2017年-2021年开州区城区环境空气质量时空分布特征及影响因素研究

周思愿 雷振宇 王锐 刘煌卿

摘要：研究分析了开州区城区2017年-2021年环境空气质量及6项污染物指标变化情况，并总结归纳了其大气污染特征。结果表明：开州区城区环境空气质量整体明显改善，各指标的年均值均满足二级以上标准；冬季受逆温天气影响，城市空气质量指数（AQI）显著升高，7月、8月份臭氧成为影响空气质量的主要因素；通过分别建立相关污染物与降雨量的相关分析发现，降雨量对可吸入颗粒物和细颗粒物清除作用明显，而对臭氧无明显清除作用；受生产生活影响，环境空气指标呈现特征变化趋势。

关键词：开州区；空气质量；时空分布；影响因素

中图分类号：X511 文献标志码：A

前言

随着社会经济的发展，居民环保意识的提升，使人们充分认识到环境保护的重要性与迫切性，环境空气质量的持续改善仍面临着诸多困难和挑战。国内众多学者也对环境空气质量的时空特征及影响因素进行了研究，并取得了一些成果。例如：刘利等研究指出，AQI与广东省人均地区生产总值（GDP）、第三产业占GDP的比重呈负相关关系，与GDP中第二产业产值的占比、人均可支配收入，研究与试验发展经费支出呈正相关关系。周梦鸽等的研究表明，PM2.5与人口密度、第二产业的GDP占比和城镇化率分别呈现出极显著的正相关关系和负相关关系。廖代强等研究了气象条件影响空气质量的机制及协同作用，明确显著影响空气质量的气象要素。现有文献中，有关重庆市主城区大气污染特征的研究相对较多，但研究重庆市其它区县的较少。为弄清开州区城区环境空气质量变化规律，文章以开州区2017年一2021年国家环境空气自动监测网重庆安康站的监测数据为基础，分析可吸人颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、细颗粒物、一氧化碳、臭氧等环境空气指标的变化，研讨开州区在发展过程中环境空气质量的变化趋势及其影响因素，以期为开州区后期的空气污染防治提供科学依据。

1材料与方法

1.1研究区概况

开州区位于重庆市东北部，四川盆地东部温和高温区内，属亚热带暖湿季风气候，四季分明，雨量充沛，无霜期长，日照多。随海拔高度的不同，地域性气候差异明显，年主导风向为东风，次多风向背西风，城区静风频率22%。雾最多出现在冬季，目前未开展霾的统计。2017年- 2021年开州区年降水量，分别为1 493.6毫米、1 043.4毫米、917.7毫米、1 233.6毫米和1 589.8毫米。

1.2评价标准

按照《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ 633-2012）要求，所测指标有6项，即二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物、细颗粒物、臭氧、一氧化碳。O3的评价浓度为评价时段内日最大8小时滑动平均值的第90百分位数，CO的评价浓度为评价时段内日均浓度的第95百分位数，其他项目的评价浓度为评价时段日均浓度的平均值。

2结果与分析

2017年-2021年期间，城区环境空气质量优良天数变化如图1所示。在此期间城区环境空气质量呈大幅改善的趋势，2021年与2017年相比环境空气质量优良天数多42天，重度污染天气只在2017年出现过1天（首要污染因子为臭氧），其余年份均无重污染天气。

2.1城区环境空气质量年变化情况

2017年-2021年，城区环境空气质量各指标年变化情况如图2所示。由图2可见：可吸入颗粒物年均值均满足二级标准，总体呈下降趋势，年均值由2017年66微克每立方米下降至2021年48微克每立方米，下降27.3%；二氧化硫年均值均满足一级标准，总体呈下降趋势，年均值由2017年13微克每立方米下降至2021年12微克每立方米，下降7.7%；二氧化氮年均值均满足一级标准，呈逐年下降趋势，年均值由2017年32微克每立方米下降至2021年23微克每立方米，下降28.1%；细颗粒物年均值均满足二级标准，呈逐年下降趋势，年均值由2017年38微克每立方米下降至2021年26微克每立方米，下降31.6%；臭氧年均值均满足二级标准，呈逐年下降趋势，年均值由2017年137微克每立方米下降至2021年100微克每立方米，下降27.0%；一氧化碳年均值均满足一级标准，呈逐年下降趋势，年均值由2017年1.4毫克每立方米下降至2021年0.9毫克每立方米，下降35.7%。

2.2城区环境空气质量月变化情况

2017年-2021年期间，城区环境空气质量指数月变化情况如图3所示。2017年1月和12月月均值超过环境空气质量二级标准，其余年份中各月均能达到环境空气二级标准，导致2017年1月和12月月均值超标主要影响因子为细颗粒物和可吸人颗粒物。

2017年-2021年期间，城区环境空气质量指数月变化基本呈现出两端高中间低，在7月-8月会出现小幅上升趋势，导致这一现象出现的主要原因：一是每年1月、2月和12月这三个月容易出现逆温天气，不利于空气扩散；二是每年7月和8月开州区气温高紫外线强，容易出现臭氧超标情况。

研究表明，降雨对清除大气中的污染物意义重大，但当降雨量较小时，空气污染反而越严重。为了分析降雨量对污染物浓度的影响，将2017年-2021年期间开州区城区各月降雨量与各污染物浓度作分析，如图4所示：（1）可吸入颗粒物呈现出两端高中间低，7月达到最低值，降雨量呈两端低中间高，表明降雨对可吸人颗粒物有较强的降低作用，但在弱降水天气由于受到其他气象要素的影响可能对可吸人颗粒物的清除作用不明显；（2）二氧化硫总体呈现出两端高中间低，降雨量呈两端低中间高，表明降雨对二氧化硫有较强的降低作用，但在弱降水天气由于受到其他气象要素的影响可能对二氧化硫的清除作用不明显；（3）二氧化氮呈现出两端高中间低，7月达到最低值，降雨量呈两端低中间高，表明降雨对二氧化氮有较强的降低作用，但在弱降水天气由于受到其他气象要素的影响可能对二氧化氮的清除作用不明显；（4）细颗粒物总体呈现出两端高中间低，降雨量呈两端低中间高，表明降雨对细颗粒物有较强的降低作用，但在弱降水天气由于受到其他气象要素的影响可能对细颗粒物的清除作用不明显；（5）臭氧呈现出两端低中间高，高值一般出现在5到8月，降雨量呈两端低中间高，表明臭氧浓度对降雨量变化不是很敏感；（6）一氧化碳总体呈现出两端高中间低，降雨量呈两端低中间高，表明降雨对一氧化碳有一定的降低作用，但在弱降水天气由于受到其他气象要素的影响可能对一氧化碳的清除作用不明显。

为进一步分析降雨量对环境空气质量各指标的影响，将2017年-2021年城区环境空气质量各指标的月均浓度与月均降雨量做相关分析，结果如表1所示。除臭氧与降雨量呈正相关外，其余各指标均与降雨量呈负相关，可吸人颗粒物和细颗粒物与降雨量相关系数最大，且相关关系的显著性较好（P<0.05），说明降雨量对可吸入颗粒物和细颗粒物清除作用最为明显，而对臭氧无明显清除作用。在弱降水天气可能由于受到其他气象要素的影响，降水对吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、细颗粒物、一氧化碳的清除作用不明显。

2.3环境空气质量日变化情况

2017年-2021年期间，以城区连续监测24小时数据为依据，得到污染物日变化趋势如图5所示。由图可见：可吸入颗粒物、二氧化氮、细颗粒物和一氧化碳的小时浓度峰值出现于夜间20点-22点，次高峰出现在上午9点-10点，午后污染物浓度值逐渐下降至谷底。主要是夜间出现了短时的逆温天气不利于污染物扩散，随着污染源的减少在夜间20点-22点达到峰值后逐步下降，但在第二天随着道路的垃圾清洁、上班人群的出行、交通的堵塞都使得大气污染物急速增加，在上午9点-10点达到次高峰；二氧化硫在上午11点左右达到高峰随后逐步下降，总体浓度变化不大；臭氧在下午16点达到峰值随后逐步下降，在上午9点左右达到最低值，主要由气象条件变化而导致臭氧浓度的变化趋势。

3结论

文章主要研究了2017年-2021年开州区城区环境空气质量变化情况，分析了6种污染物的时空分布特征。开州区城区环境空气质量整体明显改善，但城区大气污染仍存在两个阶段：一是冬季逆温天气不利于空气扩散，导致城区AQI显著上升；二是夏季气温高紫外线强，容易出现臭氧超标情况。开州区降雨量对可吸人颗粒物和细颗粒物清除作用最为明显，而对臭氧无明显清除作用。在弱降水天气可能由于受到其他气象要素的影响，对空气中污染物的清除作用不明显。开州区臭氧在下午16点左右达到峰值随后逐步下降，二氧化硫在上午11点左右达到高峰随后逐步下降，其它污染物峰值出现于夜间20点-22点。通过研究可以为开州区城区大气污染防治提供可靠的依据。