2014－2018 年沈阳市空气质量状况及变化趋势分析

刘枢 王嘉璐

（1. 辽宁省生态环境监测中心，辽宁沈阳 110161；2. 辽宁省生态环境保护科技中心，辽宁沈阳 110161）

1 引言

2014 年3 月，世界卫生组织（WHO）发布的报告中指出，大气污染已经成为全球最大的环境健康风险，采取行动改善空气质量迫在眉睫［1］。作为我国的主要环境污染因素之一，大气污染对人体健康特别是呼吸系统和心血管疾病有着显著的影响［2］。近些年来，我国频繁爆发大规模的雾霾事件，对社会经济可持续发展和人民群众身心健康造成严重威胁，引

起政府和社会的重视和关注。沈阳市作为工业城市，污染较为严重，可吸入颗粒物浓度明显超过国家标准［3］，在采暖期二氧化硫浓度超标，其他的大气污染物也出现不同程度的超标现象［4］。为了解2014—2018 年沈阳市空气质量状况及主要大气污染物浓度的变化趋势，对近5 年沈阳市的大气污染物数据进行整理分析，阐明影响其变化的可能因素，为城市大气污染治理和进一步研究大气污染对人类健康的影响提供理论依据。

2 资料与方法

2.1 大气污染监测数据来源

空气质量数据主要来源于天气后报网和辽宁省环境监测网络，收集整理2014—2018 年沈阳市每日AQI 及PM2.5，PM10，SO2，NO2，CO 和O3日平均浓度。

2.2 评价指标

2.2.1 《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）［5］

我国AQI 共分6 个等级，AQI 值在0~50 之间，空气质量为优，51~100 为良，101~150 为轻度污染，150~200 为中度污染，201~300 为重度污染，300 以上为严重污染。

2.2.2 大气污染物浓度评价

根据我国《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）中的二类区域浓度限值（CO 和O3无年平均浓度限值，CO 年平均浓度计算按24 h 第95 百分位数，O3年平均浓度计算按日最大8 h 滑动平均值的第90 百分位数），对各大气污染物浓度进行分析。

2.2.3 日空气质量指数

参照《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ 633—2012A）［6］，计算沈阳市2014 年逐日空气质量综合指数（air quality composite index，CAQI）。以每日PM2.5，PM10，SO2，NO2，CO 及O3浓度按照相应标准计算空气质量分指数，以最大分指数作为该日的环境空气污染指数，对应的污染物为首要污染物。

2.3 统计学分析

采用Excel2007 建立2014—2018 年沈阳市大气污染物数据库并进行整理，运用SPSS24.0 软件进行统计分析，采用单因素方差分析方法分析差异性，采用Spearman 方法分析相关性，检验水准为ɑ＝0.05。

3 结果

3.1 2014—2018 年沈阳市AQI 变化分析

2014—2018 年沈阳市空气质量实际有效监测天数共计1 804 d，从年均值变化来看，沈阳市AQI 从2014 年的105.25 下降到2018 年的71.54，年均值逐年下降。沈阳市空气质量为优的天数明显增加，从2014 年的21 d 增加至2018 年的101 d；空气质量为良的天数占比最高，占5 年总天数55.49%；其次为轻度污染的天数，占19.24%；重度污染天数从2016年开始逐年减少；在2014—2016 年出现严重污染天气，2016 年最高达到7 d。沈阳市空气质量的优良率从2014 年的57.34%提高到了2018 年的85.31%，总体优良天数大幅增加，见表1。

表1 2014—2018 年沈阳市环境空气质量

3.2 2014—2018 年沈阳市大气污染物年平均浓度变化

2014—2018 年沈阳市大气污染物监测结果显示，PM2.5，PM10，SO2，NO2，CO 和O3的年平均浓度范围 分 别 为39.16~71.39，71.65~120.15，23.59~72.59，35.5~49.46，0.924~1.062 2，55.62~63.26 μg/m3；其中PM2.5和PM10在2014—2018 年年平均浓度超过二级标准，NO2和SO2年平均浓度在2014 和2015 年均出现超标现象，CO 和O3年平均浓度在2014—2018年均未超过二级标准，见表2。

表2 2014—2018 年沈阳市大气污染物年均值

2014—2018 年沈阳市大气污染物除O3外，PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO 的年平均浓度呈逐年下降趋势，其中PM2.5，PM10，SO2和NO2的下降趋势基本相似，呈线性或近似线性。

CO 浓度在2016 年最低，年均值为0.924 mg/m3，在2017 和2018 年有上升趋势。

O3年平均浓度呈逐年上升趋势，在2017 年最高，年均值为63.26 μg/m3。6 种大气污染物年平均浓度变化趋势见图1。

图1 2014—2018 年沈阳市大气污染物年平均浓度变化

3.3 2014—2018 年沈阳市大气污染物月平均浓度变化

图2 2014—2018 年沈阳市大气污染物月平均浓度变化

2014—2018 年沈阳市大气污染物浓度呈现明显的季节变化趋势，PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO 月均浓度显示，秋冬季（秋季9—11 月，冬季12—次年2月）浓度高，春夏季（春季3—5 月，夏季6—8 月）浓度低；而O3恰好相反，春夏季浓度高，秋冬季浓度低；PM2.5，PM10在8 月浓度最低，在11 月浓度最高；SO2和NO2在7 月浓度最低，1 月浓度最高；CO 浓度在5 月最低，12 月最高；O3浓度在6 月最高，12 月最低，见图2。对2014—2018 年沈阳市6 种大气污染物的月均浓度进行差异分析，结果发现，不同年份间的PM2.5，PM10和NO2差异均具有统计学意义（P＜0.05），而SO2，CO 和O3差异无统计学意义（P＞0.05）。

3.4 2014—2018 年AQI 与大气污染物相关性分析

沈阳市2014—2018 年AQI 与大气污染物PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO 浓度主要呈现正相关关系（P＜0.05），与O3浓度呈显著负相关性（P＜0.05）。其中，PM2.5和PM10浓度变化相关性极高，相关系数达到0.95，这也是沈阳市2 种最为常见的主要污染物。AQI 与6 种污染物的相关系数分别为0.926（PM2.5），0.954（PM10），0.630（SO2），0.652（NO2），0.736（CO）和－0.095（O3），从大到小排列为r（PM10）＞r（PM2.5）＞r（CO）＞r（NO2）＞r（SO2）＞r（O3）。PM2.5，PM10与SO2，NO2，CO 浓度之间呈显著正相关性（P＜0.05）；SO2，NO2，CO 及PM2.5，PM10浓度与O3浓度呈显著负相关性（P＜0.05），见表3。

表3 2014—2018 年沈阳市污染物日均浓度Spearman 相关系数

3.5 沈阳市2014 年大气污染物浓度变化分析

2014 年沈阳市首要特征污染物为PM2.5，共计170 d，占全年47.09%；其次是PM10和SO2，分别占到37.67%和9.42%。PM2.5，PM10，SO2和CO 浓度变化趋势呈U 型，PM2.5，PM10和CO 的浓度变化趋势基本一致，月均浓度在6—7 月最低，11—12 月最高；SO2在夏季和秋季4—10 月较低，在冬季11—12 月和1—2 月浓度较高；NO2月均浓度变化范围较小，在7 月浓度低，11 月浓度高；而O3月均浓度变化与其他5种污染物的变化呈相反趋势，在夏季浓度最高，秋冬季浓度较低。2014 年6 种污染物月均浓度变化趋势见图3。

图3 2014 年沈阳市6 种大气污染物浓度变化趋势

4 讨论

沈阳市是我国东北地区重要的中心城市，也是我国典型的工业区，发展迅速，以煤炭为主的能源消耗以及机动车辆的急剧增加，已经成为造成沈阳市大气污染的突出问题［7］。随着污染治理力度的不断加强，沈阳市空气污染状况逐渐好转，但大气污染仍比较严重。AQI 是2012 年3 月国家发布的空气质量评价标准，报告每日空气质量，用来描述空气清洁或者污染的程度，判断对人体健康是否产生影响的一种参数。AQI 指数越大，级别越高，空气污染越严重，危害程度也越大，AQI 值超过100 以后就会直接影响人体健康。本研究结果显示，2014—2018 年沈阳市AQI 年均值逐年下降，污染级别逐渐降低，沈阳市空气质量逐年好转，空气质量属于“良”水平。

从2014—2018 年沈阳市6 种大气污染物的年均值和月均值浓度分析来看，PM2.5，PM10，SO2和NO2这4 种大气污染物浓度呈逐年下降趋势，沈阳市空气质量呈现夏季空气较好，其次为春季和秋季，冬季最差，污染物浓度最高。PM2.5和PM10的浓度变化趋势基本一致，主要原因是与冬季采暖燃煤量增加，还有可能是受当地气候因素影响，秋冬季气温低不利于大气污染物扩散［8］；且PM2.5和PM10是一种包含关系，PM2.5一般占PM10的0.5~0.8 之间［9-10］。SO2浓度逐年下降，有研究［11］对全世界100 多个城市的空气质量数据进行分析发现，SO2在全世界均呈现下降趋势。我国从2000 年以后采取相应的措施，如对新建的火力发电厂安装烟气脱硫脱硝装置、增加洗煤降硫等方法来减少SO2的排放［12］。沈阳市的CO 浓度在2014—2016 年下降，2017 年有所升高，可能是由于CO 是不完全燃烧的产物，近几年沈阳市采暖期煤炭等能源的燃烧不彻底，汽车尾气排放量增多都会导致CO 浓度升高；O3浓度逐年升高且在夏季浓度最高污染最严重，这是由于空气中的O3是一种二次污染物，夏季日照强烈，气温上升，易将汽车尾气和工业废气中释放出的氮氧化物气体（NOX）和挥发性有机化合物（VOC）合成O3［13］。由于夏季PM2.5，PM10以及SO2浓度下降，O3浓度升高，导致O3成为夏季的主要大气污染物，这与徐义邦等对南昌市大气污染物分析中O3为夏季的主要污染物研究结果一致［14］。

AQI 与5 种大气污染物浓度主要呈现正相关关系，PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO 之间也呈现正相关关系，表明这5 种大气污染物具有相同的来源，可能经历了相似的物理化学反应过程，也可能是扩散过程相同［15］，因为这些污染物主要来自煤炭等燃料燃烧以及汽车尾气的排放。而O3分别与AQI 以及PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO 浓度之间呈现负相关关系，说明O3浓度变化除了受夏季高温气象影响外，与汽车尾气、工业排放的污染物浓度也有一定关系［16］。以污染较为严重的2014 年为例，对6 种大气污染物这一年的变化进行分析。2014 年沈阳市首要污染物秋冬季为PM2.5，PM10和SO2，其中PM2.5污染最严重，可能主要原因是在冬季处于采暖期，大量煤炭等能源的燃烧导致大气中颗粒物和硫浓度含量增大，造成大气中PM2.5，PM10和SO2浓度值的升高［17］。PM2.5，PM10和SO2浓度升高还与风速和气温有关，风速对污染物的生成起到阻碍的作用，气温降低则污染物浓度升高［14］，在秋冬季风速较小且气温低下，因此为PM2.5，PM10和SO2的产生提供了有利条件。

综上所述，2014—2018 年沈阳市AQI 年均值整体呈逐年下降趋势，空气质量逐年好转，空气质量属于“良”水平；PM2.5，PM10，SO2，NO2浓度呈逐年下降趋势，且季节分布特征明显，呈现冬高夏低；但O3浓度呈逐年上升趋势，呈现冬低夏高；AQI 与PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO 呈现正相关关系，与O3呈负相关关系；PM2.5，PM10，SO2，NO2，CO 之间互相呈正相关关系，与O3呈负相关关系；2014 年污染较为严重，首要特征污染物为PM2.5，其次是PM10和SO2，但总体分布是冬高夏低；O3浓度与其他污染物相反，呈现冬低夏高。因此，政府及相关卫生部门可根据主要大气污染物的季节分布变化特点，结合沈阳地区工业结构特点，制定有效合理的防治措施。