泸州市大气和降水质量变化特征及其相关性分析

2022-11-09肖旖旎

广州化工 2022年19期

肖旖旎

(四川省泸州生态环境监测中心站，四川泸州 646000)

酸雨是pH值小于5.6的大气降水。造成酸雨的原因多种多样，近代主要由于化石燃料的燃烧和机动车尾气排放，污染物进入大气，其中二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)和细颗粒物(PM2.5)均对大气降水的酸度影响较大[1-2]。我国酸雨污染较严重的区域为东部沿海地区与内陆主要工业城市，两者降水的离子组分有显著区别[3]，主要受到工业结构影响。总体来说，全国大部分城市酸雨类型为硫酸-硝酸混合型，少数城市出现了酸雨污染以硝酸型为主导的情况，而主要以硫酸型为主导的酸雨污染地区呈减少趋势[4-5]。

四川省和重庆市均属于西南酸雨分布区[6]，属于我国的酸雨较严重的地区之一。泸州市能源结构以煤炭、电力、天然气为主，老工业企业众多，地理位置在川渝交界处，易受到污染传输影响，且泸州市属于盆地边缘地形，常年降水丰富，大气污染物扩散条件不利，气态污染物进入降水，造成酸雨频发。“十二五”期间泸州市坚持总量减排，降水质量有所好转[7]，但酸雨污染形势仍然严峻。研究表明大气环境质量对降水有影响[8-10]，持续对大气环境质量以及酸雨污染进行综合研究，可以为改善空气和降水质量提供科学依据，有利于调整总量减排重点。

1 材料与方法

本文收集2016-2020年(“十三五”期间)泸州市共1963个降水样品监测数据，酸雨样品的采集和分析按照《大气降水样品的采集与保存》[11]和《酸沉降监测技术规范》[12]。泸州市的降水监测点位共有7个，点位名称与位置详见表1，降水样品的分析项目和方法详见表2。大气污染物SO2、NO2、CO、O3、PM2.5和PM10的浓度数据来自泸州市市环监站、小市上码头和兰田宪桥3个国控空气自动监测站站点，泸州市空气质量指数(AQI)以及环境空气单项指数(Ii)评价[13]。采用Pearson相关系数对降水的pH值和大气污染物单项指数进行相关性分析。

表2 降水样品项目分析方法表Table 2 The analysis methods of the precipitation samples

2 结果和分析

2.1 空气质量变化特征

2.1.1 AQI年度变化特征

对泸州市AQI各级别天数以及每年的优良天数率进行分析，详见表3。2016-2020年，泸州市优良天数共计1502天，占五年总有效天数的82.2%，年优良率从69.7%升至88.5%，呈波动上升的趋势。空气质量级别为轻度污染的天数共273天，占五年总有效天数的14.9%，空气质量级别为中度及以上污染的天数共52天，占五年总有效天数不足3.0%。泸州市空气质量级别以优良为主，轻度污染天数有所减少，中度及以上污染显著减少，说明泸州市空气质量有所提高，大气治理措施获得显著成效。

表3 2016-2020年AQI各级别天数以及优良天数率Table 3 AQI levels and the rate of good days in 2016-2020

2.1.2 AQI月变化特征

对泸州市2016-2020年AQI等级月度变化趋势分析，详见图1。泸州市AQI为优的天数集中在10月份(109天)，占优级别总天数的19.9%；2月份AQI为优的天数最少(13天)，仅占优级别总天数的2.4%。AQI为良的天数在统计时段中最多，其中以3、4、5和8月份均达到90天以上。轻度污染的情况多发生在1月(47天)，占轻度污染级别总天数的17.2%；最少发生在9月(8天)。中度及以上污染多发生在1月(22天)、2月(8天)和12月(12天)，3-11月未出现重度污染。泸州市5-7月，9-10月空气质量较好，5-7月强对流天气频发，降水量较丰富，9-10月进入秋季，夏季风逐步减弱，并向冬季风的过渡，气旋活动频繁，气温冷暖变化较大，整体大气扩散条件好，空气质量以优良为主。

图1 2016-2020年AQI月度变化趋势Fig.1 Monthly variation characteristics of AQI levels from 2016 to 2020

2.1.3 污染物单项指数年度变化特征

对泸州市2016-2020年污染物单项指数变化趋势分析，详见图2。SO2的对空气质量的污染贡献下降最为明显，NO2的贡献在小幅攀升后显示下降趋势，O3的贡献一直维持在高位水平，颗粒物对空气质量的污染贡献极大，但总体有下降趋势。期间，每年PM2.5均对空气质量污染贡献最大，2018年起，O3超越PM10成为对空气质量污染贡献第二大的污染物。说明泸州市“十三五”期间工业减排工作成效显著，SO2对空气污染贡献下降明显，而O3和PM2.5成为影响空气质量的主要污染物。

图2 2016-2020年污染物单项指数年度变化趋势Fig.2 Annual variation characteristics of Single Pollutant Index from 2016 to 2020

2.1.4 污染物单项指数月变化特征

污染物单项指数越高，对空气污染贡献越大。6-8月O3对空气污染的贡献率明显高于其他污染物，1-5月、9-12月PM2.5对空气污染的贡献率高于其他污染物，其中1-2月、11-12月PM2.5作为主要污染物尤为明显。说明O3成为夏季影响空气质量最大的污染物，PM2.5成为秋季末以及冬季影响空气质量最大的污染物，详见图3。

图3 2016-2020年污染物单项指数月变化趋势Fig.3 Monthly variation characteristics of Single Pollutant Index from 2016 to 2020

2.2 降水质量变化特征

2.2.1 降水pH年均值及酸雨等级年度变化特征

2016-2020年，泸州市降水pH年均值范围在5.10～5.56之间，降水pH值总体呈上升趋势，降水酸度有所减弱，但历年仍为轻酸雨区(5.00≤pH<5.60)。电导率波动较大，2017年电导率最大，可能与当年降水量最低(4867.41 mm)有关。总体来看，泸州市酸雨污染有所减轻，见图4。

图4 2016-2020年降水pH年均值及电导率变化趋势Fig.4 The variation of annual precipitation pH and conductivity from 2016 to 2020

2.2.2 主要降水离子特征分析

图5 2016-2020年降水主要阴阳离子及大气相关污染物年际变化趋势Fig.5 The trends of main precipitation ions and main air pollutants from 2016 to 2020

2.2.3 酸性降水分布规律

2016-2020年总降水量达28355.09 mm，其中酸雨量达8285.07 mm，占总雨量的29.2%。2016-2020年泸州市降水量和pH值的月分布规律如图6所示，降水集中分布在5-9月，降水pH最大值出现在5月，1-3月和9-12月pH值均低于5.6。泸州降水主要集中于夏季，冬季降水pH值为全年最低，酸雨最为严重。

图6 2016-2020年降水pH值和降水量月分布规律Fig.6 Monthly pH value and distribution of precipitation from 2016 to 2020

3 污染物单项指数与降水pH、降水量相关性

按春季(3、4、5月)、夏季(6、7、8月)、秋季(9、10、11月)和冬季(12、1、2月)划分，将降水pH值、降水量，六项大气污染物单项指数按月统计，计算Pearson相关系数。降水pH值在春季与各项污染物单项指数相关性均高于其他季节，夏季降水质量与NO2单项指数相关性明显高于其他污染物，夏季降水丰富，颗粒物浓度低，NO2成为夏季酸雨最主要的致酸前体物。秋季降水质量与各项污染物相关性低于其他季节，秋季大气扩散条件优于其他季节，大气污染物对酸雨的影响有所减弱。冬季降水pH值与降水量的相关性最高，与SO2和NO2的相关性明显高于其他污染物，冬季泸州市静稳天气居多，SO2与NO2污染贡献在冬季高于其余时段，两项污染物成为冬季造成降水pH值低的主要原因，详见表4。