì)量有明顯改善。復(fù)雜多變的氣象條件對污染物的濃度變化起著重要作用，溫度、相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向?qū)ξ廴疚锏臄U(kuò)散均有很強(qiáng)的影響。小風(fēng)、逆溫均不利于污染物的擴(kuò)散，使污染物濃度不斷積累，形成持續(xù)性污染，而冷空氣活動(dòng)及降水對污染物的擴(kuò)散有明顯的作用。