2017～2019年秦皇岛市昌黎县空气质量评价与分析

谢新宇，闫 妍

(1 河北科技师范学院农学与生物科技学院，河北 秦皇岛，066600；2 秦皇岛市环境应急与重污染天气预警中心)

空气是人类生存环境中的重要介质，它的质量优劣与否，直接影响着人类身心健康和社会发展进程。近几年，灰霾现象频发，成为我国严重的环境问题之一[1]。随着京津冀及周边省份的快速发展，越来越多人口流向该地区，人口的增长更加剧了对生产生活资料的巨大需求。因此，一些高耗能、高污染企业盲目生产，并违法违规排放，导致了京津冀及周边地区环境空气质量恶化。同时，经由取暖、交通工具等排放途径进入空气中的污染物质，也导致了严重的空气环境问题。很多学者对该地区的环境空气质量状况与污染特征、空气质量分析、评价和预测方法等问题进行了研究[2～6]，得出了不同区域空气首要污染物质、发生发展时段和污染趋势等结论，具有重要参考价值。秦皇岛市位于河北省东北部，依山傍海，具有丰富的旅游资源，是享誉国内外的优秀的旅游城市，被誉为“京津后花园”。然而，近年来该市的空气质量也有所下降。有研究表明，秦皇岛市空气污染属于典型的复合型污染，主要来源于工业废气、港口煤尘和机动车尾气等方面[7,8]。昌黎县位于秦皇岛市西南部，是全国第一批沿海对外开放县，该地区地理位置优越、人口众多，旅游资源丰富，工业较发达。但是由于水泥、淀粉、化工等高污染企业的存在，对昌黎县空气质量会带来负面影响。为此，笔者主要对河北省昌黎县2017～2019年空气质量、月变化情况、PM2.5与其他污染物相关性进行分析，以期对昌黎县空气污染防控工作提供支撑。

1 材料与方法

1.1 数据来源

根据环境空气质量标准(GB 3095—2012)，研究对象为2017～2019年昌黎县空气SO2，NO2，PM10，PM2.5，CO和O3共6项指标，其监测质量浓度值来源于秦皇岛市生态环境局。

1.2 首要污染物的判定

当日空气质量指数(AQI)大于50时，最大分指数(IAQI)代表的污染物为首要污染物。

1.3 有效时间的判定

个别日期因监测数据缺失，认为无效时间，不参与统计计算。全年除去无效时间，其余为有效时间。最后确定2017年有效时间为359 d；2018年为360 d；2019年为362 d。

1.4 月平均质量浓度的计算方法

参照环境空气质量评价技术规范(HJ 663—2013)，计算当月质量浓度的算术平均数作为月平均质量浓度。其中，CO和O3的月平均质量浓度使用excel中的percentile函数进行计算。计算CO时K值取0.95，计算O3时K值取0.9。

1.5 污染物相关性的分析方法

以PM10，O3，SO2和NO2质量浓度为自变量，以PM2.5质量浓度为因变量建立回归方程。通过绝对系数(R2)计算相关系数(r)，并进行假设检验，分析变量间相关的显著性。

1.6 数据处理与作图

采用Microsoft Excel 2007对试验数据进行处理并绘图。

2 结果与分析

2.1 昌黎县全年空气质量状况分析

统计结果表明：2017年，各空气质量等级时间在全年有效时间中的占比由高到低的排列顺序为：良(占54.3%)，轻度污染(占24.2%)，优(占9.7%)，中度污染(占7.5%)，重度污染(占3.6%)，严重污染(占0.6%)；2017年全年各首要污染物的占比由高到低的排列顺序为：PM2.5(占41.5%)，PM10(占26.1%)，O3(占25.2%)，NO2(占7.0%)，SO2(占0.6%)(图1)。2018年，各空气质量等级时间在全年有效时间中的占比由高到低的排列顺序为：良(占57.2%)，轻度污染(占19.4%)，优(占17.2%)，中度污染(占4.7%)，重度污染(占1.4%)，未出现严重污染天气；2018年全年各首要污染物的占比由高到低的排列顺序为：PM2.5(占39.9%)，PM10(占34.6%)，O3(占26.8%)，NO2(占1.0%)，CO(占0.3%)，SO2未作为首要污染物出现(图2)。2019年，各空气质量等级时间在全年有效时间中的占比由高到低的排列顺序为：良(占51.9%)，优(占23.2%)，轻度污染(占17.1%)，中度污染(占5.5%)，重度污染(占1.9%)，严重污染(占0.3%)；2019年全年各首要污染物的占比由高到低的排列顺序为：O3(占39.9%)，PM10(占32.4%)，PM2.5(占29.9%)，NO2，SO2和CO未作为首要污染物出现(图3)。

图1 河北省昌黎县2017年空气质量状况

图2 河北省昌黎县2018年空气质量状况

图3 河北省昌黎县2019年空气质量状况

综上：2017～2019年，昌黎县空气质量以良为主，达标天气(优和良)比例分别为：64.1%，74.4%和75.1%。2017～2019年，昌黎县环境空气中，以PM2.5，PM10和O3为主要污染物质。

2.2 昌黎县主要污染物随各月份变化分析

统计结果表明：2017年，PM2.5，PM10，SO2和CO月均质量浓度最大值出现在1月份，分别为112，158，59 μg/m3和6.7 mg/m3；NO2出现在11月(66 μg/m3)；PM2.5，PM10，SO2和NO2最低质量浓度分别出现在8月(27 μg/m3)，8月(52 μg/m3)，7月(10 μg/m3)和5月(35 μg/m3)；CO在7月和8月质量浓度最低，为1.9 mg/m3；O3的最高质量浓度和最低质量浓度分别出现在6月份(244 μg/m3)和12月份(58 μg/m3)(图4(a))。2018年，PM2.5，PM10和CO同在3月份出现最高月均质量浓度，分别为：81，130 μg/m3和3.6 mg/m3；同年11月，SO2和NO2月均质量浓度达到最高值，分别为：28，51 μg/m3；PM2.5和PM10月均最低质量浓度出现在8月份，分别为：32，61 μg/m3；SO2和NO2月均最低质量浓度出现在7月份，分别为：5，16 μg/m3；在7～8这2个月期间，CO也出现了最低平均质量浓度1.5 mg/m3；O3最大和最小质量浓度值出现在6月(218 μg/m3)和12月(60 μg/m3)(图4(b))。2019年1月份，PM2.5，PM10，SO2，NO2和CO全部出现最高平均质量浓度，分别为：68，116，31，48 μg/m3和4.0 mg/m3；PM2.5和PM10的最低平均质量浓度出现在8月份，为24，39 μg/m3；NO2和CO分别在7月和6月出现最低质量浓度，为21 μg/m3和1.3 mg/m3；O3质量浓度最大值和最小值出现在5月(218 μg/m3)和12月(52 μg/m3)(图4(c))。

图4 河北省昌黎县2017～2019年主要污染物月平均质量浓度变化情况 图5 河北省昌黎县2017～2019年PM2.5与其他污染物的关系

2017～2019年，颗粒物PM10和PM2.5变化规律较同步，呈现先下降后升高的特点。由于PM2.5是PM10的一部分，因此PM2.5质量浓度低于PM10。2种颗粒物质量浓度均高于SO2和NO2。这是SO2和NO2在大气化学机制作用下，转化形成气溶胶的结果。对于2种气态污染物SO2和NO2而言，在夏季质量浓度较低，冬季较高。SO2质量浓度低于NO2。2019年，2者随各月份的变化幅度较小。O3表现出与其他污染物质不同的变化规律：夏季质量浓度较高，冬季较低。CO与NO2同为机动车尾气的主要成分，所以保持相近的变化趋势。

2.3 颗粒物PM2.5与其他污染物相关性分析

2017～2019年，对昌黎县空气中PM2.5质量浓度与其他污染物质质量浓度关系进行分析(图5)。分析表明：2017～2019年，PM2.5与其他污染物相关系数排序呈现相同规律：∣rPM10∣>∣rNO2∣>∣rSO2∣>∣rO3∣(表1～表3)。对相关系数进行假设检验，2017～2019年，∣rPM10∣>α0.01(=0.180)，∣rNO2∣>α0.01(=0.180)，∣rSO2∣>α0.01(=0.180)；∣rO3∣<α0.05(=0.153)。由此说明，PM2.5与PM10，SO2和NO2呈显著正相关，且与PM10相关性最好。在气态污染物中，与NO2相关性最好；PM2.5与O3不存在显著的线性相关。

表1 河北省昌黎县2017年PM2.5与其他污染物相关性分析

表2 河北省昌黎县2018年PM2.5与其他污染物相关性分析

表3 河北省昌黎县2019年PM2.5与其他污染物相关性分析

3 结论与讨论

根据环境空气质量指数(AQI)技术规定(HJ 633—2012)，当0≤AQI≤50时，空气质量为优，空气质量令人满意，基本无空气污染；当51≤AQI≤100时，空气质量为良，空气质量可接受，但某些污染物可能对极少数异常敏感人群健康有较弱影响。空气质量为优和良时，认为是达标时间。本次研究中，昌黎县空气达标时间比例由2017年的64.4%上升至2019年的75.1%，说明昌黎县空气质量持续改善。2019年，O3成为了首要污染物，时间比例接近40%，这一结果说明，污染防控的重点应该由颗粒物控制转为对O3和颗粒物的联合防控。

2017～2019年，空气中PM2.5，PM10，SO2和NO2的月均最高质量浓度值都呈现逐年下降的趋势，这也印证了昌黎县政府对大气污染防治力度逐年加大，做到了精准治污、精细化管控。除O3外其他5种污染物质的月均最高质量浓度集中出现在1月份、11月份和3月份，说明冬季燃煤取暖对污染物的产生有一定贡献率。同时，冬季由于受大气边界层高度、静稳天气指数、风向风速等气象要素的影响，不利于污染物扩散。O3月均质量浓度最大值出现在5月和6月，与前人研究结果相似[9]。这主要是受到温度、太阳辐射强、日照时间等因素影响。在气温高、湿度低，并且阳光辐射强烈的气象条件下，空气中产生的自由基促使以O3为主的光化学烟雾的生成，因此，夏季O3污染严重。

有研究表明，PM2.5与O3的生成存在着复杂的联系，二者不仅具有共同的前体物，而且在大气中通过多种途径相互影响[12,13]。因此，PM2.5与O3并不存在绝对的正相关或负相关。

通过本次研究，得到以下结论：2017～2019年，昌黎县空气质量持续改善。空气污染防控的重点应该由对颗粒物控制转为对O3和颗粒物的联合控制，并且冬季的防控重点是颗粒物，夏季的防控重点是O3。控制PM10和NO2的排放，可以较好抑制PM2.5的产生。