福州青年运动会环境空气质量状况及原因分析

黄艳艳，胡清华，蒋冬升，张福旺

福建省环境监测中心站，福建 福州 350003

“福之州，青之运”的福州第一届青年运动会(以下简称“青运会”)已顺利闭幕，是福建省首次承办的规模最大、规格最高的全国大型综合性运动会，作为公众视野中空气质量名列前端的福州对“青运会”期间的空气质量的保障工作更是不容忽视。

近年来，已多次对重大赛事活动进行空气质量保障，均取得很好的效果并积累了经验[1-5]。吴其重等[2]采用嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS)源追踪方法，重点分析城八区SO2、PM10来源，结果表明，北京强有力的颗粒物削减措施可有效削减颗粒物浓度。黄江平等[3]研究表明，当热带气旋北上并在朝鲜半岛或日本登陆时，北京地区一般受持续均压场等弱中尺度天气系统控制，易发生PM10污染事件，在奥运、残奥会期间出现了此种天气形势，但北京地区并未发生PM10污染事件，说明严格的污染管控措施在保障北京奥运会期间的良好空气质量中发挥了重要作用。陈林等[6]等利用MODIS卫星气溶胶产品资料和地面的光学粒子计数器资料的研究表明，奥运会期间PM10质量浓度明显下降。晏平仲等[7-8]研究表明，奥运期间NO2、O3浓度均得到有效管控。HAO等[9]介绍了北京电厂脱硫、除尘治理措施，结果表明，2008年六大电厂PM10、SO2排放量由2000年的11 633 t/a和10万t/a分别减至1 726 t/a和6 123 t/a。在综合治理措施作用下， “北京蓝”得以实现。广州亚运会、上海世博会、南京亚青会举办期间空气质量方面均达到了预期效果，广州亚运会月份空气质量在扩散条件较前两年同期差的情况下改善明显；上海世博会期间环境空气质量优良率高达98.4%，为历年同期最佳；南京亚青会月份空气质量均达到“良”的等级，空气质量进一步改善，多项污染物浓度达到一级标准，且与上一年同比明显下降[10-12]，对重大活动的空气质量保障工作取得显著成效。

青运会已于2015年10月18—27日在福州顺利举行，福州空气质量在全国排名中多位于前20名，空气质量较好，在青运会期间，采取了已应用于多次重大活动保障的空气质量管控措施。本文对福州2015年10月及青运会期间的空气质量监测数据进行分析，以期解析青运会期间福州空气质量的变化特征及其原因。

1 资料与处理

本文采用的资料：①2015年10月福州市国控点位6项污染物(SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5)小时浓度；②2015年10月美国国家环境预报中心和和国家大气研究中心NCEP/NCAR再分析逐日高度场、风场、温度场(垂直方向为17层，水平分辨率为2.5°×2.5°)资料。

其中，6项污染物浓度资料按照规范(《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)、《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ 633—2012))等进行修约，对于因断电、仪器设备故障等造成的有效数据不足的进行无效数据处理。NCEP/NCAR再分析资料为美国环境预测中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合推出，该资料建于1948年，以netCDF的形式存储，广泛应用于大气科学研究中[13-14]，本文用COLA发展的自由软件GraADs进行计算。

2 空气质量状况

根据《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)评价，2015年10月福州市空气质量指数(AQI)为28～89，达到优良水平，首要污染物为PM10、PM2.5，在全国74个重点城市中排名第1位[15]，在全省9个设区市中排在首位，处于非常好的水平[16]。

青运会期间，福州市AQI为28～65，达到优良水平。赛事主场馆附近部分监测点多为优的水平。青运会开幕式和闭幕式当天的AQI分别为35和62，空气质量分别为优和良，闭幕式当天首要污染物为PM10。

2.1 主要污染物变化特征分析

2.1.1 颗粒物

2015年10月颗粒物PM10、PM2.5日均质量浓度分别为18～88、12～56 μg/m3，平均浓度达到一级标准，同比分别下降31%和22%(见图1)。PM2.5与PM10质量浓度比(PM2.5/PM10)为38%～76%，平均为57%，说明细颗粒物(PM2.5)较粗颗粒物(PM2.5～10)贡献大。

图1 2015年颗粒物日均浓度变化曲线Fig.1 Daily variation of particulates concentration during October 2015

青运会期间PM10、PM2.5平均日均浓度达到一级标准，同比分别下降42%和25%。PM2.5/PM10为51%～75%，平均为58%。

PM10和PM2.5小时浓度呈双峰型变化(见图2)，峰值出现在08:00和20:00左右，这与穆珍珍等[17]对西安市冬季雁塔区PM10日变化的研究结果、于建华等[18]对北京地区1—4月PM10的研究结果、潘建国等[19]对珠海秋季PM10研究结果、孙玫玲等[20]对天津城区秋季PM2.5研究结果较为一致，颗粒物质量浓度日变化呈双峰型分布，峰值分别出现在晚间和上午。青运会期间PM10和PM2.5浓度日变化幅度比管控措施实施前小，峰值特征不显著，可能与采取管控措施后扬尘等颗粒物的排放得到有效控制、早晚峰值降低有关。

2.1.2 气态污染物变化特征分析

2015年10月福州气态污染物SO2、NO2、CO日均值范围均达一级标准，O3日最大8 h滑动平均质量浓度(O3-8 h)达GB 3095—2012二级标准。NO2平均浓度同比上升0.5%；SO2、CO平均浓度同比分别下降20.8%和15.2%(见表1及图3)。

青运会期间，福州SO2、NO2、CO日均值浓度达到一级标准，同比分别下降23%、30%和36%。O3-8 h为34～76 μg/m3，达一级标准。

图2 青运会前(10月8—17日)、期间(10月18—27日)颗粒物小时浓度日变化Fig.2 Daily variation of particulates hourly concentration before (8th-17th October) and during (18th-27th October) the Youth Games

污染物日均值/(μg/m3)级别同比下降/%SO23～12一级标准208NO216～38一级标准-05CO03～1一级标准152O3⁃8h27～126二级标准

注：CO日均值单位为mg/m3。

图3 2015年气态污染物日均浓度变化曲线Fig.3 Daily variation of gaseous pollutants concentration during October 2015(O3 is the maximum 8 h, CO is the secondary coordinates)

由图4可知，管控措施实施后(青运会期间)，各项气态污染物小时浓度值低于管控措施实施前。从监测数据看，NO2小时浓度日变化呈双峰型，峰值出现在08:00和21:00左右，早高峰时段降幅接近21%，在凌晨下降最为显著，降幅为50%。NO2小时浓度日变化特征除了受城区机动车污染排放影响外，同时与大气扩散条件有关。白天NO2浓度显著下降，午后达到谷值，这与大气边界层变化、扩散条件转好有关，同时与太阳辐射增强、有利于大气光化学反应、消耗较多的NO2有关。CO小时浓度日变化特征和NO2相似，呈双峰型变化。SO2小时浓度日变化管控措施实施前呈单峰型，表现为夜间浓度上升，清晨时段达到峰值。分析原因认为：一方面，夜间边界层降低，高架源排放的SO2在近地层累积，造成夜间浓度上升，白天阳光照射，地面温度升高，边界层抬升，大气垂直湍流扩散增强，有利于近地面污染物扩散；另一方面，白天发生光化学反应，大气氧化性增强，气态SO2转化为硫酸盐气溶胶。减排后SO2小时浓度日变化呈双峰型，主要出现在晨间及傍晚，出现在晨间的峰值原因与管控措施实施前相同，出现在傍晚的峰值可能与企业存在偷排有关。

图4 气态污染物小时浓度日变化Fig.4 Daily variation of gaseous pollutants hourly concentration before (8th-17th October) and during (18th-27th October) the Youth Games

O3小时浓度日变化管控措施实施前呈单峰型，峰值出现在傍晚。晨间浓度低，白天太阳辐射增强，大气中挥发性有机物与氮氧化物在紫外光照射下发生光化学反应，产生并积累O3，夜间没有太阳辐射影响，不具备光化学反应条件，O3浓度下降。管控措施实施后O3峰值特征不明显，主要因为管控措施实施后产生O3的前体物得到有效控制，O3浓度降低。管控措施实施前气态污染物的日变化特征与南京北郊、北京地区NO2和O3变化特征类似[21-24]：NO2主要来源于机动车、燃煤等的排放，日变化曲线呈双峰型；O3主要受辐射量影响，日变化曲线呈单峰型； SO2主要源于机动车等的排放，与本文有所不同。

2.2 空气质量改善原因分析

青运会期间主要污染物浓度较10月平均水平及上年同期下降，说明青运会期间空气质量总体改善，改善原因包括管控措施和大气扩散条件(见图5)2个方面。

2.2.1 重点工业源管控措施

中共福州市委办公厅、福州市人民政府办公厅为落实《福建省大气污染防治行动计划实施细则》(闽政〔2014〕1号)，于2015年7月下发《提升福州市环境空气质量行动计划》通知，明确管控措施及责任分工明细，并从下发之日起正式实施，同时在青运会期间加强管控。

图5 2015年青运会期间气象条件Fig.5 The average of the height field of 500 hPa and the wind field of 850 hPa, hourly variation of PM10 and temperature during 17th-28th October 2015, wind speed in Fuzhou during October 2015

加强全市燃煤电厂脱硫、脱硝、除尘设施监管，提升燃煤机组污染排放标准。三环以内的主城区范围内所有锅炉禁止使用煤、重油等高污染燃料，建成区以外燃煤企业必须使用含硫率低于0.7%的优质低硫煤，达不到煤质管控要求的燃煤锅炉一律停用。未能完成整治任务的废气排放超标企业实行限、停产，三环以内的主城区、各场馆周边的核心管控区范围燃用煤、重油等高污染燃料的企业要实行停产。

2.2.2 流动源管控措施

实行交通管控，仅允许持专用通行证车辆和公共汽车、出租车通行，禁止所有货车、危险化学品车辆通行，三环路南段禁止重中型货车通行，禁止低空慢速飞行活动。此外，200多辆电动公交车用于青运会保障运输和青运会相关的公交路线，减少燃油汽车尾气排放。

2.2.3 扬尘源管控措施

加强重点工地施工作业严格管控、增加道路保洁频次、停止易扬尘物料运输、三环以内主城区及场馆周边的核心管控区内全面禁止露天烧烤、垃圾焚烧，餐饮企业必须使用清洁能源，油烟治理装置正常运行。

2.2.4 气象条件

从气象条件看(图5)，青运会期间为西风气流带，受台风“巨爵”外围东-东北气流影响，风力大，大气扩散条件有利。18—25日福州空气质量为优，26—27日为良，首要污染物PM10。从雷达图像及气象条件可知，18—24日期间，除23日05:00左右有短时污染物累积过程，其他时段污染物浓度处于优的水平，此时福州低层为东-东北风转东北风，风力大；18—24日温度较常年温度偏高，垂直湍流运动增强，利于污染物垂直扩散。25日凌晨至27日地面污染物累积，此时为偏北风，风力弱，27日晚间有降水过程，污染物消散。

青运会期间大气扩散条件较好，加之对扬尘、车辆等采取的严格管控措施，青运会期间福州空气质量得到有效保障。

3 结论

青运会期间福州市空气质量处于优良水平，各项污染物指标达到一级标准，各项污染物浓度较去年同期显著下降，同时青运会期间污染物浓度低于10月。

管控措施实施后(青运会期间)，颗粒物及气态污染物小时浓度值低于管控措施实施前，日变化幅度减小。颗粒物、NO2、CO小时浓度变化呈双峰型，峰值出现在晨间和晚间；SO2、O3小时浓度变化呈单峰型，SO2峰值出现在晨间，O3峰值出现在傍晚。

青运会期间加强对重点工业源、流动源、扬尘源等临时管控，同时青运会前期受台风“巨爵”外围气流影响，台风之后，福州温度逐渐升高，较常年同期偏高，利于空气垂直湍流活动，青运会后期出现降水过程，大气扩散条件有利，青运会期间空气质量明显改善。

青运会期间，在采取污染源管控措施后，空气质量较优的福州仍然存在明显的提升空间。但本文对青运会期间空气质量的评估方法相对简单，仅从主要污染物浓度变化中作简单说明，没有进行深层次的探讨，这需要在以后的工作中加强对空气质量多角度、多参数监测，将合理的减排措施更好的应用于环保工作中。

[1] 徐文帅,李云婷,吴其重,等. AQI标准下北京市空气质量数值预报系统及其在重大活动保障中的应用[J].中国环境监测,2016,32(2):11-19.

XU Wenshuai, LI Yunting, WU Qizhong，et al. Air Quality Numerical Forecasting System and its Application during the Period of Guarantee for Major Events in Beijing under AQI Standard[J]. Environmental Monitoring in China, 2016,32(2):11-19.

[2] 吴其重,王自发,李丽娜,等.北京奥运会空气质量保障方案京津冀地区措施评估[J].气候与环境研究,2010,15 (5): 662-671.

WU Qizhong, WANG Zifa, LI Lina, et al. Assessment on the Effectiveness of the Air Quality Assurance Program in Beijing-Tianjin-Hebei Area During the Beijing Olympic Games Period [J]. Climatic and Environmental Research,2010,15(5):662-671．

[3] 黄江平,王喜全,王自发,等.2008年北京奥运会期间污染控制效果数值模拟——以个例分析为例[J].气候与环境研究,2010,15(1):11-20．

HUANG Jiangping, WANG Xiquan, WANG Zifa, et al. Simulation of the Impact of Air Oollution Source Control Measures during the 2008 Beijing Olympic Games: A Case Study [J]. Climatic and Environmental Research, 2010,15(1):11-20．

[4] 孙峰,张大伟,董欣,等.基于环境监测数据的APEC会议空气质量保障环境改善效果评估[J].中国环境监测,2016,32(3): 1-12.

SUN Feng,ZHANG Dawei,DONG Xin, et al. Research on Improvement Effect of Assurance Measures on Ambient air Quality During APEC Based on Environment Mornitoring Data[J]. Environmental Monitoring in China, 2016,32(3): 1-12.

[5] 张祥志,丁爱军,陈文泰,等.南京青奥会空气质量保障管控措施效果评估[J]. 中国环境监测,2016,32(5):40-44.

ZHANG Xiangzhi,DING Aijun,CHEN Wentai, et al. Effect Evaluation of Air Quality Control Measures during Nanjing Youth Olympci Games[J]. Environmental Monitoring in China,2016,32(5):40-44.

[6] 陈林,石广玉,秦世广,等.2008年北京奥运会期间大气气溶胶物理特征分析[J].气候与环境研究, 2009,14(6):665-672.

CHEN Lin, SHI Guangyu, QIN Shiguang, et al. Analysis of Physical Properties of Aerosols during the 2008 Beijing Olympic Games [J]. Climatic and Environmental Research, 2009,14(6):665-672.

[7] 晏平仲,王喜全,王自发,等.北京奥运会期间NO2浓度降低原因分析[J].气候与环境研究, 2010,15(5):609-615.

YAN Pingzhong, WANG Xiquan, WANG Zifa, et al. Analysis of Decreases in NO2Concentrations during Beijing Olympic Games in 2008[J]. Climatic and Environmental Research, 2010,15(5):609-615.

[8] 葛卫华,张良华,彭鹏,等. 北京奥运会期间机动车控制措施及效果分析[C].北京：全国风与大气环境学术会议,2008.

[9] HAO J, WANG L, SHEN M, et al. Air Quality Impact of Power Plant Emissions in Beijing[J]. Environmental Pollution, 2007,147(2):401-408

[10] 吴兑,廖碧婷,吴晟,等.2010年广州亚运会期间灰霾天气分析[J].环境科学学报, 2012,32(3):521-527.

WU Dui, LIAO Biting,WU Sheng, et al. Investigation on Hazy Weather during the Guangzhou 2010 Asian Games[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2012,32(3):521-527.

[11] 黄嫣旻,魏海萍,段玉森,等.上海世博会环境空气质量状况和原因分析[J].中国环境监测, 2013,29(5):58-63.

HUANG Yanmin, WEI Haiping, DUAN Yusen, et al. Ambient Air Quality Status and Reason Analysis of Shanghai World Expo[J]. Environmental Monitoring in China, 2013,29(5):58-63.

[12] 张祥志,王自发,谢品华,等.南京及周边区域亚青期间大气监控预警走航观测研究[J].中国环境监测, 2014,30(3):154-158.

ZHANG Xiangzhi, WANG Zifa, XIE Pinghua, et al. Atmospheric Monitoring, Early Warning and Cruise Observation Aroud Nanjing Area during the Asian Youth Games[J]. Environmental Monitoring in China, 2014,30(3):154-158.

[13] KALNAY E, KANAMITSU M, KISTLER R, et al. The NCEP/NCAR 40-year Reanalysis Project[J]. Bulletin of the American Meteorological Society[J]. 1996,77(3):437-471.

[14] KISTLER R, KALNY E, COLLINS W, et al. The NCEP-NCAR 50-year Reanalysis: Monthly Means CD-ROM and Documentation[J]. Bulletin of the American Meteorological Society, 2001,82(2):247-267.

[15] 中国环境监测总站.2015年10月全国74城市空气质量月报[R].北京：中国环境监测总站，2015.

[16] 福建省环境保护厅.2015年10月份福建省城市空气质量排名[R].[2015-11-16]. http://www.fjepb.gov.cn/zwgk/kjjc/hjzl/zlph/201511/t20151116_169229.htm.

[17] 穆珍珍,赵景波,徐娜，等. 西安市雁塔区冬季可吸入颗粒物时空变化研究[J]. 环境科学学报,2011,31(7): 1 509-1 516.

MU Zhenzhen, ZHAO Jingbo, XU Na, et al. Vertical and Temporal Variation of PM10in Yanta District, Xi’an during Winter [J]. Acta Science Circumstantiae, 2011,31(7): 1 509-1 516.

[18] 于建华,虞统,魏强,等.北京地区PM10和PM2.5质量浓度的日变化特征[J].环境科学研究,2001,17(1):45-47.

YU Jianhua, YU Tong, WEI Qiang, et al. Characteristics of Mass Concentration Variations of PM10and PM2.5in Beijing Area [J]. Research of Environmentai Sciences, 2001,17(1):45-47.

[19] 潘建国,曹军骥,麦潮安,等.珠海空气中可吸入颗粒物(PM10)的时空变化特征[J].环境科学研究,2003,16(5):6-10

PAN Jianguo, CAO Junji,MAI Chaoan, et al. Spatial-Temporal Variations of Atmospheric PM10over Zhuhai [J]. Research of Environmental Sciences, 2003,16(5):6-10.

[20] 孙玫玲,穆怀斌,吴丹朱,等.天津城区秋季PM2.5质量浓度垂直分布特征研究[J].气象,2008,34(10):60-66.

SUN Meiling, MU Huaibing,WU Danzhu, et al. Vertical Distribution Characteristics of PM2.5Mass Concentration in the Atmosphere Over Tianjin [J]. Meteorological Monthly, 2008,34(10):60-66.

[21] 刘彩霞,冯银厂,孙韧. 天津市臭氧污染现状与污染特征分析[J]. 中国环境监测,2008,24(3):52-55.

LIU Caixia,FENG Yinchang,SUN Ren. The Analysis of Ozone Distribution in Tianjing and its Characteristics[J]. Environmental Monitoring in China,2008,24(3):52-55.

[22] 刘杰,张小玲,徐晓峰,等.北京地区SO2、NOx、O3和PM2.5变化特征的城郊对比分析[J].环境科学,2008,29(4):1 059-1 065.

LIUJie, ZHANG Xiaoling, XU Xiaofeng, et al. Comparison Analysis of Variation Characteristics of SO2, NOx, O3and PM2.5between Rural and Urban Areas, Beijing[J]. Environment Science,2008,29(4):1 059-1 065.

[23] 陈宜然,陈长虹,王红丽,等. 上海臭氧及前体物变化特征与相关性研究[J]. 中国环境监测,2011,27(5):44-49.

CHEN Yiran, CHEN Changhong, WANG Hongli, et al. Analysis on Concentration Variety Characteristics of Ozone and Correlations with its Precursors in Shanghai[J]. Environmental Monitoring in China, 2011,27(5):44-49.

[24] 宋榕荣，王坚，张曾弢，等. 厦门市空气质量臭氧预报和评估系统[J]. 中国环境监测,2012,28(1):28-32.

SONG Rongrong,WANG Jian，ZHANG Zengtao, et al. The Air Quality Forecast and Evaluation System of Ozone in Xiamen[J]. Environmental Monitoring in China,2012,28(1):28-32.