缙云山风景区大气颗粒物浓度变化特征分析

王璐，秦安臣，张琪

(1.重庆大学城市科技学院，重庆 402600；2.河北农业大学园林与旅游学院，河北 保定 071001；3.北京第二外国语学院旅游科学学院，北京 100020)

0 引言

随着工业化、城市化的迅猛发展，大气环境质量面临严峻挑战[1-3]。大气颗粒物作为造成雾霾天气的主要因子，对公众健康[4-7]、能见度[8]、交通安全[9]等产生严重危害，而中国的空气污染已被看成对旅行者健康造成威胁的一个主要因素，中国旅行者高度关注出行目的地空气质量状况[10]。

在我国旅游事业蓬勃发展的当下，风景区作为旅游业整个系统中重要的组成部分、游客出行的重要因素[11]。研究和分析其大气颗粒物浓度变化特征，为游客出游提供数据参考，为保持和改善景区环境质量以及提高风景区管理水平提供科学依据具重要意义。

目前已有少数学者对风景区大气颗粒物浓度变化展开研究，部分学者针对林分滞尘作用[12]、植物配置对降尘效果的影响[13-15]、大气细颗粒物成分[16-18].等角度进行研究。傅伟聪[18]针对百里杜鹃国家森林公园游憩地进行了日变化监测，论述了百里杜鹃林一日中各空气指标的变化趋势，但未进行多季节对比研究；卢丹青[19]等、王敏华等[20]、武智晖[21]分别针对楼台观风景区、清源山风景区和五台山风景区大气颗粒物展开研究，却忽略了节假日旅游高峰期间及前后大气颗粒物变化特征的讨论。在借鉴前人研究的基础上，缙云山为重庆环城近郊型风景区，是居民、游客健康出行的主要场所。选择缙云山作为西南地区环城山岳型风景区典型研究地，重点研究缙云山节假日大气颗粒物浓度变化，不仅能为缙云山的管理、游览提供数据参考，对于西南地区城郊游憩型山体的构建与管理提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

缙云山位于重庆市北碚区的嘉陵江温塘峡畔，距离重庆市中心地带约60 km，缙云山占地面积约为14 km2，被称为“川东小峨眉”。缙云山景区被评为AAAA级的旅游景区，不仅是全国著名的风景名胜区，还是该地区有名的佛教胜地[21]。近年来，由于北碚区城市化建设加快，交通、建筑等粉尘释放源增多，缙云山旅游业日益兴盛，缙云山的空气质量堪忧。[21]。

1.2 数据来源

空气质量指数(AQI)及大气污染物(PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3)浓度数据是通过 Python 网络编程从中国环境监测总站批量获取的2017年缙云山监测站点环境空气质量逐时数据，辅助气象数据来自中国气象数据网。缙云山环境监测站点位于重庆市北碚区缙云山(东经 106°17′-106°24′，北纬 29°41′-29°52′)上，海拔高度约 910 m，植被条件好，人口密度低，能很好的代表缙云山风景区空气质量水平。该站点属于国网监测点，安装有空气自动监测系统，仪器全年连续自动监测，24 h实时采样、实时分析，监测数据上报中国环境监测总站，作为评价每日空气质量的基础数据。该监测点作为重庆市主城区的清洁对照点，亦能反应重庆市空气质量本底。

1.3 分析方法

根据2017年1月到2017年12月的缙云山风景区大气颗粒物监测数据，采用4种统计分析方法：

(1)统计分析大气颗粒物浓度和其它大气污染物浓度年变化规律；

(2)分析风景区内大气颗粒物逐月分时变化规律；

(3)统计周末、节假日、旅游节庆等旅游高峰期及前后变化规律；

(4)使用Excel2010进行数据处理分析；Origin 8.0进行图像处理。

2 结果与分析

2.1 总体环境质量

2017年全年缙云山风景区环境空气质量优良率保持在90%以上(优良率由“优”和“良”的总小时数除以全年监测有效小时数得出)，优良率总体保持相对稳定，其首要污染物为PM2.5。根据缙云山风景区大气污染物年平均浓度及其标准差、最小值、中位数、最大值(见表1)，可以看出缙云山年平均AQI指数为53.98，略微高于空气环境质量一级标准，但处于二级标准内，PM10与PM2.5年均浓度均低于现行国家环境空气质量二级标准限制(PM10，70 μg/m³；PM2.5，35 μg/m³)。二氧化硫、二氧化氮、臭氧年均值分别为 9.34 μg/m³、18.70 μg/m³和78.31 μg/m³，均小于或接近一级标准浓度限值(SO2，10 μg/m³；NO2，20 μg/m³；O3，100 μg/m³)，表明缙云山风景区空气质量保持在较好的水平，总体上基本稳定。

表1 缙云山大气污染物浓度数据汇总表

2.2 大气颗粒物逐月变化

大气颗粒物浓度逐月变化规律如图1所示。PM10总是大于PM2.5，并且两者的变化趋势基本一致。冬季大气颗粒物浓度值最高，夏季浓度值最低，年变化规律呈春冬高，夏秋低的变化规律。进一步观察可知，大气颗粒物浓度在9月份(PM10，29.80 μg/m³；PM2.5，17.97 μg/m³)和 10 月份(PM10，29.62 μg/m³；PM2.5，17.29 μg/m³)呈现出最低值，而于 1 月(PM10，78.30 μg/m³；PM2.5，107.57 μg/m³)出现最高值，季节变化为冬季＞春季＞秋季＞夏季，这一结果与赵冰清[12]和白莹等[24]的观测结果一致。具体到本研究的监测点，首先是气象方面的原因，5-9月为风景区雨季，降雨天气频繁出现能够导致大气污染物浓度降低，而冬春季节降雨量减少且多辐射雾，受雾的影响空气污染加重[27]。7-8月为暑期缙云山避暑旅游高峰，风景区受人为扬尘影响较大导致大气颗粒物浓度上升。另外，风景区内植物季节变化导致的植被覆盖率不同造成季节性源区也是应该考虑的因素。

图1 缙云山大气颗粒物月均浓度变化

2.3 大气颗粒物浓度日变化特征分析

从图2不同月份大气颗粒物日变化特征来看，缙云山风景区大气颗粒物(PM2.5，PM10)浓度存在明显的日变化，日变化的整体趋势为：晚上＞中午＞早上＞下午。与赵清冰等[12]的监测结果：早上＞中午＞晚上不一致，导致此观测结果有差异的原因是监测点的植物覆盖度、监测年份、周期不同造成的监测数据存在差异。PM2.5分时空气浓度月变化规律差异较大，各月呈现的变化规律有明显不一致，其中3-4月和10-11月出现明显的中午晚上高，早上下午低的“双峰型”，分别在13：00和22：00前后达到峰值。其余月份日变化均呈晚上高白天低的“单峰型”，在22：00前后达到峰值。PM10日变化整体变化较为一致，以呈“双峰型”为主，仅在6月出现了明显的“单峰型”。PM2.5的日变化幅度与PM10的变化较为接近，而PM2.5的分时变化幅度较小，趋势较为平稳；

图2 不同月份大气颗粒物浓度的日变化特征

进一步观察发现，明显的“双峰型”日变化规律月份，在上下班高峰时段(7：00-9：00、17：00-19：00)2-3 h(9：00-11：00、20：00-21：00)后大气颗粒物都出现明显的高峰期，说明缙云山风景区作为近郊型山岳风景区受城区影响较大，逐步形成了“景城一体”的关系，但有2-3 h的滞后期。其主要原因是风景区内的车流量相对较少，而城区内汽车尾气带来颗粒的积累需要一个过程。部分月份大气颗粒物浓度呈“单峰型”，这一方面可能与风景区内气候变化规律及旅游淡旺季有关；另一方面与风景区内植被在不同季节的滞尘作用密切相关。

2.4 特殊节假日大气颗粒物浓度

节假日(春节、清明节、劳动节、国庆节)大气颗粒物中PM2.5与PM10浓度以及节日与非节日浓度分析如图3所示。可以看出节假日与非节假日期间的大气颗粒物浓度偏差均为正，即存在明显的“假日效应”，春节大气颗粒物浓度最高，其次是清明节、劳动节、国庆节。节假日前期为假日大气颗粒物浓度最高值，中期降低至最低值，假日结束前又开始回升。这与游客出行和返程高峰相吻合，证明游客对风景区大气颗粒物影响较大。

为了进一步印证假日效应的存在，选取缙云山风景区节假日大气颗粒物浓度的分时变化进行分析(图4)，并比对图2中的对应月份日变化特征可以看出，节假日与非节假日期间大气颗粒物浓度变化规律存在较大差异，非节假日分时变化较为平缓，而节假日分时变化波动较大，且呈锯齿状波动，说明游客出行返程以及风景区游憩对缙云山大气颗粒物产生了较大影响。

2.4.1 春节期间大气颗粒物浓度

图3 不同月份大气颗粒物浓度的日变化特征

不同节假日高峰值的出现时刻也各有不同，春节大气颗粒物浓度于节前一天24：00开始大幅升高，并显示出一定的累积效应，并在节日第一天晚上 24：00 到达峰值 (PM10，139.00 μg/m³；PM2.5，119.2 μg/m³)。这与每年的春节，当地居民都会在春节期间集中燃放烟花爆竹有关。烟花爆竹的燃放可导致近地面空气中颗粒物浓度明显上升[25-26]。缙云山风景区属于禁止燃放区域，所以春节期间夜晚短时间有较大幅度的上升主要受城区影响，这与刘姣姣等[27]提出的离主城烟花爆竹燃放点较远的缙云山背景测点颗粒物浓度则未出现明显变化结果不一致，这一方面是因为该研究监测时间为2010-2014年，缙云山作为主城空气对照点，早年污染较小的情况下受到的影响更小。另一方面原因是污染物扩散需要一定时间，缙云山对照点远离城区有一定的滞后性，城区高峰期出现后一段时间缙云山监测点大气颗粒物浓度才会大幅升高，导致城区高峰期间对比缙云山监测点并无明显变化。

图4 节假日期间大气颗粒物日变化特征

2.4.2 清明节大气颗粒物浓度

清明节前日大气颗粒物浓度变化明显，节中的PM2.5和 PM10平均值分别是 32.92 μg/m³、41.05 μg/m³(图 3)，分别是节前/节后的 1.48、1.3 倍，大气颗粒物浓度在节前一天迅速升高，节后一天又快速降低。清明节期间大气颗粒物浓度日变化明显，从凌晨 2：00 的 最 低 值 (PM10，19.12 μg/m³；PM2.5，55.2 μg/m³)逐渐攀升，17：00 开始达到峰值(PM10，42.67 μg/m³；PM2.5，52.86 μg/m³)并一直持续到23：00后逐渐回落，清明节三天全日出现了明显的积累效应。主要是由于清明节是我国的传统节日，从2008年开始，每年的清明节有3天小长假，大部分市民习惯以烧纸、香烛焚烧、放鞭炮等方式寄托对已故亲人的哀思，这些过程中会产生多种空气污染物并且容易出现累计效应[28]，而缙云山风景区内有多个公墓，且景区内有多个寺庙，清明期间景区内祭祀活动频繁，城区内诸如烧纸、香烛焚烧等祭祀活动较少，证明清明期间午后大气颗粒物大幅上升污染源主要来自风景区内和周边郊区。

2.4.3 劳动节、国庆节大气颗粒物浓度

劳动节与非节假日变化趋势较为接近但变化幅度更大，缙云山劳动节前的PM2.5和PM10均浓度分别为 15.66 μg/m³和 11.00 μg/m³，而节中 PM2.5和 PM10平均值则分别上升至 41.00 μg/m³和21.33 μg/m³，节后 PM2.5和 PM10逐步回落至26.33 μg/m³和 17.00 μg/m³。这与缙云山游客出行、游憩以及返程规律基本一致。国庆节期间空气质量较好且整体变化较为平缓，节前一天大气颗粒物浓度逐步上升至节中第二天出现峰值(PM10，47.12 μg/m³；PM2.5，32.21 μg/m³)，随后逐步降低再至节后缓慢上升。国庆节期间日变化相较其他节日更为平缓，但自下午15：00-18：00出现高峰，比劳动期间的高峰期提前2 h，结合中国气象数据网提供的国庆节的降雨情况，这可能与国庆节期间连续降雨导致游客返程高峰提前有关。

3 结论与讨论

3.1 结论

(1)对缙云山的研究结果显示，风景区内整体大气颗粒物浓度均低于II级排放标准。然而，自然保护区、风景名胜区属于环境空气质量功能区中的一类区[29]，对照本次测量数据表明，缙云山风景区虽然空气相较城市空气质量处于较好水平，但PM2.5和PM10分别超过一类区标准21.7%和128%，缙云山风景区空气质量仍需改善。且研究显示，缙云山大气颗粒物浓度变化存在显著的季节变化规律，季节变化规律为冬季(PM10，101.14 μg/m³；PM2.5，71.22 μg/m³)＞ 春 季 (PM10，65.78 μg/m³；PM2.5，71.22 μg/m³)＞ 秋 季 (PM10，56.25 μg/m³；PM2.5，34.52 μg/m³)＞ 夏 季 (PM10，50.45 μg/m³；PM2.5，28.18 μg/m³)。

(2)缙云山风景区作为典型的环城山岳型风景区，与城区地域基本形成了“景城一体”的关系。监测显示，缙云山多个月份日变化出现典型的“双峰型”特征，证明受城区大气颗粒物影响较大，但高峰期滞后2-3 h，且在1-2月、5-9月和12月的PM2.5浓度以及6月的PM10浓度出现明显“单峰型”日变化，证明缙云山由于森林植被覆盖度高、气候变化等原因对城区扩散污染物有一定削减、再分配等调控作用，缙云山风景区依然是近郊避霾旅游的理想选择。

(3)缙云山风景区大气颗粒物变化存在明显的“假日效应”。相关数据显示，春节、清明节、劳动节、国庆节期间的大气颗粒物浓度均大于非假期，相比节假日前后，PM10的增幅分别为5%、30%、95%、22%，PM2.5的增幅分别为 3%、48%、96%、33%，说明大气颗粒物浓度与游客游览活动关系密切 。 污 染 程 度 春 节 (PM10，60.43 μg/m³；PM2.5，46.71 μg/m³)＞清明节(PM10，32.92 μg/m³；PM2.5，41.05 μg/m³)＞劳动节(PM10，27.67 μg/m³；PM2.5，18.44 μg/m³)＞国庆节(PM10，20.14 μg/m³；PM2.5，12 μg/m³)，不同节假日期间的日变化特征也明显不同，春节和清明日变化幅度最大，主要原因分别是春节燃放烟花爆竹和清明祭祀烧纸焚香过程造成空气污染加重。其中春节的污染源主要来自风景区外部，清明节污染源来自景区内部及周边郊区。

3.2 讨论

管理者在景区建设过程中，应将大气颗粒物实时数据置入智慧旅游系统，为在游客高峰期和高颗粒物浓度期间控制游客量，保护风景区环境提供依据。景区管理过程中应呼吁社会进一步限制烟花爆竹的燃放、在景区内部寺庙、道观、公墓等焚香烧纸频繁区域倡导低碳环保的礼佛、拜神、祭祀活动。景区引导旅客游览过程中，提醒游客节假日期间最佳游览期为假期中间日，尽量避免在高颗粒物浓度期间游览景区。周边居民日常在景区内进行晨练、爬山等休闲游憩活动应尽量选择空气质量较高的时间段前往，避免峰值时间段。

因条件限制，仅对2017年1月-2017年12月缙云山国网监测点数据分时数据进行了监测采集，然而影响风景区大气颗粒物浓度变化的影响因素很多，本次研究并未对森林植被、气象条件、颗粒物排放源等进行深入分析，也未针对游客游览规律进行多点长期监测，今后还有待在该方面开展进一步研究。