崇明岛大气污染特征探讨及分析

摘要：以2015～2019年崇明岛5个自动站点的监测数据为依据，探讨分析了崇明岛5年来的污染物变化趋势及污染特征。分析表明崇明岛大气环境质量持续改善，污染物浓度呈现下降趋势。污染物浓度具有季节性的时间分布特征以及西北部高，东南部低的空间分布特点;臭氧和细颗粒物已经成为影响崇明空气质量的两个关键指标。同时提出了污染物协同控制，尽快出台排放清单，区域联防联控等环境管理的意见与建议。

关键词：崇明;大气;污染物;特征;分析

中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）10-00-04

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.041

Abstract：The trend of air quality and the air pollution characteristics in Chongming are presented in this paper based on the data from 5 automatic air monitoring systems from 2015 to 2019.The study shows the continuous improvement of the air quality in Chongming，the downward trend of pollutants concentration，the seasonal and spatial characteristics of pollutants concentration.O3 and PM2.5 have turned to be the two main pollutants that can be fateful to the air quality.Suggestions such as multi-pollutant control strategy，updating the emission inventory and regional management regime are also presented in this paper.

Key words： Chongming;Air;Pollution;Characteristics;Analysis

2016年，上海市人民政府印发了《崇明世界级生态岛发展“十三五”规划》（以下简称《规划》）[1]，明确了崇明空气质量指数AQI的优良率是约束性指标，“十三五”期间必须完成目标。同时，为了持续改善崇明世界级生态岛的空气质量，支撑世界级生态岛建设，通过数据分析，找出大气污染物的特征及变化，提出改善大气污染的措施和建议，为环境管理及经济可持续发展提供参考和依据。

1 资料与方法

监测点位为崇明岛上5个空气质量分区发布的自动监测站点，分别简称为绿华站、城桥站、森林公园站、农业园区站及东滩站，具体见图1。监测的指标为二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、可吸入颗粒物（PM10）及细颗粒物（PM2.5）;监测数据范围以2015～2019年的监测数据为基础进行统计、评价和分析。

评价方法根据《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）[2]、《环境空气质量指数（AQI） 技术规定（试行）》（HJ 633-2012）[3]以及《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ 663-2013）[4]的相关规定。通过对上述5个站点多年的数据的统计，分析崇明岛的整体空气质量状况，污染物时空分布以及特征变化等。

2 总体空气质量状况

2.1 空气质量指数（AQI）

2015～2019年空气质量指数（AQI）优良率在74.8%～86.0%之间，总体上优良天数呈现增加趋势，而污染天数呈现下降。2018和2019年连续两年优良率达到80%以上，已经达到了《规划》的目标值。

2.2 污染物浓度现状（2019年）

2.2.1 二氧化硫（SO2）

二氧化硫日平均浓度范围在4～15μg/m3，全年均值为6μg/m3，达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的一级标准;二氧化硫24h平均第98百分位数为11ug/m3，达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的一级标准。

2.2.2 二氧化氮（NO2）

二氧化氮日平均浓度范围在3～77μg/m33。全年均值为17μg/m3，达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的一级标准;二氧化氮24h平均第98百分位数为53μg/m3，达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的一级标准。

2.2.3 一氧化碳（CO）

一氧化碳日平均濃度范围在0.1～1.2mg/m3，全年均值为0.5mg/m3。一氧化碳24h平均第95百分位数为0.8mg/m3，达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的一级标准。

2.2.4 臭氧（O3）

臭氧的日最大8h平均浓度范围在19～276μg/m3，全年均值为105μg/m3。臭氧日最大8h滑动平均值的第90百分位数为148μg/m3，达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的二级标准。

2.2.5 可吸入颗粒物（PM10）

可吸入颗粒物日平均浓度范围为8-131ug/m3，全年均值为40μg/m3，达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的一级标准;可吸入颗粒物24h平均第95百分位数为86μg/m3，达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的二级标准。

2.2.6 细颗粒物（PM2.5）

细颗粒物日平均浓度范围为2-137μg/m3，全年均值为34μg/m3，达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的二级标准;细颗粒物24h平均第95百分位数为82μg/m3，未达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的二级标准。

3 污染特征分析

3.1 时间分布特征

3.1.1 年度分布

根据2015～2019年的监测数据进行统计计算，并作图（见图3）。可以看出，5年来，除臭氧呈现振荡波动的特征外，其余均呈现出逐年下降的趋势。同时，按照上述的技术规定，通过计算各个污染物浓度的Spearman秩相关系数rs和临界值γ（单侧检验的显著性水平为0.05）的比较，结果表明除臭氧外，其余5个污染物的变化趋势具有统计意义，即相关指标变化呈现下降趋势（见表1）;而臭氧的变化趋势没有没有统计上的显著意义，表明在该时段内基本无变化。

二氧化硫、二氧化氮及一氧化碳浓度5年来改善明显，且连续多年远低于国家一级标准;可吸入颗粒物能够较为稳定的达到国家二级标准;细颗粒物经过多年的管控和治理，在2019年年均值达到了国家二级标准，但是细颗粒物24h平均第95百分位数未达到国家二级标准，提示了细颗粒物的超标天数仍然偏多，未达到标准要求。

5年来污染物总体呈现逐年下降，主要得益于大气污染防治行动计划和清洁空气行动计划的实施，全面推进对污染物的协同控制与减排。在宏观上设定控制目标，减少大气污染物的排放，减少总量;在措施上主要包括清洁能源替代、锅炉“煤改油”“油改气”及“气改电”的多轮改造、VOCs的治理及源头削减、推进老旧车淘汰更新、加快新能源车推广、加强工业粉尘污染治理、严格管控垃圾及秸秆露天焚烧、积极进行产业结构调整等。

3.1.2 月度分布

二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物、细颗粒物以及一氧化碳的月度变化都呈现两头高，中间低，即冬季春季污染物浓度比较高，夏秋两季污染物浓度相对较低。臭氧则基本呈现相反的特征，见图4。

研究表明[5-7]，上海地区空气污染存在较明显的季节变化，地面天气形势对空气污染的影响较大，地面风向和风速等气象条件对上海地区空气污染物的扩散具有决定性的作用。崇明月度变化同样受天气及气象条件影响，呈现冬春高，夏秋低的特征。夏秋两季崇明盛行东南风，且易频繁受到台风及降水天气影响，有较好的扩散条件，有利于污染物浓度的降低;冬春季受冷空气影响，且盛行偏北风向，大气边界层较低，静稳气象条件形成，污染物扩散条件不利，再叠加本地污染的产生，污染物浓度相对较高，易形成“高峰”。

臭氧则呈现夏秋高，冬春低的变化。5年来，在月度分布上，臭氧超标的天数集中出现在4月～9月，偶尔出现3月，极少出现在10月和11月，其余月份未超标过，见图5。根据已有的研究[5，8-9]，上海地区的近地面臭氧污染出现在夏季光化学反应比较强烈，晴天少云，紫外辐射较强，相对湿度较低，气温较高的情况下。崇明岛也符合这一特征，在夏季高温，太阳辐射较强的情况下，光化学反应活跃，有利于臭氧生成，容易产生臭氧污染。若有极端天气条件，如持续高温和强紫外线，可造成臭氧污染的加剧和超标。

3.2 空间分布特征

根据5年来各监测站点的污染物的浓度汇总（表2，一氧化碳单位为mg/m3;其余为μg/m3），可以看出，崇明岛的二氧化硫和一氧化碳浓度呈现全岛基本较为平均;臭氧浓度在东滩站点及农业园区站点相对较低外，其余3个点位相对较高，有明显的西北部及中部较高，东南部较低的特征;二氧化氮、可吸入颗粒物及细颗粒物的浓度均在城桥站点及绿华站点相对较高，其余3个站点较低，有明显的西北部较高，东南部较低的空间分布特征。

崇明岛污染物空间分布特征和其地理位置以及各监测站点的地理位置具有相当大的联系。崇明岛位于长江的入海口，三面环江，东面临海;北部是南通市、海门市和启东市，南部是常州市、苏州市、崇明长兴岛以及上海市。崇明岛夹在两块陆地之间，易受大气污染的远距离输送以及跨区域的影响，绿华站、城桥站相对深入陆地，影响较为明显;靠近长江口以及东海区域的部分，位置相对优越，扩散条件也更佳，农业园区站以及东滩站则污染物浓度相对较低。

崇明岛5个分区站点的小环境位置也有所区别。绿华站、森林公园站和农业园区站基本位于农村等非建成区或非城镇区;东滩站则位于东滩保护区内;城桥站位于建成区，且位于进出城区主干道鼓浪屿路和南引河路的交叉口，这也是城桥站二氧化氮浓度在5个站点中最高的主要原因。

3.3 主要污染物的变化

2015～2019年，崇明岛出现轻度污染及以上污染的次数基本呈现下降趋势;首要污染物主要是细颗粒物和臭氧，偶尔出现可吸入颗粒物和二氧化氮（图6）。从图中可知，在污染状况下，2015年、2016年细颗粒物為首要污染物的次数均最多，而2017年开始，转换为臭氧为首要污染物的次数最多，细颗粒物退居次席，整体呈现了以臭氧和细颗粒物为主要污染物的复合污染特征，两者为首要污染物的次数占污染次数的比例高达98%。

2015～2019年的数据显示，当污染等级是中度污染及以上时，首要污染物则只有细颗粒物和臭氧两者，次数的变化特征则和上述变化一致，即2017年开始，从2015年、2016年的细颗粒物污染次数居多转变为臭氧污染居多。

当污染物等级是重度污染时，首要污染物仍然是细颗粒物及臭氧。2015～2017年首要污染物全部为细颗粒物;2018年首要污染物为细颗粒物和臭氧各占50%，2019年的重度污染首要污染物则全是臭氧。

由此可见，崇明岛仍然具有细颗粒物和臭氧污染的复合污染特征，而首要污染物则有所变化，即在污染状况下，崇明岛的首要污染物已从细颗粒物为主，臭氧为辅，转为臭氧污染为主，细颗粒物为辅的污染特征。

3.4 重污染过程中的污染特征

通过分析大气重度污染过程中，细颗粒物以及臭氧污染物的典型污染过程，总结崇明岛重度污染下的污染特征。主要污染物为臭氧时，以2018年6月12日出现的一次重度污染过程为例（图7），分别截取了当日11点、14点、16点及20点的臭氧浓度分布图，过程可以分为发生、发展、扩大及消退。从这个过程中可以看出，崇明岛受外来污染影响较为明显，甚至在消退期，仍然受外部污染高浓度区域影响。

细颗粒物的重度污染过程以2017年12月30日～2018年1月1日为例（图8），与臭氧相似，主要受外部污染源影响。具有不同特征的是，臭氧污染多在一天时间内，随着太阳辐射、温度等的变化情况，完成发生、发展、扩大及消退;而细颗粒物的重度污染整个过程的发生、发展、扩大及消退过程往往延绵几天时间。另一方面，细颗粒物重度污染，基本上由西北向东南发展，若遇上静稳气象条件，扩散条件不佳，加剧污染。

4 结论和建议

4.1 结论

4.1.1 崇明岛大气环境质量继续改善

崇明岛污染物浓度整体下降，各项污染物浓度均为5年来最低，其中二氧化硫、二氧化氮及一氧化碳达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的一级标准，可吸入颗粒物和臭氧达到《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的二级标准。细颗粒物2019年均值首次达到了国家二级标准。总体上优良天数呈现增加趋势，2018和2019年连续两年优良率达到80%以上，达到了《规划》的考核目标。

4.1.2 污染物年度变化具有下降趋势

臭氧浓度处于波动状态，基本无变化趋势;二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、可吸入颗粒物、细颗粒物的浓度均值经spearman秩相关系数检验，具有统计意义上的下降趋势;这主要得益于大气污染防治行动计划和清洁空气行动计划的实施，加强了对污染物的协同控制与减排。

4.1.3 污染物浓度呈现冬春高，夏秋低的特征，臭氧污染好发于夏秋季

崇明岛夏秋两季盛行东南风，且易受到台风及降水等天气影响，扩散条件好，有利于污染物浓度降低;冬春季受偏北冷空气和静稳气象条件影响，污染物扩散条件不利，污染物浓度相对较高。夏季高温，太阳辐射较强的情况下，光化学反应活跃，有利于臭氧生成，容易产生臭氧污染。

4.1.4 污染物浓度西北部及中部较高，东南部较低，城桥站位置特殊

主要受站点地理位置影响，绿华站、城桥站相对深入陆地，易受区域影响;靠近长江口以及东海区域的点位，位置相对优越，扩散条件也更佳，农业园区站以及东滩站则污染物浓度相对较低。城桥站因处于城镇交通要道交汇处，其二氧化氮的浓度偏高。

4.1.5 大气复合型污染未改变，臭氧光化学污染天数超越细颗粒物污染天数

2015～2019年，崇明岛出现轻度污染及以上污染的首要污染物主要是细颗粒物和臭氧，偶尔出现可吸入颗粒物和二氧化氮。2017年开始，转换为臭氧为首要污染物的次数最多，细颗粒物退居次席，整体呈现了以臭氧和细颗粒物为主要污染物的复合污染特征。

4.1.6 重度污染主要受外来污染影响，臭氧和细颗粒物污染过程有所不同

细颗粒物的重度污染过程，与臭氧相似，主要受外部污染源影响。臭氧污染多在一天时间内，完成发生、发展、扩大及消退;而细颗粒物的重度污染整个过程往往延绵几天时间，且细颗粒物重度污染，基本上由西北向东南发展。

4.2 建议

4.2.1 继续加强细颗粒物污染的排放控制

5年来细颗粒浓度明显下降，2019年细颗粒物浓度均值达到了国家二级标准，但是百分位数浓度仍然超标，且是影响崇明岛空气质量的两个主要污染物之一。除了继续控制工业排放，改变燃料结构，控制机动车污染，还应匹配生态岛建设的需求，调整产业结构，提高准入门槛，适当提高标准要求。

4.2.2 加大协同控制，解决臭氧和细颗粒物的复合污染

臭氧和细颗粒物已经成为影响崇明空气质量的两个绝对关键的指标。协同防控的实质是对大气中二次反应的削弱和控制，即对氮氧化物、VOCs等前体物经过反应产生二次粒子以及臭氧的过程进行控制，以达到臭氧和细颗粒物双控制的目标。主要措施包括重点行业、重点企业的VOCs深化治理及源头减排;持续加强移动源污染物排放控制等。

4.2.3 尽快研究出台排放清单，实施精准控制

排放清单是识别污染来源的核心支撑，也是制定污染控制和减排等环境管理的方向标，特别是针对崇明臭氧和细颗粒物复合污染的问题，还需要开展臭氧和细颗粒物来源解析，尽快完成本地区氮氧化物和挥发性有机物VOCs排放清单，结合本地区的污染现状以及防治目标，因地制宜地实施精准排放控制。

4.2.4 区域联防联控，减少外来源影响

针对污染天气，及时启动应急响应，采取应急控制措施，减少污染物排放源;根据崇明外來源影响比较明显的特点，强化污染物区域联防联控，协同减排，制定区域空气污染预警及联动方案，加强区域联合应对，尽可能减少污染影响的时间和降低污染的强度，达到进一步改善空气质量的目的。

5 结语

文章对崇明岛2015～2019年空气自动站点的监测数据进行了统计、分析和评价，探讨了崇明岛大气污染的特征，为环境管理政策及措施提供参考和依据。分析结果表明：崇明岛大气环境质量继续改善，污染物浓度持续下降。污染物浓度具有季节性的时间分布特征以及西北部高，东南部低的空间分布特点;臭氧和细颗粒物已经成为影响崇明空气质量的两个关键指标，因此，尽快研究出台排放清单，有利于实施氮氧化物和挥发性有机物VOCs等前体物的精准控制;同时加强区域联防联控，减少外来输入影响，达到进一步改善崇明岛空气质量的最终目的。

参考文献

[1]上海市人民政府.崇明世界级生态岛发展“十三五”规划[Z].2016.

[2]GB 3095-2012.环境空气质量标准[S].2012.

[3]HJ 633-2012.环境空气质量指数（AQI） 技术规定（试行）[S].2012.

[4]HJ 663-2013.环境空气质量评价技术规范（试行）[S].2013.

[5]陈镭，马井会，甄新蓉，等.上海地区空气污染变化特征及其气象影响因素[J].气象与环境学报，2017，33（3）：59-67.

[6]王璟，伏晴艳，王汉峥，等.上海市一次罕见的连续11天空气污染过程的特征及成因分析[J].气候与环境研究，2008，13（1）：53-60.

[7]张国琏，甄新蓉，谈建国，等.影响上海市空气质量的地面天气类型及气象要素分析[J].热带气象学报，2010，26（1）：124-128.

[8]谈建国，陆国良，耿福海，等.上海夏季近地面臭氧浓度及其相关气象因子的分析和预报[J].热带气象学报，2007，23（5）：515-520.

[9]马井会.上海近地面臭氧浓度与气象因子关系与预报研究[A].中国气象学会，第28届中国气象学会年会-S8大气成分与天气气候变化的联系[C].中国气象学会，2011：470-481.

收稿日期：2020-08-01

作者简介：刘丹（1981-），男，本科，中级职称，研究方向为环境监测技术与业务管理工作。