郑州市春节禁止燃放烟花爆竹前后空气质量状况对比分析

马双良 王 楠 黄腾跃 王玲玲（河南省环境监测中心 河南 郑州 450000）

郑州市春节禁止燃放烟花爆竹前后空气质量状况对比分析

马双良 王 楠 黄腾跃 王玲玲（河南省环境监测中心 河南 郑州 450000）

结合城市空气质量常规监测数据、PM2.5化学成分数据和气象要素，分析了烟花爆竹燃放和扩散条件对郑州市春节空气质量的叠加影响。2015年郑州市未采取禁燃措施，造成持续14h以上的重度及严重污染，PM10、PM2.5和SO2浓度均急速增长，峰值浓度出现在初一凌晨1时左右，分别达到380μg/m3、271μg/m3、113μg/m3；NO2、CO和O3等气态污染物浓度响应不敏感；PM2.5中部分金属元素K、As、Ba、 Cu、Pb、Sr和Cl元素浓度也受烟花爆竹影响，在春节也出现了当月的峰值浓度。2016年春节开始实施禁燃规定后，PM2.5、PM10、SO2与PM2.5化学组分出现急速增长的特征消失，空气质量维持较好水平。

春节；重污染；禁燃；烟花爆竹；化学组分

1 引言

农历春节期间城市机动车和人口数量骤减、大部分工地、企业停工，本地及周边污染源排放量显著减少，对空气质量改善非常有利；但是烟花爆竹集中大量燃放，会导致空气质量瞬时恶化。因此，春节期间大气污染物的变化特征与平时秋冬季重污染天气有很大不同。相关研究表明，燃放烟花爆竹会在短时间内释放大量的二氧化硫、重金属及颗粒物等，比非燃放时期高出5倍左右。郑州市2016年重新开始在春节实施禁燃烟花爆竹，本文对近两年春节期间的常规大气污染物浓度进行分析，探讨除夕夜间烟花爆竹燃放对大气环境的影响。2015年郑州市处于恢复烟花爆竹燃放期，除夕夜间空气质量恶化显著，期间气象扩散条件不利，污染物积累并难以扩散，通常会延续长时间的重度或严重污染，危害市民身体健康，且能见度降低、造成出行不便。2016年实施禁燃措施后，空气质量和周边燃放烟花爆竹城市成显著差异，改善效果显著。

2 结果分析

2.1 春节气象总体情况

2015年与2016年春节期间郑州市气象状况总体情况：均无明显的强降温、强降水天气，除2015年初一温度变化比较平稳之外，风速、相对湿度、气压的变化趋势都较为一致，见图1。按中国习俗，居民燃放烟花爆竹的时间段主要是从除夕17时晚间至初一10时，其中23时至凌晨01时燃放量最大；该时段与白天相比湿度较高、边界层降低、大气层结变稳定，扩散条件相对略差。

图1 2015年及2016年郑州市除夕、初一气象要素

2.2 春节期间颗粒物浓度变化情况分析

2015年郑州市区未采取禁放烟花爆竹的规定，除夕至初一颗粒物浓度小时变化趋势与爆竹燃放量基本一致（图2）。春节期间大气扩散条件较有利，除夕白天地面以偏东风为主，空气相对湿度在40%左右，PM2.5浓度维持在57-96μg/m3之间。19：00湿度增至55%左右，烟花爆竹逐步燃放，空气污染程度随之加重，空气质量级别从轻度污染上升至严重污染，19：00至01：00PM2.5小时平均增长浓度为22μg/m3，零时左右鞭炮燃放量达到最大值，PM2.5浓度急剧攀升，并于01：00达到峰值271μg/m3，达到严重污染级别。此峰值持续至02：00后开始下降，在04：00达到谷值190μg/m3，但仍处于重度污染；初一上午随着燃放量再次增多，于08：00迎来次高峰值235μg/m3。10：00以后随着风力加大、湿度减小，PM2.5浓度缓慢下降至100μg/m3左右。PM10与PM2.5的变化规律基本相似，19：00至01：00PM2.5小时平均增长浓度为30μg/m3，于01：00达到峰值380μg/m3，在04：00达到谷值230μg/m3，09：00达到次峰值268μg/m3。

2016年实施禁燃规定后，除夕19：00至01：00 PM2.5与PM10增长速率仅为1μg/m3﹒h和3μg/m3﹒h，同时峰值消失。但在郊区由于有偷燃现象发生，根据郑州市不同站点的空气自动站数据对比结果显示，位于郊区的供水公司和岗李水库站点自除夕夜间至早上颗粒物浓度均明显高于市区站点（图3）。但整体来说，除夕至初一未出现长时间的中度及以上污染，基本维持在良至轻度污染的水平。

2.3 气态污染物浓度变化情况分析

烟花爆竹燃放对不同大气污染物影响存在明显差别。SO2的浓度响应最为明显；2015年春节空气相对湿度低于60%的情况，SO2与颗粒物的增长趋势一致，峰值浓度为113μg/m3。而2016年初一凌晨时刻SO2浓度值较高的原因可能是受当天局部排放源或者偷燃烟花爆竹引起的。

监测结果显示，NO2浓度与1、2月份均值相比，有明显的降低，这是由于NO2主要来源为机动车，在节假日期间机动车数量大大减少。其浓度随着烟花爆竹的燃放量增多并没有立即上升，未出现明显的峰值，且浓度浮动也没有一致的规律性（图2）。

图2 2015年及2016年除夕至初一污染物六因子浓度变化曲线

CO浓度受长时间排放积累影响较大，两年的小时值均比较稳定，日变化趋势不明显，受烟花爆竹燃放量干扰较小。

O3是通过光化学反应产生的，入夜之后浓度会降低，这与非燃放烟花爆竹期间趋势一致，因此燃放烟花爆竹对O3浓度影响不大。

2.4 PM2.5中化学成分变化情况分析

图4图5选取了两年春节前后20d左右的PM2.5中部分元素的小时浓度变化趋势。2015年初一（公历2月19日） 凌晨K、As、Ba、Cu、Pb、Sr和Cl浓度出现了明显的峰值。其中，K与Cl的质量浓度在19日0：00分别达到了41.3μg/m3与24.1μg/m3，分别为当月月均浓度的11.9倍和5.5倍，大幅增加的原因是烟花爆竹主要成分中含有高氯酸钾和其他氯酸盐。同时，As、Ba、Cu、Pb、Sr在19日零时也达到了当月 的 峰 值 ， 分 别 为 0.417、3.257、0.565、1.325、1.101μg/m3，为当月均浓度平均值的5.9、25.1、17.1、8.7、19.3倍。金属浓度升高的主要原因是：为了在烟花爆竹燃放时形成鲜艳明亮的颜色，会在其成分中添加金属或重金属盐类。上述七种元素19日0：00质量浓度之和占PM2.5小时质量浓度的百分比为31.9%，与2月非烟花爆竹燃放期间平均占比8%相比，有显著上升。而2016年春节期间，金属与氯浓度并没有明显的峰值出现，在初一0：00的浓度值反而比月均浓度有所下降，这是由于春节期间污染排放量减小，同时无烟花爆竹燃放，颗粒物浓度值较低，致使气溶胶中各项元素的含量也随之减小。

图3 2016年除夕至初一郑州市四站点颗粒物浓度变化曲线

表1 2015年与2016年初一零时各项元素小时平均浓度与2月月均浓度

图4 2015年2月PM2.5中部分金属与氯离子小时平均浓度变化曲线

图5 2016年2月PM2.5中部分金属与氯离子小时平均浓度变化曲线

3 结论

（1）2015年春节期间，PM10、PM2.5、SO2的浓度对燃放烟花爆竹的量呈正相关，除夕夜间三种污染物浓度瞬间上升并于凌晨达到峰值380μg/m3，271μg/m3，113μg/m3，且浓度变化规律与烟花爆竹燃放量保持一致。燃放烟花爆竹量对NO2、CO与O3浓度响应不明显。

（2）实施禁燃规定后，虽然郊区有偷燃现象发生，但整体改善效果显著，PM2.5、PM10与SO2的浓度凸升的现象得到遏止。

（3）与非燃放期相比，燃放期间PM2.5中K、As、Cu、Pb、Sr和Cl等成分的质量浓度迅速增长，并在春节凌晨达到当月的峰值，分别为当月均浓度平均值的11.9、5.9、25.1、17.1、8.7、19.3和5.5倍。这与烟花爆竹主要成分中含有钾盐、氯酸盐和其他金属化合物等有关。

〔1〕Moreno T，Quevol X，Alasluey A，et al.Recreational atmospheric pollution episodes：Inhalable metalliferous particles from firework displays〔J〕.Atmospheric Environment，2007，41（5）：913-922.

〔2〕耿红，宣莹莹，蔡夏童，等．太原市2014年春节期间常规大气污染物浓度变化及聚类分析〔J〕．环境科学学报，2015，35（4）：965-974.

〔3〕雷瑜，张小玲，唐宜西，等．北京城区PM2.5及主要污染气体“周末效应”和“假日效应”研究〔J〕.环境科学学报，2015，35（5）：1520-1528.

〔4〕Wang Y，Zhuang G S，Xu C，et al.The air pollution caused by the burning of fireworks during the lantern festival in Beijing〔J〕.Atmospheric Environment，2007，41（2）：417-431.

〔5〕金军，王英，李令军，等．北京春节期间大气颗粒物污染及影响〔J〕．环境污染与防治，2007，29（3）：229-232.

〔6〕李令军，李金香，辛连忠，等．北京市春节期间大气污染分析〔J〕.中国环境科学，2006，26（5）：537-541.

〔7〕凌宏，王迎红，胡波，等．2007年夏季北京大气CO检测分析〔J〕.环境化学，2009，28（4）：567-570.

〔8〕王占山，张大伟，李云婷，等．2014年春节期间北京市空气质量分析〔J〕．环境科学学报，2015，35（2）：371-378.

〔9〕孙峰，张大伟，孙瑞雯，等.北京地区冬季典型PM2.5重污染案例分析〔J〕.中国环境监测，2014，30（6），1-12.

〔10〕邹强，姚玉刚.春节烟花爆竹燃放期间苏州市区PM2.5组分特征分析〔J〕.中国环境监测.2014（04）.

Comparative Analysis of Air Quality Before and After Fireworks Prohibition in ZhengZhou City During the Spring Festival

MaShuangliang（Environment Monitoring Center of HeNan Province ZhengZhou HeNan 450000）

Monitoring data of air quality，chemical components of PM2.5and meteorological factors were applied to analyse the effect of firework burning and diffusion condition on the air quality of ZhengZhou city in Spring Festival.When firework prohibition measure was not taken in 2015，the result was heavy pollution or severe pollution in more than 14 hours.The concentration of PM10、PM2.5and SO2increased rapidly and peak concentration appeared at 01：00 a.m.in the Spring Festival which reached 380μg/m3，271μg/m3and 113μg/m3respectively.The concentration of gaseous pollutants such as NO2，CO and O3was not sensitive to firework burning.Burning of firework also had a significant impact on the concentration of K、As、Ba、Cu、Pb、Sr and Cl which reached the peaks in January.When firework prohibition measure was taken in 2016，the characteristics of rapid growth in the concentration of PM10、PM2.5and SO2and chemical components of PM2.5disappeared and air quality maintained in a good level.

Spring festival Serious pollution Fireworks prohibition Chemical component

X511

A

1674-263X（2017）03-0025-05

2017-09-20

马双良（1990-），硕士，主要从事重污染天气分析和预报预警工作。