丽水市城区大气污染特征研究*

2022-07-08吕森伟吕致远叶青平谢雪梅章阳烽

环境污染与防治 2022年6期

吕森伟吕致远叶青平项艳谢雪梅# 章阳烽

(1.浙江省丽水生态环境监测中心，浙江丽水 323000；2.浙江环科环境研究院有限公司丽水分公司，浙江丽水 323000)

我国高速的经济增长和持续的城市化进程在取得显著社会经济发展成果的同时，使得空气污染问题日益突出，对城市能见度[1]和人体健康[2-3]等都产生了非常大的影响。我国大气污染类型从传统以一次污染物为主的煤烟型向一次污染物和二次污染物并存的复合型转变[4]。大气污染受局地排放和外源输送共同影响[5]。苏榕等[6]发现，重庆市局地O3主要受机动车和溶剂使用排放挥发性有机物(VOCs)的影响。叶香等[7]分析常州市一次颗粒物和O3同时污染过程发现，天气、南方污染传输是重要的影响因素。WU等[8]指出，大气中的O3和细颗粒物(PM2.5)在浓度、变化特征等方面具有一定的相关性。针对重点城市呈现的局地污染与区域污染叠加、污染物之间相互影响的问题，国家“十四五”规划要求更加注重PM2.5和O3的区域协同控制[9-10]。

而事实上，根据《2019年丽水市生态环境质量公报》，丽水市这样的三线城市也产生了由不同污染物引起的复合大气污染，特别是城区。因此，本研究利用丽水市城区3个国控城市点2020年全年的大气监测六参数数据和气象资料分析丽水市城区大气污染特征，以期为丽水市“十四五”规划大气污染防控提供科学参考。

1 实验部分

1.1 数据来源

大气监测六参数(可吸入颗粒物(PM10)、PM2.5、SO2、NO2、O3和CO)数据为丽水市城区3个国控城市点(莲都小学、监测站大楼和余庄前)2020年全年的实时监测数据。监测站大楼位于莲都区城东路188号(28.451°N，119.914°E)，周边为住宅、商场等，无明显的局地污染源，能够反映丽水市老区城的空气质量状况；莲都小学位于莲都区长虹街457号(28.458°N，119.903°E)，周边为住宅、学校、图书馆等，能够反映丽水市新城区的空气质量状况；余庄前位于丽水市经济技术开发区余庄前水阁水厂内(28.423°N，119.879°E)，反映的是丽水市经济技术开发区的空气质量状况。气象资料由丽水市气象局提供，包括气温、风速、风向、降水量和相对湿度等。

1.2 研究方法

污染物的环境空气质量单项指数参照《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ 663—2013)的单点环境空气质量评价方法评价。3个国控城市点的环境空气质量优良天和污染天依据《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ 633—2012)评价，整个丽水市城区则按3个国控城市点的污染物平均值评价。

2 结论与分析

2.1 环境空气质量总体特征

由图1可见，丽水市城区2020年空气质量较好，只有4 d为污染天，优良天数达到362 d，3个国控城市点中莲都小学出现了9 d污染天，监测站大楼出现了6 d，余庄前1 d。各污染物的环境空气质量单项指数见图2，O3的单项指数最高，其次是PM2.5、PM10，都超过了0.5，可见丽水市城区也存在着O3和颗粒物的复合污染问题。

图1 丽水市城区及国控城市点污染天数

图2 丽水市城区各污染物单项指数

2.2 污染物的时空分异规律

2.2.1 空间分布规律

丽水市城区2020年3个国控城市点的大气监测六参数空间分布见表1。不同城市点间的PM2.5、SO2、CO浓度较为接近，但NO2、PM10和O3存在一定差异。莲都小学的O3污染最为严峻，明显高于余庄前和监测站大楼，表明丽水市新城区主要存在着O3污染，可能是受丽水市主导风向东风和东北风的影响；余庄前的PM10浓度最高，而其PM2.5浓度与其他国控城市点接近，表明丽水经济技术开发区主要存在颗粒物污染并且以PM10为主，可能与扬尘污染有关[11-12]；监测站大楼NO2浓度相对较高，由于周边有住宅、商场等，交通繁忙、人口密集，反映出老城区NO2浓度偏高，与交通排放有关[13]。

表1 丽水市城区大气监测六参数的空间分布1)

2.2.2 时间变化情况

丽水市城区2020年3个国控城市点的大气监测六参数的月变化特征见图3。NO2、PM2.5和PM10变化趋势比较一致，3或4月出现1个小峰，12月达到全年最高值，由于丽水市不集中供暖，因此丽水市城区春季和冬季NO2和颗粒物浓度峰值主要与气象条件有关[14-15]。O3浓度高值主要出现在4—5、9—10月，丽水市城区4—10月气温较高，但6—8月由于降雨较多，光化学反应强度低，O3生成较少[16]。丽水市城区CO高值主要出现在1—2、11—12月，一方面可能受冬季扩散条件差影响，另一方面可能是受人为排放源的影响[17-18]。SO2全年变化不大，冬季略高。整体来看，丽水市城区春秋季主要存在O3污染，秋冬季主要存在颗粒物污染。

图3 丽水市城区大气监测六参数的月变化

2.3 O3污染分析

2020年，对整个丽水市城区而言，O3污染天出现在4月17日、5月13日、9月6日和10月12日(见图4)，表明丽水市城区O3污染具有偶发性，而非连续性污染。3个国控城市点中，莲都小学和监测站大楼分别出现9、6 d O3污染天，余庄前没有出现O3污染天，因此丽水市新城区和老城区是O3污染防治的重点区域。

图4 丽水市城区O3污染天

分析丽水市城区O3污染天的O3及前体物NO2的日变化趋势(见图5)可以看出，4个O3污染天的O3日变化特征并不相同。4月17日，O3浓度从6：00开始上升，11：00—23：00一直维持在较高浓度水平，夜间O3浓度居高不下主要是因为4月17日整体风速偏低，在3 m/s以下，在东北方向上存在累积；5月13日O3浓度从5：00开始就上升，峰值出现在16：00—17：00，之后逐渐下降；9月6日夜间21：00出现O3浓度峰值，可能来自于区域传输；10月12日O3日变化特征表现为与NO2显著的相反趋势，说明O3很可能来自本地光化学反应生成。

图5 丽水市城区O3污染天O3和NO2的日变化趋势

整体来看，丽水市城区4个O3污染天的O3因大气扩散和NO滴定作用在5：00—6：00达到最低值，之后O3前体物VOCs和NO2可能在光化学反应作用下生成O3，并且11：00左右达到较高浓度，而夜间O3浓度下降。

2.4 颗粒物污染分析

2.4.1 PM2.5与PM10的相关性分析

2020年丽水市城区PM2.5与PM10质量浓度的Pearson相关系数为0.89，说明丽水市城区PM2.5与PM10之间有较好的相关性。丽水市城区PM2.5/PM10(质量比)平均为0.571。PM2.5/PM10可以反映颗粒物污染的类型和污染物来源。从图6来看，丽水市城区PM2.5/PM10冬季高、夏季低，说明冬季PM2.5在本地聚集，并且二次转化的贡献较大[19]。

图6 丽水市城区PM2.5/PM10月变化

2.4.2 颗粒物来源剖析

通过颗粒物及其前体物(SO2、NO2、CO、PM2.5、PM10)的特征雷达图分析发现，SO2、NO2、CO和PM10主要来自一次污染源，而PM2.5既有一次污染来源也有二次转化的贡献[20]。通常，PM10主要来自扬尘等的排放[21]；SO2主要来自煤炭、烟花爆竹等的排放[22]；NO2主要来自机动车、工业锅炉等的排放[23]；CO主要来自于燃煤、机动车、钢铁冶炼及生物质不完全燃烧等的排放[24]。在特征雷达图上，丽水市城区PM10特征值超出标准上限，进一步证明PM10受到扬尘污染影响；SO2特征值超出标准上限，进一步证明SO2受到煤炭、烟花爆竹的影响；CO和NO2特征值超出标准上限，进一步证明它们受到机动车尾气排放的影响；而PM2.5特征值超出标准上限，可以说明PM2.5确实受到了二次转化的影响。