2020年春节前后天津市空气质量特征分析＊

李鹏，李丹，刘彬，毕温凯，肖致美

2020年春节前后天津市空气质量特征分析＊

李鹏，李丹，刘彬，毕温凯，肖致美

（天津市生态环境监测中心，天津 300191）

2020年春节假期受新冠疫情影响，大量工厂停产、工地停工，移动源活动强度明显降低。为研究受疫情影响的春节前后天津市空气质量特征，基于2020-01—2020-02高时间分辨率的在线监测数据，对天津市春节前后空气质量进行分析。结果表明，与春节前相比，春节后天津市各项主要污染物浓度均下降，NO2下降最明显；污染物浓度日变化幅度明显降低，早、晚高峰不明显，北部的蓟州、宝坻等区域PM2.5和CO浓度明显升高。春节前后PM2.5中化学组分浓度和占比发生明显变化，春节前PM2.5中二次无机离子平均浓度均较高，OC、EC、K+平均浓度均较低，Cl-平均浓度基本平稳。受燃烧源增加、移动源大幅降低和工地停工影响，春节后SO42-、OC、EC和K+在PM2.5中占比明显上升，NO3-和Ca2+在PM2.5中占比明显下降；工业持续生产使春节后PM2.5中NH4+和Cl-占比相对较高。

天津；空气质量；PM2.5；污染特征

京津冀区域是中国污染物排放强度高、空气质量差的地区，以PM2.5为首要污染物的重污染天气频发[1-6]。为有效控制污染，国家在大型活动期间（如奥运会、“APEC会议”和“九三阅兵”）尝试开展区域的大气污染联防联控[7-10]，包括工厂停产限产、工地停工、机动车单双号限行等，为空气质量改善起到重要作用。研究表明，2008年奥运期间O3、SO2、CO和NOx的日均浓度分别较会前下降了23%、61%、25%和21%[7]；交通源排放的VOCs、CO、NOx和PM10分别较会前下降55.5%、56.8%、45.7%和51.6%[8]。“APEC会议”期间天津市二次离子（NO3-、SO42-、NH4+）、一次离子（Cl-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+）在PM2.5中的占比分别由会议期间的48.12%、8.84%下降为会后的42.68%、14.50%[9]。“九三阅兵”期间的减排措施使得北京SO2、O3、NO2、PM10和PM2.5浓度分别降低了50.0%、0.7%、42.1%、45.7%和48.6%[10]。2020年春节以来，受新冠疫情延迟复工影响，大量工厂停产、工地停工，移动源活动强度明显降低，整个区域的涉气污染源排放强度发生了明显变化，十分有必要开展2020年春节前后空气质量特征分析，以期为今后大气污染防控政策的制订提供科学依据。2020-01-24开始春节假期，之后受新冠疫情影响，直到02-15主要工业企业才实现复工复产。为分析春节前后空气质量变化特点，将01-01—01-23称为春节前，01-24—02-15称为春节后。

1 材料与方法

1.1 观测场地

天津市位于华北平原东北部，海河流域下游，东临渤海，北依燕山，是全国先进制造研发基地、北方国际航运核心区、金融创新运营示范区和改革开放先行区。常规环境空气质量监测数据来自天津市空气质量监测网络，共有23个城市评价点，覆盖所有区。PM2.5组分监测数据来源于天津市生态环境监测中心超级观测站，采样平台位于市监测中心四楼楼顶，距地面约15 m，周边为居住区和学校，北面约300 m为中环路。

1.2 采样及分析方法

采用TEOM 1405F监测PM2.5，质量控制严格按照HJ 817—2018《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统运行和质控技术规范》要求进行。Thermo 42i、Thermo 43i、Thermo 48i分别监测NOx、SO2、CO，仪器每天自动校准，质量控制按照HJ 818—2018《环境空气气态污染物 （SO2、NO2、O3、CO）连续自动监测系统运行和质控技术规范》要求进行。采用Sunset Laboraory Inc碳分析仪监测PM2.5中碳（OC、EC），系统每天自动内标检查，每月用标准蔗糖溶液进行外标校正，并定期检查系统采样流量。采用AIM-URG9000D监测PM2.5中的阴离子（SO42-、NO3-、Cl-、F-）和阳离子（Ca2+、NH4+、Na+、K+和Mg2+），每月配制标准溶液，绘制的标准曲线，相关系数除NH4+外，均大于99.9%（NH4+相关系数大于99.5%），定期检查系统采样主流量。

2 结果与讨论

2.1 污染物浓度总体情况

春节前、后天津主要污染物浓度时空分布发生明显变化，如图1所示。从浓度水平看，春节前全市SO2、NO2、PM2.5和CO的平均浓度分别为12 µg/m3、68 µg/m3、94 µg/m3和1.5 mg/m3，春节后全市SO2、NO2、PM2.5和CO的平均浓度为10 µg/m3、34 µg/m3、89 µg/m3和1.2 mg/m3。与春节前空气质量相比，春节后SO2、NO2、PM2.5、CO平均浓度分别下降16.7%、50.0%、5.3%、20.0%，NO2平均浓度下降明显。春节前SO2/NO2的比值为0.18，低于春节后的0.29，表明春节后受新冠肺炎疫情影响移动源的排放量显著降低[11]。

图1 春节前后天津市主要污染物浓度变化

2.2 污染物浓度时空变化

天津市主要污染物浓度日变化如图2所示，从图2中可以看出，春节前、后PM2.5、NO2、CO日变化均呈现“双峰”分布，SO2日变化均呈现“单峰”分布。与春节前相比，春节后污染物小时浓度均明显低于春节前，污染物浓度日变化幅度明显降低，早、晚高峰不明显，这与春节后假期延长、延迟复工、人们外出活动减少有关。

春节前、后天津市主要污染物浓度空间分布如图3所示，从图3中可以看出，春节前、后SO2和NO2空间分布相似，但春节后SO2和NO2浓度明显降低，尤其是NO2浓度下降明显；对于PM2.5和CO来说，春节后天津北部的蓟州、宝坻浓度较高，原因可能在于受延迟复工影响，大量外出务工人员只能呆在家里，这些务工人员主要居住于郊区或农村，农村取暖和餐饮等生活需求增加，导致散煤燃烧、生物质燃烧强度增大。

图2 天津市主要污染物浓度日变化

图3 春节前后天津市主要污染物浓度空间分布

2.3 PM2.5化学组分特征

春节前、后天津市PM2.5化学组分呈现不同的分布特征。从PM2.5中化学组分浓度看，春节前二次无机离子（SO42-、NO3-和NH4+）平均浓度为48.93 µg/m3，远高于春节后的 44.33 µg/m3，尤其是NO3-平均浓度，春节前为22.78 µg/m3，是春节后1.27倍；春节前Ca2+平均浓度为0.45 µg/m3，是春节后的1.67倍；春节前后Cl-和Na+平均浓度基本稳定，春节前浓度分别为3.79 µg/m3、1.52 µg/m3，略高于春节后的3.59 µg/m3、1.38 µg/m3；春节后OC、K+、EC、Mg2+平均浓度分别为9.63 µg/m3、3.37 µg/m3、1.62 µg/m3、0.33 µg/m3，分别是春节前1.50倍、2.22倍、1.10倍、2.36倍。从PM2.5中化学组分占比看，春节后NO3-在PM2.5中的占比明显下降，由春节前的21.7%降至春节后19.2%；SO42-、NH4+、OC、EC、Cl-、K+和Mg2+在PM2.5中的占比上升，分别由春节前的12.5%、12.4%、6.1%、1.4%、3.6%、1.4%、0.1%升至春节后15.3%、13.0%、10.3%、1.7%、3.8%、3.6%、0.4%，春节前后Ca2+、Na+和在PM2.5中占比较低，春节前分别为0.4%、1.4%，春节后分别为0.3%、1.5%。

春节前后PM2.5化学组分分布特征与污染源排放变化密切相关。春节前期，移动源、工业企业排放正常，与这些源排放相关的二次无机离子和Cl-等组分浓度均较高[12]；受春节假期及疫情影响，移动源活动大量减少、工地停工，春节后与机动车和建筑施工相关的NO3-和Ca2+浓度及其在PM2.5中占比呈现明显下降趋势；春节后SO42-和OC占比明显高于春节前，说明燃煤源影响增加，受延迟复工影响，大量外出务工人员无法外出，这些务工人员主要居住于郊区或农村，燃煤源影响增加可能与农村取暖和餐饮有关。另外，01-24—01-29为传统除夕至初五，K+、Na+和Mg2+在PM2.5中占比增加可能与烟花爆竹燃放有关。从全市CO浓度分布看，天津远郊区浓度相对较高，这在一定程度上说明这些区散煤燃烧较为严重。延迟复工期间虽然移动源流量较平时下降，但某些重点工业（如钢铁、玻璃、石化和制药等）存在大量不可中断工序，仍需要持续生产，在移动源总量降低的前提下，与工业企业排放相关的NH4+、Cl-等组分在PM2.5中的占比相对增加。

天津市PM2.5中化学组分浓度及占比变化如图4所示。

图4 天津市PM2.5中化学组分浓度及占比变化

通常用[SO42-]/[NO3-]质量浓度的比值作为反映固定源（如燃煤）和移动源（如汽车尾气）对大气颗粒物中水溶性组分相对贡献的重要指标[13]，春节前、后期间，[SO42-]/[NO3-]的比值分别为0.58和0.80，说明春节后燃煤影响增加，移动源影响降低。OC/EC的比值可用来识别碳气溶胶的来源及转化特征[13]，OC/EC比值为1.0～4.2时说明机动车排放影响较大，OC/EC比值为2.5～10.5时燃煤排放贡献较大，春节前、后期间，OC/EC比值分别为4.38和5.94，这也说明春节后燃煤影响增加，移动源影响降低。与天津市2015—2016年[12]以及2017-01[14]期间研究结果相比，2020年春节前、后天津市PM2.5的主要组分依然为二次无机离子和碳组分，说明近年来天津市主要污染源排放结构并没有明显的变化。

3 结论

与春节前相比，春节后天津市主要污染物平均浓度均下降，SO2、NO2、PM2.5、CO平均浓度分别下降16.7%、50.0%、5.3%、20.0%。

从污染物时空分布上看，污染物浓度日变化幅度明显降低，早、晚高峰不明显；北部的蓟州、宝坻PM2.5和CO浓度明显升高，原因可能在于受延迟复工影响，大量外出务工人员只能呆在家里，农村取暖和餐饮等生活需求增加，导致散煤燃烧、生物质燃烧强度增大。

从PM2.5中化学组分分布上看，春节前PM2.5中二次无机离子平均浓度较高，OC、EC、K+平均浓度均较低，Cl-平均浓度基本平稳。受燃烧源增加、移动源大幅降低和工地停工影响，春节后SO42-、OC、EC和K+在PM2.5中占比明显上升，NO3-和Ca2+在PM2.5中占比明显下降；工业持续生产使春节后PM2.5中NH4+和Cl-占比相对较高。

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2095－6835（2020）24－0073－04

X513；X831

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.024

李鹏（1984—），男，硕士研究生，工程师，主要研究方向为大气污染与防治。

毕温凯（1988—），男，硕士研究生，工程师，主要研究方向为大气污染与防治。

天津市科技重大专项（编号：18ZXSZSF00160）

〔编辑：王霞〕