福建省SO2浓度特征时空分布研究

（福建省环境保护设计院有限公司 福建福州 350012）

0 引言

随着城市化和中国工业现代化的飞快发展，我国的大气污染情况日益严峻，其主要原因在于目前我国的能源消费结构仍然以煤炭为主，而太阳能、核能、风能等清洁能源的占比较小。此外，城市化进程加快和汽车尾气排放增加，加剧了城市热岛效应，限制了大气污染物的扩散[1]。

二氧化硫（Sulfur Dioxide，SO2）是一种无色有刺激性的气体，广泛分布在大气中，是影响人类生活的主要污染物之一[2]，同时也是酸雨形成的重要来源。学者研究表明，过量排放SO2会加剧酸雨污染，危害人类健康，破坏生态系统，造成国家和人民的经济发展损失[3-4]。徐晓华等[5]表明人类活动的影响使SO2在中国具有明显的地区性和季节性。晏彩霞等[6]研究表明，环境空气污染与人们出行习惯和气候等影响因素有关。李震宇等[7]研究表明，福建省整体空气质量位居全国前列，但仍为我国南方酸雨污染省份之一，有1/3以上的地区属于极敏感区。

目前，学者对区域二氧化硫时空分布特征已有大量研究报道，但对福建省SO2浓度特征时空分布研究较少。本文以福建省为研究区域，选取2015—2019年SO2质量浓度数据进行分析，探究SO2浓度在不同时间尺度下的变化规律及空间分布特征，分析影响SO2排放的驱动因素，为制定科学、有效的SO2减排政策提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

福建省坐落于中国东南沿海，陆域介于北纬23°33′—28°20′、东经 115°50′—120°40′之间。 全省陆域面积 12.14 万 km2，海域面积13.63万km2。福建的地形主要以山地、丘陵为主，地势总体上西北高东南低。受新华夏构造的控制，在西部和中部形成北（北）东向斜贯全省的闽西大山带和闽中大山带，两大山带之间为互不贯通的河谷、盆地，东部沿海为丘陵、台地和滨海平原。福建省气候区域差异较大，闽东南沿海地区属南亚热带气候，闽东北、闽北和闽西属中亚热带气候，各气候带内水热条件的垂直分异也较明显。

1.2 研究方法

本文研究数据来源于全国城市空气质量实时发布平台中福建省9个地级市SO2日报数据，选取时间为2015年1月1日—2019年12月31日。本文研究方法为：运用ArcGIS、Origin软件绘制福建省9个地级市各年SO2年均值、季均值和月均值的时空分布图，再利用SPSS软件分析SO2浓度与各驱动因素的相关性，分析SO2污染的分布特征及变化趋势。

2 结果与分析

2.1 福建省SO2的时间分布

2.1.1 SO2年变化

福建省各地市2015—2019年SO2年平均浓度分布情况如图 2所示，对照《环境空气质量标准》（GB 3095—2012），各研究年SO2年平均浓度均未超过二级标准（60 μg/m3）。从SO2年平均浓度变化趋势上看，近5年整体呈下降趋势。

近年来，福建省加强了对工业企业大气污染综合治理，开展了主要污染物排放总量削减工作，SO2排放量整体呈逐年降低趋势。根据《福建省“十三五”节能减排综合工作方案》，到2020年，该省二氧化硫重点工程减排量达到3.5万t，二氧化硫排放总量控制在33.8万t以内。

2.1.2 SO2季变化

福建省各地市2015—2019年SO2季平均浓度分布情况如图3所示，可以看出，SO2季均浓度具有明显的季节差异性，整体呈现冬季（12 月至次年 2 月）>春季（3～5 月）>秋季（9～11 月）>夏季（6～8月）。从浓度分布上看，SO2季均浓度最大值出现在2015年冬季 （31.63 μg/m3）， 最小值出现在2019年夏季（7.78 μg/m3）。冬季SO2浓度高的原因主要是由于冬季雨水稀少和逆温情况，不利于大气污染物扩散和迁移。夏季由于对流性强，大气污染物稀释去除效果好，研究表明降雨量与污染物的稀释程度呈正相关关系[8]；此外，夏季较高频率的台风和暴雨导致SO2在空气中冲洗和扩散，加上大气逆温强度低，大气具有较好的扩散条件，因此夏季的浓度较低[9]。

2.1.3 SO2月变化

福建省各地市二氧化硫变化特征与气象变动规律有关，根据各研究年月平均浓度分布图（图4），二氧化硫平均浓度呈现出明显的月变化规律，污染最大浓度值出现在冬春季（12月至次年4月），最低值出现在夏季（6～8月）。福建省属亚热带气候，交替的冬夏季风是区域气候的突出特征。冬季出现不利于污染物扩散的天气概率较大，所以浓度高位值出现在冬季。夏季受海洋气候和对流性气候影响，带来大量的降雨和良好的扩散条件，使得污染物浓度较低。

2.2 福建省SO2空间分布

福建省2015—2019年SO2平均浓度值空间分布如图5所示，可以看出，空间层面上各地区SO2浓度分布呈现明显差异，西北部内陆地区污染整体较重，东部沿海地区污染较轻，总体表现为闽西北>闽南>闽中>闽东。

三明市和南平市作为福建省西北部主要的工业城市，工业污染排放量较高，加上城市地形为山地，大气扩散条件不佳，导致SO2浓度较高。泉州市作为沿海地区，由于近年来泉州第一、二、三产业GDP比重为2.4∶57.7∶39.9，第二产业在城市经济中所占比重高于福州、厦门[10]，因此SO2的排放量相对较高。

2015年各城市SO2年平均浓度自大到小顺序排列为：三明>南平>漳州>龙岩>泉州>厦门>莆田>福州>宁德，其中，三明市 SO2年平均值为全省最高（17.73 μg/m3），宁德市 SO2年平均值为全省最低（5.07 μg/m3）。2019年各城市SO2年平均浓度自大到小顺序排列为：龙岩>泉州>漳州>三明>南平>宁德>莆田>厦门>福州，其中，龙岩 SO2年平均值为全省最高（9.51 μg/m3），福州 SO2年平均值为全省最低（3.95 μg/m3）。

总体上来看，福建省西北部是SO2浓度相对较高的地区，而沿海城市地区SO2浓度相对较低，主要与该地区重工业布局与大气扩散条件有关。

2.3 福建省SO2驱动因素

根据国内学者研究成果，影响SO2排放的驱动因素包括经济增长、经济结构、人口规模、汽车保有量、能源消费结构、能源消费强度、废气治理水平等[11-12]。本文选取年末常住人口x1（万）、国内生产总值 x2（亿元）、人均国内生产总值 x3（元）、全社会机动车拥有量x4（辆）、标煤消耗量x5（万t标准煤）、单位产值工业废气排放量 x6（亿 m3）、人口密度 x7（人/km2）、废气治理设施设备运行费用x8（亿元）和万元地区生产总值能耗x9（吨标煤/万元）等9种驱动因素，与福建省SO2浓度年平均值做相关性分析。驱动因素数据来源于福建省各地市统计年鉴，利用SPSS软件计算SO2浓度全年与x1～x9的相关系数，其分析结果见表1。

从驱动因素相关性分析上看，x1～ x5、x8、x9等因素与 SO2浓度大多呈现负相关。其中，厦门、漳州、三明、南平等城市中的年末常住人口，厦门、三明2座城市中的国内生产总值和机动车拥有量，漳州、三明2座城市中的人均国内生产总值因素，龙岩市的标煤消耗量等与SO2浓度呈现显著负相关。上述结果表明随着常住人口、国内生产总值、人均国内生产总值、机动车拥有量、标煤消耗量、废气治理设施费用、万元地区生产总值能耗的增加，SO2浓度反而减小，其原因可能在于各城市对环境治理重视程度和二氧化硫治理水平不断提高，并且加大了高附加值、低污染产业在区域经济体系中的比重。x6、x7等因素与SO2浓度大多呈现正相关，表明单位产值工业废气排放量和人口密度的增加，在一定程度上会加大SO2排放量。

综上所述，福建省各地市可根据自身产业的发展，明确各地市SO2排放的主要驱动因素，精准施测，加大SO2治理投入，提升高附加值、低污染产业在区域经济体系中的比重，降低SO2排放水平，确保区域SO2浓度稳定达标。

3 结论

（1）福建省各地市近5年SO2年平均浓度满足《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）二级标准，且呈现整体逐年下降趋势。

（2）福建省属亚热带气候，大气中SO2呈现明显的季节性差异和月变化规律，污染物最大浓度值出现在冬春季（12月至次年4月），最低值出现在夏季（6～8月）。

（3）受区域扩散条件及工业污染排放影响，福建省西北部是SO2浓度相对较高的地区，而沿海城市地区SO2浓度相对较低。

表1 SO2浓度与影响因素相关性分析

（4）城市环境污染的治理水平提高，高附加值、低污染产业比重的提升，有利于降低区域二氧化硫污染水平。福建省各地市可结合区域产业发展特点，明确各地市SO2排放的主要驱动因素，精准施测，确保二氧化硫浓度稳定达标。