2018-2020 年巩义市大气污染物变化特征分析

2023-02-09曹红玲

大众标准化 2023年23期

曹红玲，陈浩

（郑州市生态环境局巩义分局，河南巩义 451200）

1 引言

有研究表明，城市污染物浓度变化受气象条件的影响显著，在稳定的气象条件下污染物浓度是风速较高条件下的数十到数百倍，尤其在冬季，空气质量指数（AQI）与相对湿度呈显著的正相关，与降水量、气温、风速呈显著的负相关。另外，从贡献程度来看，不同城市颗粒物来源复杂且贡献占比差异明显，主要为工业源、移动源、道路及工地扬尘、燃煤源等，O3浓度高低与气象条件有密切联系，其中降水明显减少和温度偏高是导致浓度升高的重要因素。

巩义市地处丘陵，北依邙岭南靠嵩山，属温带季风气候，建成区常年主导风向为强西南风与东风、东北风；产业以煤炭、电力、钢铁、电解铝、铝材、耐材类型为主，大气污染物排放量高；市区分为新、老两个城区，老城区多老建筑，燃煤替代率尚未完全达到100%；新城区周边多建筑/拆迁/市政等工地，工地面积庞大，分布密集。受以上多种因素影响，当地各项大气污染物浓度持续偏高，污染物“易集聚、难扩散”，环境攻坚任务艰巨。

文章利用2018-2020 年巩义市气象（降雨量、风速、气温）、空气六参、工业企业排放量等观测资料和排放数据，进行特征性变化分析，以期为巩义市环境大气治理提供初步理论依据。

2 材料与方法

2.1 观测数据处理

环境空气质量观测数据来源于巩义市环境空气质量自动监测站2018-2020 年空气质量指数（AQI）、可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）及臭氧（O3）的逐日数据。并根据《环境空气质量标准》（GB3095-2012）针对环境空气污染物质量浓度数据有效性和数据连续性的要求，对所得空气质量浓度数据进行筛选。

2.2 工业企业排放数据

企业排放数据来源于巩义市工业企业在线排放数据发布平台，包含目前已纳入国家监控网络涉气企业38 家，数据仅为有组织排放，其他无组织排放情况因无实时数据，无法统计。

2.3 气象数据资料

气象数据来自中国气象数据网中气象数据资料。数据内容包括时间、站点编号、风速、风向、降水量、气温等。文章所用数据是2019-2020 年的巩义市各气象站点的风速、风向、降水量、气温数据，经算数平均得到的月均值。

2.4 风向、风频玫瑰图

该数据资料中风向按照16 方位，通过对风向及风速统计分析，得到全年风频、风速玫瑰图。

3 结果与讨论

3.1 地形及气候条件分析

受伊洛河谷影响，巩义市存在一个东北到西南的自然风道，迫使从偏西方向来的气流，都转成西南风，从偏东来的气流都形成东或东北风，全年最多为西南风（频率17%），其次为东风（频率13%）；风速方面南风、南西风风速较强（年平均风速超2.8 m/s），西风多且弱，少西北风和北风。

从2019-2020 年巩义市平气象数据对比分析可以看出，巩义市全年降水较为集中的月份为7～9 月，2019 年降雨量较多，雨季延迟1 个月，使10 月份空气质量持续改善，PM2.5连续4 个月达到空气质量二级标准。由于雨量增多、雨季延迟，大气中颗粒物得到有效的沉降，在11 月、12 月中，遇不利的气象条件，污染峰值降低，为年度指标的完成做出了巨大贡献。

降雨量：巩义市降雨较为集中的月份为6～10 月份。2020 年5 月、7 月、8 月降雨量较2019 年有所增多，其余时段降雨量偏少，不做统计。从PM10数据变化显示，说明降雨量增加对颗粒物沉降作用显著。

平均风速：2020 年上半年，扩散条件较2019 年整体偏差，但排放量的减少使空气质量有所改善；10～12 月平均风速较2019 年有所减小。从PM2.5数据显示，不利的扩散条件是造成PM2.5不降反升的主要原因之一。

气温：1～5 月、8～12 月气温相差不大，2020 年6～7 月相对较低，月均温度较2019 年相差在2 ℃左右，优良天累计情况来看，O3的生成与温度的相关性较大，说明温度的降低，对争得优良天有较大影响。

3.2 工业企业排放分析

巩义市是重工业城市，企业基础庞大，有像大唐巩义电力、中孚电力等省级电力企业，又有像昌泰不锈钢、永通特钢等钢铁企业，导致巩义市污染本底值大，环境承载能力减弱。所以工业企业减排也是空气质量指数降低的重要途径。以2020 年统计数据为例进行分析：从工业企业月度排放量变化趋势来看，进入秋冬季后，通过重污染天气应急管控措施，排放量下降明显。尤其是12 月份，气象条件极为不利时启动红色预警管控，排放量与2 月份趋于持平，从排放量下降幅度来看，减排效果明显。

3.3 污染因子变化分析

在排除了特殊气象条件和传输等影响因素的条件下，在2020-2022 年疫情管控措施使大气污染物排放减少，空气质量显著提高。为了反应正常生产状态下巩义市各项污染因子浓度变化趋势，选择了2018-2019年与2019-2020年空气质量六参数据进行比较分析。

（1）PM10变化分析。分析归结2018-2019 年与2019-2020 年PM10的变化趋势，PM10在1～4 月浓度值偏高，易出现全年峰值。6～8 月PM10浓度处在平稳状态，年度差异不明显，从9 月开始又有多个峰值出现。

（2）PM2.5变化分析。分析总结2018-2019 年与2019-2020 年PM2.5的变化趋势，峰值基本集中在1～3 月和11～12 月这段时间，即秋冬季为全年细颗粒物重点防控时段。2020 年受疫情影响在2～3 月浓度整体下降，但在11～12 月浓度出现严重反弹，同比升高了30%。

（3）SO2变化分析。对比2018 年SO2月累计浓度变化趋势，2019 年同比均有所改善，且改善幅度明显，其中10 月同比改善69.23%，为全年改善幅度最高的月份，相对较差的为1 月份，改善幅度仅为5.00%。对比同期SO2日浓度变化趋势来看，2020年同比改善明显，污染峰值主要集在1～2 月份，3～8月份变化较为平稳，9 月份开始，同比出现反弹现象，10 月份尤为明显。

（4）NO2变化分析。对比2018 年NO2月累计浓度变化趋势，2019 年同比均有所改善，其中10 月份改善幅度最高，达44.68%，相对较差的为1 月份，改善幅度为7.02%。对比同期NO2日浓度变化趋势来看，2020 年1～2 月份，峰值及浓度值整体偏低；3～8 月份，较同期基本持平；9～11 月份，NO2峰值出现频次多，浓度值较同期反弹严重。12 月份，启动红色预警及加严管控后，峰值明显下降。

（5）CO 变化分析。对比2018 年CO 月累计浓度变化趋势，2019 年同比均有所改善，其中9 月份改善幅度最高，达55.56%，相对较差的为1 月份，同比持平。对比同期CO 日浓度变化趋势来看，峰值主要集中在1～2 月及12 月，其余时段变化较为平稳；其中1～2 月份同比有明显下降，也为全年改善奠定基础。

（6）O3-8h 变化分析。对比2018 年O3-8h 月累计浓度变化趋势，2019 年有3 个月同比不降反升，其中11 月份反弹较为明显，O3污染主要集中在夏季高温时段，5～8 月均同比有所下降，但下降幅度较小。在夏季改善幅度较好的月份为8 月，改善率为18.18%，9 月污染较为突出，出现不降反升现象。对比同期O3-8h 日浓度变化趋势来看，2020 年O3污染整体较同期有所缓解，但O3污染峰值较同期提前一个月达到中度污染；污染时段主要集中在5～9 月份，6 月和9 月份同比有明显的改善。10 月份已不再因O3-8h 损失优良天。

3.4 污染因子贡献占比分析

对比各项因子污染贡献占比发现，2019 年度O3-8h 占比20%，较2018 年度上升2%；PM10占比26%，较2018 年度上升1%。同比下降较为明显的是SO2、NO2，分别下降2%、1%。其余各项污染因子占比不变。对比2019 年和2020 年污染因子贡献占比图可知，除SO2占比4%维持不变外，NO2占比上升2%，O3-8h 占比上升1%，PM2.5占比上升1%，PM10占比下降3%，CO 占比下降1%。