永州市大气污染变化特征及其防治对策

武力　刘慧莹　李茂林　陈喆　王敦球

摘要：以2017～2019年永州市环境空气质量现状为基础，结合气象和地形务件，对空气质量和主要大气污染物变化进行了分析，并以2018年空气质量数据和气象数据为例，对主要大气污染物之间及其与气象因素的相关性进行了主成分分析和逐步线性回归分析。结果表明：近几年来永州市空气质量优良率略有上升;各项污染物中对综合指数贡献由大到小依次是：PM2.5>PM10> 03> N02> CO> S02，污染天气主要集中在秋冬季，温度与气压、NO2、PM10、CO、PM2.5呈现极显著负相关关系，并呈线性相关;PM2.5与N02、PM10、CO呈现极显著正相关关系，PM2. 5与PM10、CO呈线性相关;NOz与CO、PM10呈现极显著正相关关系，与温度呈负线性相关;03与CO呈现显著负线性相关。在上述研究基础上，从日常防控、应急管控、长效管控计划3个方面提出了永州市大气污染控制的对策，以期为改善其空气质量提供参考。

关键词：永州;空气质量;气象数据;分析;对策

中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（ 2020） 2-0057-05

1 引言

由于大气环境污染能够引起人体许多疾病，如PM，。能引起呼吸疾病，严重者导致死亡[1，2]。人们对良好环境空气质量需求的渴望与日趋严峻的环境空气质量形势矛盾突出，良好的环境空气逐渐成为最普惠的民生。大气污染与地理位置、气候气象条件、污染物排放三大要素息息相关，其中工业、农业、生活等人类活动排放二氧化硫（ S02）、氮氧化物（NOx）、挥发性有机物（ VOCs）、细颗粒物（PM2.5）、可吸入颗粒物（PMi。）、一氧化碳（C（））等主要污染物是根本原因[3.4]。近年来，国家出台《国务院关于印发大气污染防治行动计划的通知》（国发（2013137号）等文件，定期通报城市空气质量综合指数排名，倒逼地方政府采取大气污染防控措施，促进环境空气质量改善。

永州市位于湖南省南部，属中亚热带大陆性季风湿润气候区，一年四季比较分明，年均气温为17. 6～18.6℃，多年平均降水量1200～1900 mm，三面环山、向东北开口的马蹄形盆地一“三山围夹两盆地”，东西南三面环山，永州市中心城区恰好位于北边开口处，南边是都庞岭山脉，整体地势西南高，东北及中部低，呈口袋状，永州市上风向城市为衡阳和长株潭.污染物排放大，下风向靠近广西贺州、桂州、柳州，地处大气污染物传输通道，污染气团易进不易出，天然地理位置决定了大气扩散条件不利（图1）。

2 环境空气質量评价方法与标准

2.1 数据来源

数据来源于永州市生态环境局公布的2017～2019年5月的《永州市环境空气质量报告》（月报）[5]，月报内容为环境空气质量综合指数、6个主要污染物浓度等，气象数据来源于中国地面气候资料国际交换站数据集。

2.2 环境空气质量评价方法

环境空气质量综合（AQI）指数是描述城市环境空气质量综合状况的无量纲指数，它综合考虑了S02、NO2、PM10、PM2.5、CO、03等6项污染物的污染程度，每一项因子均计算出一个AQl数值，AQI取最大的一个;当AQl大于50时，对AQI贡献最大的即为首要污染物;当AQI指标大于100时，即为污染天。环境空气质量综合指数数值越大表明综合污染程度越重，环境空气质量综合指数计算方法如下。

（1）计算各污染物的统计量浓度值。统计各城市的S02、NO2、PM10、PM2.5的月均浓度，并统计一氧化碳（CO）日均值的第95百分位数以及臭氧（03）日最大8h值的第90百分位数。

（2）计算各污染物的单项指数，污染物i的单项指数Ii按式（1）计算：

（3）计算环境空气质量综合指数Isum，环境空气质量综合指数的计算需涵盖全部六项污染物，计算方法如下：

AQI指数评价划分：一级优：O～50;二级良：51～100;三级轻度污染：101—150;四级中度污染：151～200;五级重度污染：201～300，六级严重污染：301～500。

3 永州市空气质量与主要大气污染物含量变化趋势

3.1 永州市环境空气质量变化趋势

由表1可知：2017年永州市中心城区空气优良天数为297 d，占比为82. 2%，2018年永州市中心城区空气优良天数305 d，占比84. 3%，2019年1～5月永州市中心城区空气优良天数为127 d，占比89. 4%;2017年、2018年、2019年空气质量优良率逐年略有上升，同时，空气质量的逐年提升与永州市开展创建空气质量达标城市工作方案有关，2017年以来永州市采取了在中心城区关闭区域内所有的建筑红砖厂，划定了高污染燃料和烟花爆竹等禁燃区等一系列重大举措，保证空气质量持续向好。

3.2 永州市主要大气污染物含量变化趋势

由图2（a）、（b）、（c）可知：空气质量优良主要在春、夏两季，即3～9月期间;污染天气主要集中在秋、冬两季，1～2月、10～12月即秋冬季。重度污染主要集中在12月和1月，主要原因是秋冬季大气垂直稳定度较好，气候以小风、静风、气温低、降水少、风速低为主，可容纳污染物能力弱，污染扩散条件差，同时，秋冬季又是采暖期排放量增大，故发生污染天气频率较高。2018年重污染天数较2017年有所有降低，主要是2018年冬季降雨时间较长，对污染物有一定的雨除作用。2019年1—5月重污染天数已经超越2017年和2018年同期的总和，主要是2019年1月大气不利条件持续时间长，当时大气污染应急预案未出台，永州市砖厂、水泥厂等高排放企业未采取错峰生产措施，导致污染物排放集中，从而出现密集重度污染天气。

由图3（a）、（b）可知：2017～2018年永州市中心城区污染天主要污染物为PM2.5、O3、PM10，PM2.5是首要控制污染物，提升空气质量总和指数夏秋季主要控O3、PM2.5，冬春季主要控PM2.5[6]。夏季由于天气炎热，空气中NOx、VOCs等污染物及气溶胶容易发生光化学反应，生成O3、PAN等二次污染物，同时，夏季雨天较少，建筑工地施工高峰期，施工管理不到位导致PM10排放量增大。

由图4（a）、（b）、（c）可知：2017年、2018年永州市中心城区主要污染物影响综合指数的贡献占比由大到小依次是：PM2.5>PM10>O3>NO2>CO> SO2，两年各项指标贡献占比变化小，本地排放结构未有明显变化;2019年1～5月永州市中心城区主要污染物影响综合指数的贡献占比由大到小依次是：PM2.5>PM10>NO2>O3>CO>S02，其主要原因是夏季是O3污染的高峰期，因此O3的贡献值还未体现出来。永州市中心城区主要污染物为PM2.5、PM10，O3，2019年永州市对全市大气污染源进行排查共排查1595个点位，有1268个点位存在问题，主要是汽车维修店、餐饮店、建筑工地、建材企业等大气污染防治不到位，这是直接导致PM2.5、PM10、O3升高的主要原因。

4 主要大气污染物之间及气象因素的相关分析

利用SPSS23.O软件以2018年的空气质量数据进行相关性分析，对主要大气污染物及气象因素之间的相关性进行分析，对所有数据采用K-S分析法进行正态分布检验，所有指标均符合正态分布，本节利用pearson法进行相关分析。

4.1 主要大气污染物与气象因素气象的相关分析

由表2可知：温度与NO2、PM2.5、CO、PM2.5呈现极显著负相关关系，其相关系数分别为-0. 953、-0. 847、-0. 903、-0. 912（ P<0. 01），大气污染的污染程度受到温度和气压影响，溫度越低，气压越高，污染越严重，与秋冬季污染天数大于春夏季的结论一致。气压与PM2.5、CO、PM10、N02呈极显著正相关关系，其相关系数分别为0. 901、0.806、0.839、0.946（P<0. 01），其原因为气温升高，气压下降，有利于改变大气扩散条件，使污染物发生扩散，污染物浓度越低[7]。S02和湿度呈负相关，湿度越大，S02的污染越小，主要是因为地层空气湿度大，水汽容易凝结在污染物上，与S02结合，形成硫酸雾等二次污染物，降低了S02的浓度，S02主要来源可能是燃料燃烧，例如煤、煤矸石、柴油等石化燃料，与林启才等人研究发现SO2：主要来源于煤等石化燃料一致[8];O3与风速显著相关，O3与风速呈负相关，因为风速较小时，03合成反应才能进行，与单文坡等人研究结论一致[9]。

4.2 主要大气污染物之间的相关性分析

由表3可知：PM2.5与NO2、PM10、CO呈现极显著正相关关系，其相关系数分别为0. 906、0.934、0.829（P<0.01），PM2.5、PM10、N02和CO的来源主要可能是机动车尾气、扬尘污染和露天焚烧，与张蕾等研究发现机动车尾气、扬尘污染和露天焚烧是哈尔滨市大气污染的主要来源一致[10]。PM2.5的来源广泛，在燃料燃烧、扬尘污染、交通排放等污染源都可以产生PM2.5，NO2会发生光化学反应生成新的气型污染物发生二次污染（即洛杉矶烟雾），也会与水及其他物质反应生成硝酸盐等形式气溶胶，这两个过程都会产生PM2.5;SO2与其他污染物呈现不显著关系，可能与永州市SO2的来源有关，因为SO2会与水及其他物质反应生产硫酸盐等形式气溶胶也会产生PM2.5[11-14];N02与CO、PM10呈现显著正相关关系，其中NO2与CO、PM10的相关系数分别为0. 817、0.717（ P<0. 01），NO2与CO都是来源于汽车尾气和燃料不完全燃烧过程，燃烧过程和汽车行驶过程造成扬尘都是PM，。的主要来源;CO与03呈现显著负相关关系，其相关系数为-0. 596（P<0. 05），CO是生成O3的前驱体物质，日间的化学反应会消耗CO，促进03的生成[9]。

4.3 主要大气污染物与气象因素之间的逐步回归分析

2018年主要大气污染物与气象因素之间的逐步回归分析结果如表4所示，CO与温度、SO2和O3呈线性关系，说明CO的主要来源于燃烧源和O3的相互转化;O。与CO呈线性关系，O3主要来源于两者相互转化以及光化学反应;PMi。与PM2.。和S02呈线性关系，说明其来源主要来源于扬尘污染和燃料燃烧;NO2与温度呈线性关系，主要是因为温度影响NO2的转化过程;PM2.5与PM10和CO呈线性关系，来源于扬尘污染、汽车尾气和露天焚烧及各种类型的不完全燃烧过程[15.16];S02与其他因素均不成线性关系，说明S02来源独立，主要是煤等燃料燃烧所导致。

5 大气污染防治对策分析

5.1 加强大气污染防治的日常防控

5.1.1 加强扬尘综合防治，强化扬尘日常监管

PM2.5、PM10是永州市的首要污染物，控制扬尘是改善大气空气质量最重要的环节。主要对策：①整治建筑施工扬尘污染，强化扬尘源头监管。②开展道路扬尘污染整治，加大道路清扫保洁力度。充分利用道路积尘监测走航结果，合理安排城市保洁工作。③开展裸露土地复绿，推进美丽城市建设。④加强城市基础设施建设，减轻扬尘污染。

5.1.2 推进工业污染防治，强化企业日常监管

企业排放是SO2、NOX、VOCs等污染物的主要来源[17]，控制工业企业达标排放至关重要。主要对策：①持续推进“散乱污”涉气企业整治。②加强重点工业企业无组织排放达标管理。③完成水泥、电力行业执行特别排放限值改造。④综合整治烧制砖瓦行业污染，配套建设在线监控。⑤加强采石场、搅拌场污染整治。⑥全面推进工业挥发性有机物（ VOCs）综合治理。

5.1.3 加强生活、农业污染防治，强化日常管理

生活、农业面源污染也是大气污染的重要组成部分，控制生活、农业面源污染不可或缺，尤其是夏季要注意防范不完全燃烧，导致CO排放量提高，间接拉抬O3的量，影响夏季空气质量。主要对策如下：①积极推动饮食油烟污染治理。②针对PM2.5与PM10和CO集中开展露天焚烧垃圾和露天烧烤污染整治。③严格控制烟花爆竹燃放，划分烟花爆竹禁燃限放区域，最大限度保障空气质量。④提高燃油品质，加强油气回收治理。⑤继续开展高排放车辆污染集中整治，架设机动车遥感监测监管体系。⑥优化城市交通管理，制定重型柴油车和不达标车禁行、绕行方案。

5.2 加强大气污染防治的应急防控

5.2.1 完善监测预警能力，提前启动大气预警

根据前文分析结果，永州市大气污染具有较强的规律性，东北方向的气流传输更易导致大气污染天气的出现，加快重污染天气应急预案和预警体系建设，对秋冬时期东北风为主的天气应建立常规气象监测和环境空气监测预报合作机制，进行动态评估，尤其是秋冬季温度较高、气压较低的天气要提前预警[18]。采用颗粒物、VOCs等污染物的走航测量、气溶胶激光雷达测定等新型监测方法，逐步形成风险信息研判和预警能力，有效识别污染源和不利气象条件。统筹预警环境气象，及时、科学布防应急响应对策，充分发挥大气污染防治联席会议作用，将部门联防、区域联动落实到位，在不利气象条件造成污染物累积效应、外界传输造成污染物输入的时间段，提前识别、提前采取污染防治行动，最大限度避免或减少环境空气重污染。

5.2.2 完善特护期应急响应机制，妥善应对重污染天气

完善重污染天气预警应急体系，做好重污染天气过程的趋势分析，完善会商研判机制，加强重污染天气预测预报，及时发布区域重污染天气预报预警信息。完善重污染天气应急预案和相关实施方案、减排措施。科学制定重点行业错峰生产方案，要将错峰生产集中在每年12月至次年3月期间，分类明确重污染天气应急响应过程中需要停产、限产的企业清单，推动重点应急减排措施的组织响应部门制定实施方案;督促工业企业按照“一厂一案”的要求，将各项应急减排措施细化至各产污环节，明确操作流程。

5.3 加强大气污染防治的长效防控

5.3.1 制定科学的城市大气污染防治规划

应针对PM2.5、PM10、O3污染“病根”，尽快编制详细的源清单和行业治理规划，制定5年，甚至10年的长远的治理规划，并配套具体的专项治理方案，设定量化的工作目标[19]。

5.3.2 实施大气污染精细化管理

全面推行网格化管理，推动大气环境保护工作向主动、精细转型。区、县（市）政府按照“定区域、定人员、定职责、定任务”网格化管理模式，确保做到边界清、任务清、责任清。创新日常监管模式，建立排污企业排查台账，定期巡查，发现问题及时处理，实现管理无死角、监察无盲区、监测无空白。

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作者简介：武力（1988-），男，工程师，博士研究生，主要研究方向为环境管理与污染防治。

通讯作者：陈喆（1987-），讲师，主要研究方向为土壤污染防治与管理。