春节期间燃放烟花爆竹对安庆市空气质量的影响

石 欢，周子为，陈 琛，李法松

（安庆师范大学资源环境学院，安徽安庆246133）

近年来，随着我国工业化和城市化进程的推进，大气污染日益严重，并成为限制我国经济发展的主要因素之一[1-2]。大气污染物主要包括PM10、PM2.5、NOx、SO2、CO、O3。在大气中，可吸入颗粒物PM10和细颗粒物PM2.5是形成雾霾的主要污染物，尤其是冬季，大气对流层较低，局部地区会出现逆温层，甚至会引起重度雾霾等恶劣天气[3]。雾霾对人体健康和大气环境具有严重的影响[4-7]。大气中的SO2主要来源于含硫矿石的冶炼、含硫燃料的燃烧、炼油和硫酸等生产过程[8]。NOx种类很多，主要污染物为NO2。天然排放的NOx主要来自土壤和海洋中有机物的分解，属于自然界的氮循环过程。人为活动排放的NOx，大部分来自化石燃料的燃烧过程，也有来自生产、使用硝酸的过程。NOx对环境的损害极大，它既是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗O3的重要因子[9-12]。

烟花爆竹含有硝、硫磺等助燃性材料，燃烧后会产生较强的刺激性烟雾，同时含有硝、二氧化硫等化学性污染物，镁、铜、铯等金属颗粒物[13]。大量研究数据表明：烟花爆竹燃放对大气中颗粒物的浓度，特别是对细颗粒物的浓度影响最大，对大气中SO2、NOx的浓度增加也有相当大的贡献。烟花爆竹燃放时产生的PM2.5中主要离子按含量从大到小排序依次为K+、SO42-、NO3-、S、Al、Ca2+。烟花爆竹的燃放不仅降低能见度，而且会对人体造成严重的危害[14]。为此，很多城市采取禁止燃放烟花爆竹的行政管理手段来减少大气污染物的排放[15]。安庆市政府颁布了《安庆市燃放烟花爆竹管理条例》，自2018年1月1日起实施。本文以安庆市为例研究春节期间烟花爆竹的燃放对空气质量的影响。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域概况

安庆市位于皖西南，长江下游北岸，皖河入江处，西接湖北，南邻江西，毗邻大别山主峰，东南倚黄山余脉。安庆地区属亚热带季风性湿润气候，平均气温14.5～16.6℃，年平均气温随地势的升高而降低。全城市区分为迎江、大观、宜秀3个区，面积为821平方公里，市区常住人口80万左右。

《安庆市燃放烟花爆竹管理条例》中规定，安庆市城区执行该条例的具体范围为环城西路以东、中山大道以南、秦潭路以西和沿江路以北区域。限制燃放烟花爆竹区域内，除农历除夕至正月初八外，禁止燃放烟花爆竹。

1.2 数据来源及处理方法

在安庆市区设置4个空气监测站，分别为马山宾馆、环科所、安庆师范大学和联富花园，对市区的空气进行24小时的监测并记录相关数据。依据《环境空气质量标准》（GB3095）二级标准[16]，将4个空气监测站的空气质量平均值作为空气质量状况的依据，对安庆市区2016到2019年春节期间空气质量状况进行分析。文中所采用的空气质量资料取自安庆市环保局空气质量日报监测数据，监测数据来源于市环科所、马山宾馆、联富花园、安庆师范大学4个监测站点，包括PM2.5、PM10、CO、NO2、SO2、O3、AQI值共7项指标。本文主要搜集安庆市区2016年至2019年的春节期间（腊月二十到正月初八）空气污染指标的557个样本作为数据源（24小时平均数据）。

利用Excel等软件处理分析获得的数据，做出各项污染物的变化趋势折线图和天气状况变化折线图，采用大气污染综合指数法进行评价，以《环境空气质量标准》（GB3095—2012）中的二级标准作为评价标准[16]。评价公式为

其中，P表示大气污染物综合指数，Pi表示污染物i的分指数，Ci表示污染物i的年平均浓度，Si表示污染物i的二级标准浓度。

2 数据结果与分析

2.1 PM10浓度变化分析

图1为2016—2019年春节期间PM10浓度变化趋势图。2016年、2017年安庆市均未禁止燃放烟花爆竹，2018年、2019年分别为禁燃的第一年和第二年。从图1中可以明显观察到，2016年、2017年除夕到正月初一PM10浓度骤增，而2018年PM10浓度较前两年总体大幅度下降；2019年除夕到正月初一的PM10浓度骤增，增幅甚至超过了2018年，但此后浓度水平骤减，且低于2018年同时期的PM10浓度水平。2016年PM10除夕浓度为140μg/m3、正月初一达233μg/m3，为除夕PM10浓度的1.7倍，上升了66.42%；2017年PM10浓度除夕为171μg/m3、正月初一为201μg/m3，，相比除夕上升了17.54%；而2018年PM10浓度除夕为121μg/m3、正月初一为146μg/m3，虽上升了20.66%，但在正月初一的峰值浓度仅为146μg/m3；2019年PM10浓度除夕为228μg/m3，正月初一浓度达到峰值，为331μg/m3，相比除夕上升了45.18%，但正月初二时PM10浓度骤减至91μg/m3，相比正月初一减少了72.51%。通过数据对比，可知2018年实施的禁燃条例对治理安庆市环境空气中的PM10起到了积极作用。

2.2 PM2.5浓度变化分析

图2为2016—2019年春节期间PM2.5浓度变化趋势图，与PM10类似，原因是大气中PM10的排放源与PM2.5的排放源大致相同，天气状况对颗粒物的扩散相同。2016年除夕PM2.5浓度为100μg/m3，正月初一为138μg/m3，上升38%；2017年除夕PM2.5浓度为131μg/m3，正月初一为168μg/m3，上升28.24%；2018年除夕PM2.5浓度为109μg/m3，正月初一为137μg/m3，上升25.68%，且污染值持续时间较短。由于条例允许除夕至正月初八期间可燃放烟花爆竹，故与腊月期间相比仍有明显上升趋势，但2018年PM2.5的峰值浓度也只有137μg/m3，相比2016年和2017年分别下降29.92%和22.62%；2019年PM2.5的峰值浓度达256μg/m3，但后一天浓度水平便急剧下降到77μg/m3，整体呈减少的趋势。以上数据表明了烟花禁燃抑制了2018年环境中的PM2.5浓度的升高。

图1 2016—2019年春节期间PM10变化趋势图

图2 2016—2019年春节期间PM2.5变化趋势图

2.3 SO2浓度变化分析

图3为2016—2019年春节期间SO2浓度变化趋势图。由图3可见，2016年和2017年春节期间SO2浓度平均值分别为21.66μg/m3和20.78μg/m3，而2018年春节期间SO2平均值为16.10μg/m3，相比2016和2017年分别降低了34.53%和29.06%；2019年春节期间的SO2平均值为9.68μg/m3，相比2016和2017年分别降低了55.31%和53.41%。2016年SO2浓度在除夕和正月初一分别为27μg/m3和48μg/m3，正月初一相比除夕，SO2浓度上升了77.78%；2017年SO2浓度在除夕和正月初一分别为25μg/m3和60μg/m3，正月初一相比除夕，SO2浓度上升了140%；而2018年SO2浓度除夕为13μg/m3，正月初一为16μg/m3，仅上升了18.75%，而2019年SO2浓度除夕为10μg/m3，正月初一为18μg/m3，相比2016年和2017年都有明显的降低。上述数据一方面表明2018年颁布的禁燃条例对SO2的排放有明显的抑制作用，也说明燃放烟花爆竹是城市居住大气环境中SO2的主要来源之一。

2.4 NO2浓度变化分析

图4为2016—2019年春节期间NO2浓度变化趋势图。由图4可见，NO2的浓度在2016—2019年的除夕到正月初二期间均在下降，而此前则呈大幅度波动，说明烟花爆竹的排放对NO2无明显影响，安庆市是唯一的石油化工与居民住宅区一体化的城市，NO2的主要来源是石油化工及机动车辆尾气。2016年至2019年春节期间，NO2平均浓度分别为37.31μg/m3、36.84μg/m3、41.15μg/m3和25.37μg/m3。2016年除夕NO2浓度为32μg/m3，正月初一为29μg/m3，下降10.34%；2017年除夕NO2浓度为29μg/m3，正月初一为41μg/m3，上升41.37%；而2018年除夕NO2浓度为24μg/m3，正月初一为20μg/m3，下降16.67%；2019年除夕NO2浓度为21μg/m3，正月初一为17μg/m3，下降15%。而自从2018年实行禁燃条例后，2018和2019年正月初二后NO2浓度相较于前两年有明显的减少，并整体趋于稳定。

图3 2016—2019年春节期间SO2变化趋势图

图4 2016—2019年春节期间NO2变化趋势图

2.5 O3（8 h）浓度变化分析

图5为2016—2019年春节期间O3浓度变化趋势图。图5表明，2016年整个春节期间的O3浓度均保持在（19～31）μg/m3范围内，无较大波动，均值为23.94μg/m3；2017年除夕O3浓度为87μg/m3，正月初一为84μg/m3，正月初二为56μg/m3，正月初二相比除夕和正月初一分别下降55.35%和50%，相比2016年春节期间平均浓度升高212%；2018年春节期间的O3平均浓度为92.63μg/m3，比2016年升高287%，在腊月二十九到正月初一期间O3浓度又有明显下降，但最大值依然达121μg/m3；2019年春节期间的O3平均浓度为45.84μg/m3，比2016年升高了47.87%。从整体数据上分析，近3年来O3的浓度相较于2016年有大幅度增加，尽管条例对O3的污染有小程度抑制作用，但并不明显。较为合理的解释仍是O3的排放与NO2类似，机动车辆、石油化工企业污染排放导致O3作为一种光化学污染物的排放量大大增加。

2.6 CO浓度变化分析

图6表明，2016年至2019年春节期间CO的平均浓度分别为0.92 mg/m3，0.83 mg/m3，0.78 mg/m3，0.92 mg/m3，2018年相较于前两年有明显的降低趋势，相比2016年和2017年分别降低了17.94%和6.41%。2016年CO浓度除夕为0.7 mg/m3，正月初一为0.9 mg/m3；2017年除夕1.1mg/m3，正月初一1.1 mg/m3；2018年除夕为0.8 mg/m3，正月初一0.7 mg/m3；2019年除夕为1.4 mg/m3，正月初一1.5 mg/m3。四年春节期间CO浓度均在（0.4～1.5）mg/m3范围内，无较大波动，保持相对稳定水平，但从总体趋势来说，条例的颁布实施仍对CO污染有一定改善作用。

图5 2016—2019年春节期间O3变化趋势图

图6 2016—2019年春节期间CO变化趋势图

2.7 各年份污染物平均浓度水平

对每日数据进行处理和统计分析，获得2016年至2019年城区的PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3的变化值，具体如表1所示。近4年安庆市春节期间环境空气质量检测资料统计显示春节期间全市SO2浓度范围为（16.105～21.667）μg/m3，污染较轻且24小时平均值达到国家一级标准，但是有污染加重的趋势，NO2浓度的24小时均值范围为（36.842～41.157）μg/m3，达到国家一级标准，变化趋势不太明显，PM10与PM2.5有递增趋势，也达到国家二级水平；O3含量在2017年明显骤增，但从表1可以看出，2018年执行了禁止燃放烟花爆竹的条例后，2018年春节期间各项污染物浓度均有所下降或增加趋势不明显。

表1 安庆市近4年春节期间各项污染物的日均浓度及AQI值（等级）

2.8 AQI值变化趋势及空气质量等级分析

从表1可以看出，2016—2019年近4年春节期间的腊月二十八到正月初二，AQI值平均100左右。2018年颁布实施禁燃条例后，因除夕到正月初八期间仍允许燃放烟花爆竹，这导致AQI值大幅上升。因AQI的定义为IAQI中的最大值，2018年的O3浓度相比2016年和2017年有大幅度提升，所以2018年AQI值比2016年的大。通过对腊月二十到正月初八为期19天的空气质量统计，2016年空气质量优占比11%，良占比50%，出现重度污染天气6%；2017年无空气质量优天气，良占比33%，轻度污染天气占较大比重，为56%，重度污染天气占6%；2018年空气质量优占比5%，良占比47%，重度污染天气占比16%，相比2017年有明显好转；2019年空气质量优占比15%，良占比45%，重度污染天气占比10%，相比2018年，2019年春节期间空气质量优天气有较大增多，重度污染天气也有相当程度的减少。

3 气象因素对春节期间空气质量的影响

研究表明，除了受春节期间高频率、高密度的烟花爆竹集中燃放影响，气象条件也影响空气质量。在污染物源不变的条件下，污染物的稀释、扩散、积累和清除主要取决于气象状况[12]。气象状况包括温度、气压、风速与风向、相对湿度等因素[17]。

3.1 温度变化与AQI值相关性分析

图7～图10表明，2016—2019年温度趋势图与AQI变化的趋势图走势基本保持一致，温度下降，AQI值也下降，虽有时有延迟，但总体走势保持一致，这说明AQI与气温呈正相关[18]。大量研究表明，SO2的清除机制与气温没有直接关系，因此相关性不确定。NO2浓度与气温变化基本呈负相关，而O3与气温变化呈正相关，这是因为高温且在强烈紫外线的照射下，会促使NO2与VOCS等反应生成O3等二次污染物。安庆市冬季在静稳天气下，贴地的逆温持续存在，使得近地大气层稳定、风速小、湍流弱、大气扩散能力弱，春节期间的烟花爆竹集中燃放，强污染源和大气扩散能力弱是春节期间出现重污染的主要原因[19-23]。

3.2 其他气象影响因素分析

大量研究表明，风速和风向主要影响大气污染物的扩散、稀释和积累，不同的污染物表现特征不同，PM10和PM2.5浓度值先随着风速的增加而减小[24]，而当风速到达一定值以后，浓度值又随风速的增大而增大。安庆市具有季风的特征，春节期间，安庆市一般风向为西南风3～4级和东北风4～5级，风速大利于污染物的扩散。气压与SO2呈显著正相关。冬季安庆市近地层容易形成大气逆温，这导致污染物不容易向高空扩散，环境自净能力大幅下降。但是春节期间降雨量充沛，会出现大风降雨或连续阴雨的天气，相对湿度会比较高，相对湿度又影响着降雨量，降雨量与SO2、PM10呈极显著负相关，降雨对硫酸盐颗粒及大颗粒有明显的去除作用[25-27]。

图7 2016年春节期间温度与AQI值变化趋势图

图8 2017年春节期间温度与AQI值变化趋势图

图9 2018年春节期间温度与AQI值变化趋势图

图10 2019年春节期间温度与AQI值变化趋势图

4 总结

通过对安庆市区近4年春节期间主要污染物的监测分析发现，2018年1月1日烟花爆竹禁燃后，2018年与2019年春节期间空气中的PM2.5、PM10、SO2、NOx、CO及O3等浓度值，无论在污染程度还是持续时间上都有明显的降低。除夕到正月初二期间为燃放烟花爆竹的集中时间，各项污染物浓度均有增加，说明烟花爆竹燃放短时间内对空气质量的影响显著，但2018年的禁燃条例实施后，2018年与2019年春节期间，无论是AQI值还是各项污染物的具体浓度，较2016年和2017年总体均有大幅度下降，可以得出《安庆市燃放烟花爆竹管理条例》对空气质量有明显改善。复杂多变的气象条件对污染物的浓度变化起着重要作用，温度、相对湿度、风速、风向对污染物的扩散均有很强的影响。小风、逆温均不利于污染物的扩散，使污染物浓度不断积累，形成持续性污染，而冷空气活动及降水对污染物的扩散有明显的作用。