2018-2020 年鞏義市大氣污染物變化特征分析

曹紅玲，陳 浩

（鄭州市生態(tài)環(huán)境局鞏義分局，河南 鞏義 451200）

1 引言

有研究表明，城市污染物濃度變化受氣象條件的影響顯著，在穩(wěn)定的氣象條件下污染物濃度是風(fēng)速較高條件下的數(shù)十到數(shù)百倍，尤其在冬季，空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）與相對(duì)濕度呈顯著的正相關(guān)，與降水量、氣溫、風(fēng)速呈顯著的負(fù)相關(guān)。另外，從貢獻(xiàn)程度來(lái)看，不同城市顆粒物來(lái)源復(fù)雜且貢獻(xiàn)占比差異明顯，主要為工業(yè)源、移動(dòng)源、道路及工地?fù)P塵、燃煤源等，O3濃度高低與氣象條件有密切聯(lián)系，其中降水明顯減少和溫度偏高是導(dǎo)致濃度升高的重要因素。

鞏義市地處丘陵，北依邙嶺南靠嵩山，屬溫帶季風(fēng)氣候，建成區(qū)常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)閺?qiáng)西南風(fēng)與東風(fēng)、東北風(fēng)；產(chǎn)業(yè)以煤炭、電力、鋼鐵、電解鋁、鋁材、耐材類型為主，大氣污染物排放量高；市區(qū)分為新、老兩個(gè)城區(qū)，老城區(qū)多老建筑，燃煤替代率尚未完全達(dá)到100%；新城區(qū)周邊多建筑/拆遷/市政等工地，工地面積龐大，分布密集。受以上多種因素影響，當(dāng)?shù)馗黜?xiàng)大氣污染物濃度持續(xù)偏高，污染物“易集聚、難擴(kuò)散”，環(huán)境攻堅(jiān)任務(wù)艱巨。

文章利用2018-2020 年鞏義市氣象（降雨量、風(fēng)速、氣溫）、空氣六參、工業(yè)企業(yè)排放量等觀測(cè)資料和排放數(shù)據(jù)，進(jìn)行特征性變化分析，以期為鞏義市環(huán)境大氣治理提供初步理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 觀測(cè)數(shù)據(jù)處理

環(huán)境空氣質(zhì)量觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于鞏義市環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站2018-2020 年空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）、可吸入顆粒物（PM10）、細(xì)顆粒物（PM2.5）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）及臭氧（O3）的逐日數(shù)據(jù)。并根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）針對(duì)環(huán)境空氣污染物質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)有效性和數(shù)據(jù)連續(xù)性的要求，對(duì)所得空氣質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。

2.2 工業(yè)企業(yè)排放數(shù)據(jù)

企業(yè)排放數(shù)據(jù)來(lái)源于鞏義市工業(yè)企業(yè)在線排放數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)，包含目前已納入國(guó)家監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)涉氣企業(yè)38 家，數(shù)據(jù)僅為有組織排放，其他無(wú)組織排放情況因無(wú)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，無(wú)法統(tǒng)計(jì)。

2.3 氣象數(shù)據(jù)資料

氣象數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)中氣象數(shù)據(jù)資料。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括時(shí)間、站點(diǎn)編號(hào)、風(fēng)速、風(fēng)向、降水量、氣溫等。文章所用數(shù)據(jù)是2019-2020 年的鞏義市各氣象站點(diǎn)的風(fēng)速、風(fēng)向、降水量、氣溫?cái)?shù)據(jù)，經(jīng)算數(shù)平均得到的月均值。

2.4 風(fēng)向、風(fēng)頻玫瑰圖

該數(shù)據(jù)資料中風(fēng)向按照16 方位，通過(guò)對(duì)風(fēng)向及風(fēng)速統(tǒng)計(jì)分析，得到全年風(fēng)頻、風(fēng)速玫瑰圖。

3 結(jié)果與討論

3.1 地形及氣候條件分析

受伊洛河谷影響，鞏義市存在一個(gè)東北到西南的自然風(fēng)道，迫使從偏西方向來(lái)的氣流，都轉(zhuǎn)成西南風(fēng)，從偏東來(lái)的氣流都形成東或東北風(fēng)，全年最多為西南風(fēng)（頻率17%），其次為東風(fēng)（頻率13%）；風(fēng)速方面南風(fēng)、南西風(fēng)風(fēng)速較強(qiáng)（年平均風(fēng)速超2.8 m/s），西風(fēng)多且弱，少西北風(fēng)和北風(fēng)。

從2019-2020 年鞏義市平氣象數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以看出，鞏義市全年降水較為集中的月份為7～9 月，2019 年降雨量較多，雨季延遲1 個(gè)月，使10 月份空氣質(zhì)量持續(xù)改善，PM2.5連續(xù)4 個(gè)月達(dá)到空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。由于雨量增多、雨季延遲，大氣中顆粒物得到有效的沉降，在11 月、12 月中，遇不利的氣象條件，污染峰值降低，為年度指標(biāo)的完成做出了巨大貢獻(xiàn)。

降雨量：鞏義市降雨較為集中的月份為6～10 月份。2020 年5 月、7 月、8 月降雨量較2019 年有所增多，其余時(shí)段降雨量偏少，不做統(tǒng)計(jì)。從PM10數(shù)據(jù)變化顯示，說(shuō)明降雨量增加對(duì)顆粒物沉降作用顯著。

平均風(fēng)速：2020 年上半年，擴(kuò)散條件較2019 年整體偏差，但排放量的減少使空氣質(zhì)量有所改善；10～12 月平均風(fēng)速較2019 年有所減小。從PM2.5數(shù)據(jù)顯示，不利的擴(kuò)散條件是造成PM2.5不降反升的主要原因之一。

氣溫：1～5 月、8～12 月氣溫相差不大，2020 年6～7 月相對(duì)較低，月均溫度較2019 年相差在2 ℃左右，優(yōu)良天累計(jì)情況來(lái)看，O3的生成與溫度的相關(guān)性較大，說(shuō)明溫度的降低，對(duì)爭(zhēng)得優(yōu)良天有較大影響。

3.2 工業(yè)企業(yè)排放分析

鞏義市是重工業(yè)城市，企業(yè)基礎(chǔ)龐大，有像大唐鞏義電力、中孚電力等省級(jí)電力企業(yè)，又有像昌泰不銹鋼、永通特鋼等鋼鐵企業(yè)，導(dǎo)致鞏義市污染本底值大，環(huán)境承載能力減弱。所以工業(yè)企業(yè)減排也是空氣質(zhì)量指數(shù)降低的重要途徑。以2020 年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析：從工業(yè)企業(yè)月度排放量變化趨勢(shì)來(lái)看，進(jìn)入秋冬季后，通過(guò)重污染天氣應(yīng)急管控措施，排放量下降明顯。尤其是12 月份，氣象條件極為不利時(shí)啟動(dòng)紅色預(yù)警管控，排放量與2 月份趨于持平，從排放量下降幅度來(lái)看，減排效果明顯。

3.3 污染因子變化分析

在排除了特殊氣象條件和傳輸?shù)扔绊懸蛩氐臈l件下，在2020-2022 年疫情管控措施使大氣污染物排放減少，空氣質(zhì)量顯著提高。為了反應(yīng)正常生產(chǎn)狀態(tài)下鞏義市各項(xiàng)污染因子濃度變化趨勢(shì)，選擇了2018-2019年與2019-2020年空氣質(zhì)量六參數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。

（1）PM10變化分析。分析歸結(jié)2018-2019 年與2019-2020 年P(guān)M10的變化趨勢(shì)，PM10在1～4 月濃度值偏高，易出現(xiàn)全年峰值。6～8 月PM10濃度處在平穩(wěn)狀態(tài)，年度差異不明顯，從9 月開始又有多個(gè)峰值出現(xiàn)。

（2）PM2.5變化分析。分析總結(jié)2018-2019 年與2019-2020 年P(guān)M2.5的變化趨勢(shì)，峰值基本集中在1～3 月和11～12 月這段時(shí)間，即秋冬季為全年細(xì)顆粒物重點(diǎn)防控時(shí)段。2020 年受疫情影響在2～3 月濃度整體下降，但在11～12 月濃度出現(xiàn)嚴(yán)重反彈，同比升高了30%。

（3）SO2變化分析。對(duì)比2018 年SO2月累計(jì)濃度變化趨勢(shì)，2019 年同比均有所改善，且改善幅度明顯，其中10 月同比改善69.23%，為全年改善幅度最高的月份，相對(duì)較差的為1 月份，改善幅度僅為5.00%。對(duì)比同期SO2日濃度變化趨勢(shì)來(lái)看，2020年同比改善明顯，污染峰值主要集在1～2 月份，3～8月份變化較為平穩(wěn)，9 月份開始，同比出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，10 月份尤為明顯。

（4）NO2變化分析。對(duì)比2018 年NO2月累計(jì)濃度變化趨勢(shì)，2019 年同比均有所改善，其中10 月份改善幅度最高，達(dá)44.68%，相對(duì)較差的為1 月份，改善幅度為7.02%。對(duì)比同期NO2日濃度變化趨勢(shì)來(lái)看，2020 年1～2 月份，峰值及濃度值整體偏低；3～8 月份，較同期基本持平；9～11 月份，NO2峰值出現(xiàn)頻次多，濃度值較同期反彈嚴(yán)重。12 月份，啟動(dòng)紅色預(yù)警及加嚴(yán)管控后，峰值明顯下降。

（5）CO 變化分析。對(duì)比2018 年CO 月累計(jì)濃度變化趨勢(shì)，2019 年同比均有所改善，其中9 月份改善幅度最高，達(dá)55.56%，相對(duì)較差的為1 月份，同比持平。對(duì)比同期CO 日濃度變化趨勢(shì)來(lái)看，峰值主要集中在1～2 月及12 月，其余時(shí)段變化較為平穩(wěn)；其中1～2 月份同比有明顯下降，也為全年改善奠定基礎(chǔ)。

（6）O3-8h 變化分析。對(duì)比2018 年O3-8h 月累計(jì)濃度變化趨勢(shì)，2019 年有3 個(gè)月同比不降反升，其中11 月份反彈較為明顯，O3污染主要集中在夏季高溫時(shí)段，5～8 月均同比有所下降，但下降幅度較小。在夏季改善幅度較好的月份為8 月，改善率為18.18%，9 月污染較為突出，出現(xiàn)不降反升現(xiàn)象。對(duì)比同期O3-8h 日濃度變化趨勢(shì)來(lái)看，2020 年O3污染整體較同期有所緩解，但O3污染峰值較同期提前一個(gè)月達(dá)到中度污染；污染時(shí)段主要集中在5～9 月份，6 月和9 月份同比有明顯的改善。10 月份已不再因O3-8h 損失優(yōu)良天。

3.4 污染因子貢獻(xiàn)占比分析

對(duì)比各項(xiàng)因子污染貢獻(xiàn)占比發(fā)現(xiàn)，2019 年度O3-8h 占比20%，較2018 年度上升2%；PM10占比26%，較2018 年度上升1%。同比下降較為明顯的是SO2、NO2，分別下降2%、1%。其余各項(xiàng)污染因子占比不變。對(duì)比2019 年和2020 年污染因子貢獻(xiàn)占比圖可知，除SO2占比4%維持不變外，NO2占比上升2%，O3-8h 占比上升1%，PM2.5占比上升1%，PM10占比下降3%，CO 占比下降1%。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

受地形及氣象因素影響，鞏義市全年以西南風(fēng)（頻率17%）和東北風(fēng)（頻率13%）為主，第四季度風(fēng)速出現(xiàn)明顯下降，全年降水集中在7～9 月。污染排放疊加不利的擴(kuò)散條件是造成本地秋冬季顆粒物不降反升的主要原因之一，并且降雨量增加對(duì)顆粒物沉降作用顯著。

顆粒物（PM2.5、PM10）年際變化不顯著，秋冬季易出現(xiàn)不同程度反彈；CO、SO2、NO2同比均明顯改善；O3在污染高峰時(shí)段（5～9 月份）整體呈下降趨勢(shì)。

影響鞏義市空氣質(zhì)量的主要大氣污染物是PM2.5、PM10和O3-8h 三項(xiàng)指標(biāo)，三者之和對(duì)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)連續(xù)五年均大于70%。

4.2 建議

針對(duì)鞏義市大氣污染物的具體特征和地方氣候特點(diǎn)，在不影響地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提下，對(duì)其環(huán)境治理提出以下建議：

企業(yè)層面，各生產(chǎn)主體應(yīng)當(dāng)主動(dòng)開展臭氧與顆粒物協(xié)同管控措施，提高從原材料采購(gòu)、制備、存儲(chǔ)到生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的污染排放監(jiān)測(cè)、設(shè)備及時(shí)調(diào)用以及終端廢棄物收集、治理，開展生產(chǎn)過(guò)程全鏈條的精細(xì)化管理水平，保障污染物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

政府層面，在不斷調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、嚴(yán)格揚(yáng)塵污染防治的同時(shí)，制定相應(yīng)政策措施，深化清潔能源、材料的使用，建立生態(tài)環(huán)境、工信、發(fā)改以及市場(chǎng)監(jiān)管等部門聯(lián)合管控的治理機(jī)制，建設(shè)有機(jī)溶劑、廢活性炭集中處理中心，持續(xù)做好秋冬季重污染時(shí)段預(yù)警管控和夏季高溫時(shí)段分級(jí)分類管理。

社會(huì)力量方面，建立多方參與的體制和機(jī)制，將更多的高等院校、科研機(jī)構(gòu)與生產(chǎn)企業(yè)對(duì)接起來(lái)，構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研對(duì)接的橋梁和基礎(chǔ)理論研究、科研成果轉(zhuǎn)化、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面的平臺(tái)，為環(huán)境治理提供技術(shù)支撐和實(shí)踐基地。