影响洛阳市空气质量指数的6种污染物变化特征分析

张好艳

摘要 利用2014—2019年洛阳市6种污染物（PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和O3）濃度数据和洛阳市孟津国家基本站气象数据资料，分析洛阳市6种污染物浓度变化趋势和影响因素。研究结果显示：2014—2019年洛阳市SO2、CO、NO2和O3年均浓度逐年降低，其污染物浓度在全国城市中排名相对靠后，但污染仍较严重，PM2.5、PM10、NO2和O3对空气质量影响较大;PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2浓度均为冬季最高，夏季最低，O3浓度则相反;各污染物对气温敏感性最高，降水量次之;O3浓度与温度呈极高正相关，与降水量呈高度正相关;风速对气态污染物有稀释作用，但风向对O3浓度起关键作用;PM2.5、PM10、SO2、NO2与气温和降水量呈高度负相关，气温越低，降水量越小，浓度越高。雾炮湿撒作业是降低空气中污染物浓度的有效途径。

关键词 6种污染物;变化规律;气象条件;洛阳市

中图分类号：X16 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2020）08–0–03

Abstract Using the concentration data of 6 pollutants （PM2.5， PM10， SO2， CO， NO2 and O3） in Luoyang City from 2014 to 2019 and the meteorological data from the Mengjin National Basic Station in Luoyang City， the trend and trend of the concentration of 6 pollutants in Luoyang City were analyzed. Influencing factors. The research results show that the annual average concentration of SO2， CO， NO2 and O3 in Luoyang City from 2014 to 2019 has decreased year by year， but its pollutant concentration ranks relatively low among the national cities， and the pollution is more serious. PM2.5， PM10， NO2 and O3 It has a greater impact on air quality; the concentrations of PM2.5， PM10， SO2， CO， and NO2 are the highest in winter and the lowest in summer， while the O3 concentration is the opposite; each pollutant has the highest sensitivity to temperature， followed by precipitation; O3 concentration and temperature Very high positive correlation， highly positive correlation with precipitation; wind speed has a diluting effect on gaseous pollutants， but wind direction plays a key role in O3 concentration; PM2.5， PM10， SO2， NO2 are highly negatively correlated with temperature and precipitation ， The lower the temperature， the smaller the precipitation， and the higher its concentration. Wet spraying of fog cannons is an effective way to reduce the concentration of pollutants in the air.

Key words Six kinds of pollutants; Variation law; Meteorological conditions; Luoyang City

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.08.033

近年来，随着城市规模和人口数量不断增大，城市大气污染越来越受到民众关注。大气污染问题已经成为各国政府面临的重大问题之一，污染物性质也逐渐由单一型逐渐转向复合型。目前，空气质量指数考核的6种污染物浓度指标分别是：PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和O3。SO2、CO、NO2和O3是《环境空气质量标准》（GB3095—2012）中规定的4种基本气态污染物，PM2.5和PM10也是最近几年提出的有致癌作用的微小颗粒，粒径小，富含大量有毒、有害物质且在大气中停留时间长、输送距离远，对人体健康和大气环境质量影响更大。洛阳是中原城市群副中心城市，研究该城市空气质量指数考核的6种污染物浓度变化规律，对洛阳市大气污染预报预警具有重要作用。文章主要研究了洛阳市PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和O3浓度水平年际、年内及季节变化，探讨了气象条件对这6种污染物浓度的影响，以期为洛阳市空气污染预警、预防提供数据支撑。

1 资料与方法

选取中国空气质量在线监测分析平台空气污染物浓度数据，包括洛阳市2014—2019年6种污染物年、季、月、日平均浓度，统计并分别从年、季、月3个时间维度分析6种空气污染物变化特征。气象资料为孟津国家基本气象站2014—2019年月平均气温、相对湿度、降水量、风速。采用国家《环境空气质量标准》（GB3095—2012），用各因子的该日均浓度平均值计算出月均浓度平均值，然后再计算出年均浓度值。参考《环境空气质量标准》（GB3095—2012） 中年均质量浓度一、二级标准限值，对比洛阳市SO2和NO2年均浓度值，参考标准中日均质量浓度一、二级标准限值对比洛阳市PM2.5、PM10、CO和O3日均浓度。

2 结果与分析

2.1 洛阳市气态污染物浓度年际变化

分析洛阳市6种污染物2014—2019年均浓度，SO2、CO、NO2年均浓度逐年下降;与国家一级浓度限值（20 μg/m3）相比，SO2浓度在2018年偏低;2018年CO年均浓度为近6年最低，但仍超出国家一、二级标准限值（40 μg/m3）;O3浓度在2015—2017年逐年增加，这是受不断扩展的城市框架和快速发展的经济影响，破坏了生态环境，当人们意识到要加强环境保护时，洛阳市采取了关闭小型废旧锅炉、严格控制高耗能高排放行业等，并淘汰落后产能力度，O3浓度2017到2018年又呈现下降趋势，且SO2、CO、NO2浓度变化整体上趋于逐渐降低。

6种气态污染物的2014—2019年峰值出现在2016年，PM10达129 μg/m3，是国家《环境空气质量标准》（GB3095—2012）中二级标准值70 μg/m3的1.84倍，PM2.5达到76 μgm3，是国家《环境空气质量标准》（GB3095—2012）中二级标准值35 μg/m3的2.17倍;6种气态污染物浓度在2018年达到最低，仅有PM2.5和PM10不达标，与国家《环境空气质量标准》中二级标准值35 μg/m3、70 μg/m3相比分别偏多16 μg/m3、20 μg/m3;SO2、CO、NO2浓度有下降趋势，2014—2019年SO2浓度逐年降低，其中2018—2019年低于国家一级浓度限值（20 μg/m3），NO2年均浓度在2018—2019年达到国家一、二级标准限值（40 μg/m3）。2014—2019年O3浓度趋于递增，城市O3污染成因复杂：内因是氮氧化物和挥发性有机物排放，在空气中进行复杂光化学反应形成，外因是高温、强太阳辐射等气象条件，另外区域传输也是O3污染形成的原因，机动车尾气中同时含有氮氧化物和碳氢化物，是形成臭氧的绝佳条件。SO2、CO、NO2浓度总体趋于逐渐降低。2014—2019年对空气质量影响较大的4种污染物分别是PM2.5、PM10、NO2和O3（图1）。

2.2 洛阳市气态污染物年均浓度水平

洛阳市2018年、2019年SO2平均浓度分别为18 μg/m3、10 μg/m3，低于国家一级标准限值（20 μg/m3）。随着工业脱硫技术不断进步，大气SO2浓度持续下降。洛阳市NO2年均浓度为42 μg/m3，超过国家一、二级标准限值（40 μg/m3），污染程度较高。这是洛阳市交通运输业发展迅速，机动车数量逐年增加所致。洛阳市CO年均浓度为1.528 mg/m3，位于中等偏后水平。O3年均浓度为95 μg/m3，低于国家一级标准限值（100 μg/m3）。PM2.5年均浓度为66 μg/m3，高于国家二级标准限值（35 μg/m3），PM10年均浓度为111 μg/m3，远高于国家二级标准限值（70 μg/m3），这两种气态污染物成为我市大气污染主要因子，污染严重，需引起重视。

2.3 洛阳市气态污染物浓度季节变化

在各污染物的季平均浓度变化上，SO2浓度夏季显著低于春、冬季。由于夏季大气氧化性强，降水多，有助于SO2化学反应形成硫酸盐粒子，同时消除污染物被湿沉降，但夏季O3浓度最高。安俊琳[1]等认为，地温升高是引起O3浓度增高的重要原因。夏季气温高，日照充足，地表温度较高，氮氧化合物经光化学反应后产生较高浓度的O3，而夏季降水频发和明显的湿沉降作用又降低了气态污染物浓度，因此气态污染物浓度在夏季最低;冬季采暖，排放到空气中大量气态污染物，增加了污染物浓度，因此该季节SO2、NO2和CO浓度在一年中出现极高值。洛阳市2015—2018年冬季SO2、CO、NO2平均浓度值呈逐年下降，说明近些年洛阳市政府在调整能源结构、治理大气污染方面取得了很大的成效。

SO2、CO和NO2污染物浓度最低值出现在夏季。但O3浓度季节变化与这3种污染物相反，浓度高值集中在春、夏季，以7月浓度最高，最低值在冬季。PM2.5和PM10濃度四季分布有相似性，都是冬春季高、夏秋季低，呈现两头高中间低的“V”型分布。SO2逐年下降趋势最为明显，在年内分布也呈冬春季浓度高、夏秋季浓度低趋势。CO逐年下降趋势也较明显，基本上未超过4 mg/m3标准，证明管控效果较理想。NO2变化较平缓，与机动车数量递增有关，建议年内冬春季浓度高季节适当地进行交通管控。

2.4 洛阳市6种污染物月均浓度变化

在洛阳市2014—2019年6种污染物月平均浓度变化上，一年中PM2.5、PM10、SO2、NO2月均浓度表现为“两头高、中间低”特点，符合多数北方城市的变化规律。SO2月平均浓度变化明显，7月为最低值，12月和1月最大，2017年月均浓度最大。NO2月均浓度变化与SO2一致，7—8月值最小，12月—翌年1月值最大。CO月均浓度呈“U型”轨迹，变化缓慢。不同于其他5种污染物，O3月均浓度变化，4年呈“单峰型”，2年呈“双峰型”，5年期间洛阳市O3月均浓度最大值在5—7月，1月、12月出现最低值，与O3的季变化特征基本一致。总的看来，除O3外，洛阳市冬季出现PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2浓度峰值，冬季的大气逆温层低而厚，多静风天气，不利于分散污染物，因此污染物浓度增高，同时汽车冷启动也可引起CO浓度上升。

2.5 气象条件对气态污染物的影响

气象条件是另一影响大气污染物浓度的重要因素。相关系数可用来反映变量之间相关关系密切程度，通常按积差法计算，以两变量与各自平均值的离差为基础，通过两个离差相乘反映出两变量之间的相关性，着重研究线性单相关系数，相关系数用r来表示，计算公式为：

|r|为0～1。通常来说，|r|越接近1，表示x与y之间的相关程度就越强，反之，r越接近于0，x与y之间相关程度就越弱，一般认为，0.00<|r|<0.19表示极低相关，0.20<|r|<0.39表示低度相关，0.40<|r|<0.69表示中度相关，0.70<|r|<0.89表示高度相关，0.90<|r|<1.00表示极高相关。

2014—2019年SO2、CO、NO2浓度与温度呈显著负相关，O3浓度则为显著正相关（表1）。由以上分析可知，SO2、CO、NO2浓度最高值在冬季，浓度最低值则在夏季。SO2、CO、NO2多来源于燃煤和机动车尾气排放，因冬季供暖，燃煤量增加，污染物浓度也就升高。O3浓度极高值在夏季，浓度低值在冬季，恰与SO2、CO和NO2浓度变化相反。

6种污染物与月平均风速相关性相反，PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2浓度均与平均风速呈正相关，O3与平均风速呈负相关。风速能稀释污染物浓度。SO2、NO2、CO浓度在2015-2018年与风速呈负相关，O3浓度却与风速呈正相关。参考刘洁[2]等得出在一定程度上静风和不同风向的污染物浓度能反映出污染物局地排放和区域输送的研究结果，认为出现这种现象可能是洛阳市其他空气污染物主要来源于本地排放源，而O3由周边地区产生，被风输送到洛阳，所以风向对臭氧浓度起关键作用。降水对气态污染物有冲刷效应。除O3外，洛阳市6年来SO2、NO2和CO浓度与降水量为负相关，洛阳市年降水主要在6—9月，降水多则SO2、NO2、CO浓度低，降水量与O3浓度为弱的正相关。

3 结论与讨论

2014—2019年洛阳市SO2、CO、NO2年平均浓度逐年下降，可见近年洛阳市节能减排的实施已初显成效。冬季PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2浓度最高，夏季值最低，O3浓度则相反。

因种类不同，6种污染物浓度与气象条件的相关性存在差异，其中温度的敏感性最高，其次是降水量。O3浓度与温度、降水量呈極高正相关，与月平均相对湿度呈中度正相关，与风速呈低度负相关。PM2.5、PM10、SO2、NO2与气温呈高度负相关，与风速呈中度正相关，与降水量呈高度负相关。雾炮湿撒作业是降低空气中污染物浓度的有效途径。空气中CO属人为活动引起的浓度变化，与气象因子关系不明显，其80%来自汽车尾气，交通高峰期产生的CO就越多。

参考文献

[1] 安俊琳，王跃思，李昕，等.北京大气中NO，NO2和O3浓度变化的相关性分析[J].环境科学，2007，28（4）：706–711.

[2] 刘洁，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（4）：1059–1065.

责任编辑：黄艳飞