春节期间烟花禁放对江西省城市环境空气质量影响研究

2020-09-14熊秋林张如心宁文丽季沛雯程朋根赵文吉

东华理工大学学报(自然科学版) 2020年3期

熊秋林，张如心，宁文丽，季沛雯，程朋根，赵文吉

(1.东华理工大学测绘工程学院，江西南昌 330013；2.首都师范大学资源环境与旅游学院，北京 100048)

春节是中华民族最重要的节日，节日期间尤其是除夕夜和元宵节燃放烟花爆竹是我国的传统习俗。然而，已有研究表明，烟花爆竹内含有大量硝类、硫类等易燃物，燃烧后释放大量SO2、大气颗粒物等空气污染物(李悦等,2013;刘树博等，2018；程朋根等，2019)，尤其是在集中燃放时段，短时间内会引起大气中颗粒物浓度剧增，导致空气质量急剧恶化(程念亮等,2015; 张晓玲等,2018)，严重影响城市居民的出行和身体健康(魏复盛等, 2001; 贺克斌等,2011)。张琴(2017)研究了烟花爆竹燃放对湖南省空气质量的影响。结果显示烟花爆竹的集中燃放(正月初一)会导致严重的空气污染，14个城市的空气质量全部超标；集中燃放烟花爆竹对PM10和PM2.5影响最为显著，尤其是PM2.5增幅最大，其次是SO2和CO，而NO2和O3受影响程度最小。郝天依等(2019)探讨了春节期间烟花爆竹燃放对天津空气质量的影响。研究表明春节期间天津大气颗粒物的浓度峰值出现在正月初一的00∶00—01∶00；烟花爆竹燃放对PM2.5、PM10和SO2浓度的影响较大，并且对PM2.5和PM10的影响程度相对增高，但对NO2的实时影响最小。杨志文等(2017)通过烟花爆竹燃放时段和正常时段的对比，研究了2015年春节期间烟花爆竹燃放对天津市空气质量的影响。结果表明集中燃放烟花爆竹对PM2.5、PM10和SO2的影响最为显著，燃放高峰时段(正月初一0∶00)其浓度分别为428.00 μg/m3、714.00 μg/m3和283.14 μg/m3，且燃放期间的平均值比非燃放期分别增加了2.54、2.07和3.27倍。陈威等(2018)研究了2016年2月7—9日燃放烟花爆竹对哈尔滨空气质量的影响。结果表明除夕夜烟花爆竹集中燃放时间与哈尔滨出现重度污染时段高度吻合，说明集中燃放烟花爆竹会短时间内引起严重的大气污染。王占山等(2015，2016)分析了北京市2014年和2015年春节期间烟花爆竹燃放对空气质量的影响。结果表明烟花爆竹燃放会造成严重的大气污染，尤其对PM2.5、PM10和SO2的浓度影响最为显著。贺光艳等(2014)分析了2013年春节期间成都市区的主要大气污染物浓度值，发现烟花爆竹燃放对PM2.5、PM10、SO2及NO2的浓度有较大影响。梁铁军(2010)研究了丹东市2009年春节期间烟花爆竹燃放对空气质量的影响。结果表明除夕和元宵节大量燃放烟花爆竹会导致PM10浓度在短时间内(除夕期间22∶00—2∶00)快速上升，而对SO2和NO2浓度的影响不大，并且城区PM10浓度远高于其他区域。

政府通过合理的政策规制以改善春节期间城市空气质量，应该成为大气污染防控政策的主要目标之一。既然燃放烟花爆竹会严重影响空气质量，那么政府通过对城区实施“烟花禁放”规制措施对空气质量的改善影响如何呢？近年来，随着国家和地方政府的“大气污染防控条例”出台和“蓝天保卫战”的实施，这一问题逐渐引起政府和学术界的关注(江涛,2019; 左仲华等,2018)。胡丙鑫(2019)等采用浓度比值和特征对比等方法评估了2018年春节期间(2月15—16日)京津冀及周边地区“2+26”城市实施烟花禁限放措施的效果。结果表明“2+26”城市的烟花集中燃放会导致PM2.5、SO2浓度显著增长，出现以PM2.5为首要污染物的重污染时段，并且呈现出区域性污染特征；与2017年同期(1月27—28日)相比，2018年春节期间14个城市中烟花燃放对PM2.5浓度平均贡献量呈下降趋势。目前对于烟花禁放影响的文献，主要关注于烟花爆竹燃放对空气质量的影响，而鲜有从烟花禁放的视角深入考察政府政策规制对空气质量改善的作用，存在仅从横向或者纵向进行对比论证的片面性问题。

2018年，中国多个地区升级烟花“禁放令”并扩大实施范围，部分地区还将其升至立法层面，“禁放令”的推广势在必行。江西省积极响应中央政府号召，部分地级市更是严格贯彻落实烟花禁放令。基于此，笔者采用数理统计、定量分析和ArcGIS空间分析等方法，通过构建“空气污染综合指标”探讨烟花禁放对春节期间江西省城市环境空气质量的影响，为政府有关部门进一步明确禁放区域、细化工作措施，科学实施“烟花爆竹禁放”的专项行动提供一定依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

江西省地处我国东南部，总面积16.69万km2，辖南昌市等11个地级市，全年雨水频繁，空气偏向于潮湿，有利于空气污染物的沉降，益于净化空气；因其主要地形为江南丘陵、山地，土壤条件好，森林覆盖率高，所以生态环境调节能力好，全省空气质量较良好。近年来，江西省建设国家生态文明试验区成效显著，2018年较2017年全年空气质量优良天数增加了18天，空气优良率达88.3%，比全国平均水平高9%；主要空气污染物指标均呈现下降趋势，其中PM2.5浓度下降17.4%，SO2、PM10和NO2分别下降了26.1%、12.3%和3.8%，均达到国家二级标准。

1.2 数据来源

研究数据主要来源于江西省11个地级市的60个环境空气监测国控站点2017年和2018年春节期间(除夕至元宵，公历2017年1月27至2月11日、2018年2月15至3月2日)的6项大气污染物(PM10、PM2.5、SO2、CO、NO2和O3)数据。其中对24 h监测数据取日均值，并运用ArcGIS 10.1软件的空间统计模块，将具有经纬度和监测点编码的60个国控监测站点的6项污染指标进行分区统计，这些监测站点主要集中分布在各地级市城区，反映城市环境空气质量状况(图1)。

图1 江西省空气质量监测站点分布示意Fig.1 Schematic graph of air quality monitoring stations in Jiangxi province

2 结果与讨论

2.1 江西省城市烟花禁燃状况分析

为了贯彻落实江西省人民政府颁布的《江西省人民政府关于修改〈江西省烟花爆竹安全管理办法〉的决定》，省内多数城市将烟花燃放政策从限放升级为范围扩大的禁放。如表1所示，2017年，省内仅有5个城市先后进行限放或禁放措施。而2018年，春节期间有8个城市升级烟花燃放政策，其中升级禁放的有7个，升级限放的有2个；扩大烟花禁放范围的有2个，仅1个城市继续维持2017年烟花管理措施。上饶市虽在2019年才开始全面禁放烟花，但在2018年也实行了部分地区限放或禁放的措施。除抚州市外，2018年春节期间绝大部分地级市均全面升级了烟花禁放措施。

表1 2017和2018年春节期间江西省城市烟花禁放范围Table 1 Prohibition of fireworks in Jiangxi province during the Spring Festival of the year 2017 and 2018

2.2 春节期间江西省城市大气环境状况分析

(1)2017和2018年春节期间全省大气主要污染物浓度总体变化。图2和图3分别为2017和2018年春节期间江西省城市环境空气中主要污染物的平均浓度。全面实施“烟花禁放”政策前(2017年)，除夕夜和正月初一都是春节期间大气污染最严重的时段，大量的空气污染物短期内迅速累积形成污染高峰；大气环境中主要污染物PM2.5和PM10分别较当年对应污染物的年均浓度升高49.62%和24.19%。2018年春节期间江西省全面实行禁燃措施后，绝大部分城市大气环境中PM2.5、PM10、SO2等污染物的平均浓度较2017年同期均有明显下降趋势，仅鹰潭市的SO2浓度小幅上升，烟花禁放措施实施效果显著。

图2 2017年春节期间江西省城市环境空气主要污染物浓度Fig.2 The concentration of major urban air pollutants in Jiangxi province during the Spring Festival in 2017

图3 2018年春节期间江西省城市环境空气主要污染物浓度Fig.3 The concentration of major urban air pollutants in Jiangxi province during the Spring Festival in 2018

与2017年同期相比，2018年春节期间全省城市主要污染物PM2.5、PM10和SO2浓度均值分别下降了21.94 μg/m3、25.69 μg/m3，和4.81 μg/m3，降幅分别达到31.64%、28.36%和28.39%，而其他3种大气污染物O3、NO2和CO的浓度受烟花禁放政策影响不大。

(2)春节期间城市主要污染物浓度变化的定量分析。参考AQI技术规定(国家环境保护部，2012)，为了综合评估各城市“烟花禁放”政策实施前后空气质量的变化情况，对春节期间主要污染物浓度进行了去量纲处理。

在实施对农村精准扶贫的同时，特别强调教育扶贫；在谈到振兴乡村的时候，不仅要振兴乡村的经济，还有乡村的教育。如今乡村学生依然面对着与中心城市许多学生不一样的教育问题，找出困境，发展教育，振兴乡村，也是蕴含在2018年中央一号文件中的重要内容。本文通过对乡村学生所面对的家庭、学校和社会各层次教育中所存在的困难提出问题，并为乡村教育提出改革策略，为振兴乡村教育提供建议。

污染物项目P的空气质量分指数计算公式：

(1)

式中，IAQIP为污染物项目P的空气质量分指数,CP为污染物项目P的空气质量浓度值,BPHi为与CP相近的污染物浓度限值的高位值，BPLo为与CP相近的污染物浓度限值的低位值，IAQIHi为与BPHi对应的空气质量分指数，IAQILo为BPLo对应的空气质量分指数。

空气综合污染指标计算公式：

AQI总= IAQINO2+IAQIPM2.5+IAQIPM10+IAQISO2+IAQIO3

(2)

同2017年相比各污染物AQI下降百分比Pi计算公式：

Pi=(AQI2017-AQI2018)/AQI2017

(3)

同2017年相比AQI总下降百分比P总计算公式：

P总=(AQI总2017-AQI总2018)/AQI总2017

(4)

考虑到CO浓度呈现不规则变化，且浓度单位为mg/m3，权重过大，因此在计算空气综合污染指标AQI总下降百分比中没有将AQICO算入其中。2018年春节期间升级烟花禁放城市和新实施烟花禁放城市中3项污染指标的下降比例分别如表2和表3所示。

表2 2018年春节期间升级烟花禁放城市3项污染指标较2017年下降比例 Table 2 Decline percentage of three pollution indicators in upgraded-fireworks-banned cities during the Spring Festival in 2018 compared with those in 2017

表3 2018年春节期间新实施烟花禁放城市3项污染指标较2017年下降比例Table 3 Decline percentage of three pollution indicators in implemented-fireworks-banned cities during the Spring Festival in 2018 compared with those in 2017

烟花禁放在2018年实施效果显著，使得江西省空气质量有所改善。春节期间，2017年南昌市、九江市、新余市、抚州市、吉安市均有部分地区实施禁放与限放政策，而2018年在2017年基础上升级禁放，使得这些城市的AQI总下降百分比均在17%以上(表2)。

由表3可知，赣州市SO2浓度下降百分比最大，为50.53%；萍乡市AQI总下降百分比为0.41%，较2017年烟花禁放措施实施力度不够。2017年春节期间景德镇市、鹰潭市、上饶市则未实施烟花禁放政策，而2018年春节期间它们均实施了烟花禁放措施，使AQI总下降百分比都在13%以上。景德镇市的PM2.5、PM10浓度分别下降了43.21%、35.19%，是2项指标浓度下降最大的城市，且AQI总指数也下降最大，烟花禁放措施实施效果显著。

2.3 烟花禁放效果分析

(1)2017和2018年春节期间主要污染物浓度变化。对春节期间江西省城市污染物浓度进行分析，发现烟花爆竹燃放集中在正月初一，因此对除夕和正月初一进行小时级别的SO2、PM10和PM2.53项指标浓度变化分析，结果如图4和图5所示。2017年春节期间南昌市、九江市、新余市、抚州市、吉安市均有部分地区实施禁放与限放政策，而2018年在2017年基础上升级禁放。如图4可知，以南昌市为例，南昌市2017年3项污染物浓度高峰主要在正月初一1点和10点，SO2浓度在除夕19点及正月初一0点、9点有明显的波峰，1点的污染高峰也说明污染物扩散需要一定的时间，并非是0点集中燃放便瞬间导致污染浓度最高。再以抚州市为例，正月初一9时PM10浓度由2017年峰值1 020.4 μg/m3降至2018年204.25 μg/m3，可见政策的顺利实施对污染物排放有所改善。

图4 2018年春节升级禁放政策的地级除夕逐小时主要污染物浓度变化Fig.4 Hour-by-hour changes of the concentration of major pollutants in upgraded-fireworks-banned cities in 2018 Spring Festival

图5 2018年春节新增实施禁放政策的地级市除夕逐小时主要污染物浓度变化Fig.5 Hour-by-hour changes of the concentration of major pollutants in implemented-fireworks-banned cities in 2018 Spring Festival

2017年春节期间宜春市、萍乡市、赣州市未查到实施烟花禁放政策，景德镇市、鹰潭市、上饶市则未实施烟花禁放政策，而2018年春节期间它们均实施了烟花禁放措施。由图5知，以景德镇市为例，这两年除夕污染物浓度增加集中在除夕晚19时、正月初一的1时和8时，符合过年习俗，但主要污染物浓度变化不大，最高值都高于500 μg/m3，对环境的污染仍很大，这说明烟花禁放政策实施的迫切性。其中，宜春市的下降程度显著低于其他城市，因为宜春市万载县是一个大型的烟花爆竹生产地，会对城市空气污染程度造成一定影响。

(2)江西省烟花禁放前后空气质量时空演变。PM2.5、PM10和SO2是受烟花禁放政策影响较大的空气污染物。根据图4、图5的结果，为了直观地反映江西省烟花禁放前后大气环境质量的时空演化，选取除夕16点、初一1点、6点和19点，反映3项污染物在时空上的浓度峰、谷值完整的变化过程，运用ArcGIS软件空间统计模块中的反距离权重法对3项污染物PM2.5、PM10和SO2浓度在上述4个时刻的小时浓度值进行空间插值，结果如图6、图7和图8所示。从整体来看，SO2浓度在除夕16点和正月初一19点的空间格局没有变化。正月初一1、6点为两个变化较明显的时刻，PM2.5、PM10浓度下降范围大致沿北部往中东部延伸至南部。2018年正月初一19点PM2.5、PM10浓度较2017年在江西省西部浓度上升，表明江西西部地区在这个时间内仍有燃放烟花爆竹。

图6 2017和2018年春节PM2.5空间分布Fig.6 Spatial distribution of PM2.5 in the Spring Festival of 2017 and 2018

由图6可知，2017年除夕16点上饶市为PM2.5低值区，2018年赣州市为低值区；在2018年正月初一1点，PM2.5浓度较2017年全省降低，北部下降幅度大；正月初一6点，PM2.5浓度北部和南部小块地区下降幅度大。由图7可知，2017年除夕16点九江市为PM10浓度高值区，2018年萍乡市为高值区。2018年初一1点PM10浓度除江西省西部小块地区、吉安市、鹰潭市未下降，其他区域均下降，且北部的九江、南昌市下降幅度大；初一6点，PM10浓度西北小块浓度上升，中部、东南、北部地区浓度下降。由图8可知，初一1点，SO2浓度东北小块地区浓度未降低，其他地方均下降，且中部地区下降幅度大。初一6点，SO2浓度中部地区下降。