宜春市城区2015-2019年大气污染物变化趋势及特征分析

刘慧婷，王 萍

(宜春职业技术学院，336000，江西，宜春)

0 引言

近年来，我国城市环境污染问题突出，尤其是大气污染，对城市居民生产、生活及身体健康造成极大危害。有很多学者针对我国不同区域、城市的空气质量状况进行了研究分析[1-3]。李婷婷[4]对中三角城市群中的武汉、长沙、南昌等6个城市的空气质量进行研究，指出武汉、长沙、常德污染较严重。邓煜凡[5]对江西省11个地级市2017年PM2.5的污染情况进行分析，发现11个地级市PM2.5年均浓度均超过了国家二级标准限值，其中吉安和宜春年均浓度超过50 μg/m3，污染较严重。刘沐生[6]等对宜春市区2014年空气主要污染物PM10、SO2、NO2进行分析，发现PM10是3种污染物中的主要污染物。而针对宜春市城区近5 a来大气污染物的整体分析研究较少。本文以宜春市区2015-2019年6项污染物监测数据为对象，分析污染物年、季、月分布特征，讨论本地大气污染变化规律，为宜春市城区空气质量改善提供理论依据。

1 数据与方法

1.1 数据来源

本文数据来源于中国城市空气质量数据实时发布平台(www.aqistudy.cn)提供的2015-2019年宜春市城区5个空气自动监测站点的PM2.5、PM10、O3、SO2、NO2和CO质量浓度日均值。这5个站点分别为槟榔水业监测点、宜春学院北校区监测点、市广电局监测点、市气象局监测点和市石油公司监测点，其中槟榔水业监测点为对照点。

1.2 分析方法

采用统计学方法和SPSS19.0软件对原数据进行处理和计算，分析6项污染物的均值及变化规律。

2 结果与讨论

2.1 年变化特征

2015-2019年宜春市城区空气质量优良率分别为97.0%、84.0%、83.4%、91.0%和83.3%。6项污染物每年超标累计时间如图1所示。

图1 宜春市城区2015-2019年不同污染物超标累计时间分布状况

从图1可以看出，2015年空气质量状况最好，空气质量为优的累计时间最多，全年达到143 d。在6项污染物中只有PM2.5、PM10、O3超标，NO2、SO2、CO的质量浓度在此5 a内未超过二级标准限值。在超标的3项污染物中，PM10超标时间最少，5 a累计超标3 d。PM2.5超标累计时间呈“单峰”型变化，O3超标累计时间的变化为逐年增加的趋势。在经历2016年和2017年PM2.5污染最严重的2 a后，从2018年开始，空气质量状况逐渐转好，PM2.5超标累计时间下降，但O3污染逐渐严重。

2015-2019年宜春市城区出现首要污染物的累计时间年度变化情况见图2。

图2 宜春市城区2015-2019年首要污染物概况

由图2可知，2015-2019年宜春市城区PM2.5污染呈“单峰”型变化，其中2015-2017年此3 a的PM2.5为首要污染物的累计时间远超其他污染物。PM10污染日呈“双峰”型变化，变化幅度不明显。O3污染日呈总体增加趋势，2019年O3为首要污染物的累计时间反超PM2.5。CO为首要污染物的累计时间较少，5 a累计时间仅5 d。而NO2和SO2在此5 a内没有成为首要污染物。

2015-2019年，宜春市城区轻度污染以上累计时间达204 d，首要污染物有PM2.5、PM10和O33种(图3)，其中PM2.5占比58.8%，O3占比39.7%。中度以上污染日和重度以上污染日的首要污染物全部都是PM2.5，由此可见宜春市城区的首要污染物还是以PM2.5为主。

图4给出了2015-2019年PM2.5质量浓度超标时，分别为轻度污染、中度污染和重度污染的累计时间。

由图4 可看出，仅2016-2018年此3 a出现中度污染和重度污染，并呈下降趋势，说明空气质量状况得到明显改善。

图5给出了2015-2019年宜春市城区6项污染物年均质量浓度的变化情况。

图3 宜春市城区2015-2019年轻度、中度、重度以上污染日首要污染物累计时间

图4 宜春市城区2015-2019年PM2.5污染程度分布情况

(a)PM2.5 (b)PM10

(c)O3 (d)NO2

(e)SO2 (f)CO

由图5可以看出，PM2.5、PM10、SO2的年均质量浓度均呈“单峰”型变化，PM2.5年均质量浓度在2017年达到峰值，5 a年均质量浓度均超过35 μg/m3，即超过《环境空气质量标准(GB3095-2012)》中规定的年平均浓度二级标准限值。PM10和SO2年均质量浓度在2016年达到峰值，2016年和2017年PM10的年均质量浓度超过年平均浓度二级标准限值70 μg/m3。O3-8h的年90百分位浓度呈逐年上升趋势。NO2年均质量浓度呈“单峰单谷”型变化。CO年均质量浓度呈“U”型变化。说明颗粒物(PM2.5、PM10)质量浓度在逐渐下降，主要因为近2 a政府出台各项措施大力治理大气污染并初见成效。另一方面，O3污染有加剧趋势，尤其是2019年，O3-8h年90百分位浓度上升较快，并且O3的前体物NO2和CO的年均质量浓度在2019年均有上升。

2.2 月变化特征

2015-2019年宜春市城区6项污染物月均质量浓度变化特征如图6所示。

(a)PM2.5 (b)PM10

(c)O3 (d)NO2

(e)SO2 (f)CO

从图6中可见，PM2.5、PM10、NO2、SO2和CO的月均质量浓度总体呈“U”型趋势，12月、1月、2月质量浓度最高，6-8月最低。O3月均质量浓度呈“双峰”型趋势，5月和9月达到峰值，12月最低。7月的O3质量浓度出现低点，主要是因为7月前后为梅雨季节，长时间大量降雨不利于生成O3。

2.3 季节变化特征

按照中国传统的季节划分方法，12月-次年2月为冬季，3-5月为春季，6-8月为夏季，9-11月为秋季[7]。6项污染物季节变化趋势如图7所示。

图7 宜春市城区2015-2019年6项污染物季节质量浓度变化情况

由图7可知，宜春市城区大气环境中的5项污染物(PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO)季节质量浓度呈冬高夏低的趋势，冬季污染物质量浓度较高一方面是因为冬季风速小，且常出现逆温情况，污染物容易累积，不利于扩散。另一方面是受传统春节等重要节日燃放烟花爆竹等影响，而夏季风速大，气流流通性强，且降雨频繁对污染物冲刷作用强[8]。O3的季节质量浓度变化趋势与其他污染物不同，呈夏高冬低的趋势，而春秋两季只比夏季略低。这与O3生成的气象条件有关，近地面O3是由前体物(NOx、CO、VOCs等)在高温、低湿、低风速、晴朗无云、阳光充足的情况下发生化学反应生成的[9]。所以O3在夏季浓度高，冬季浓度低。

2.4 相关性分析

采用独立样本T检验方法分析宜春市城区2015-2019年的6项污染物年均质量浓度的统计学差异性。在统计学中，P<0.001表示有及其显著的统计学差异；P<0.01表示有显著统计学差异；P<0.05表示有统计学差异；P>0.05则表示无统计学差异。差异显著表示这2 a的污染物数据上的区别是有可比性的。

表1给出的是2015-2019年6项污染物年均质量浓度在相邻2 a的差异性分析。

表1 6项污染物相邻2年差异性分析

由表1可以看出，除PM10在2015年和2016年的年均质量浓度比较得到的P值为0.011<0.05，有统计学差异之外，其他污染物的年均质量浓度在相邻两年的的比较中，均未显示出差异性。

在此基础上挑选出6项污染物年均质量浓度峰值所在的年份与2019年进行比较，其差异性如表2所示。

由表2可以看出，有统计学差异表明PM2.52019年年均质量浓度与2017年相比是下降的，PM102019年年均质量浓度与2016年相比也是下降的，O3的年均质量浓度2019年与2015年相比呈上升趋势。SO22019年年均质量浓度与2015年相比是有显著性差异，即有明显的下降。NO2和CO无统计学差异，表明这2项污染物年均质量浓度变化不明显。

表2 6项污染物差异性分析

3 结论

1)2015-2019年宜春市城区空气质量以优良为主，优良率均超过80%以上。总体来看，首要污染物是PM2.5、PM10和O3，而NO2、SO2和CO不是宜春市城区的主要污染物。

2)5 a间，颗粒物(PM2.5、PM10)平均质量浓度、污染时间和超标时间均呈明显下降趋势，且PM2.5污染具有明显的季节特征，冬季是高峰期，夏季则是低谷。

3)5 a间，O3平均质量浓度、污染时间和超标时间逐年上升，尤其是2019年O3污染时间超过PM2.5。O3污染也具有明显的季节特征，最高值集中在夏季，最小值在冬季。

4)根据相关性分析表明，宜春市城区PM2.5、PM10污染状况逐渐改善，冬季空气质量呈好转趋势。而O3污染逐年加剧，成为宜春市城区近年来的重要大气污染物。