山东省大气污染物时空分布与气象影响及健康风险分析

李艳琴

(山东环泰环保科技发展有限公司 山东泰安 271000)

大气污染不仅会对气候产生严重的不良影响，还威胁着人们的身体健康，尤其是PM2.5，其对人们的身体健康有很大地威胁[1-2]。近年来，人们开始重视节能减排问题，国家也采取各类方式来治理空气污染问题。对大气污染物浓度的时空变化进行分析，不仅有利于让群众了解当地空气污染情况，还可以为制定有效的空气污染防控措施提供参考[3-4]。本文以山东省作为研究对象，利用山东省空气质量检测数据，分析山东省空气污染物的空间分布规律及其与相关气象要素的关系，并以此为基本条件计算空气质量综合指数（AAQI）和基于健康风险的空气质量指数（HAQI），为山东省空气污染防治措施的制定提供参考。

1 研究区域与方法

1.1 检测点位

研究所采用的空气质量、气象数据均来源于山东省环境保护厅所发布的数据。目前，在山东省17个城市共计有164个国控、省控站点，研究选取17个城市各个站点的各项指标平均数据作为研究数据，气象资料则选取当地国家级气象观测站公布的数据。

1.2 数据分析

研究以常见的6 种空气污染物（PM2.5、PM10、O3、NO、CO、SO2）作为观察标准，统计山东省2021—2022年内各类污染物分别作为首要污染物的天数，计算出造成山东省空气污染的重要污染物。根据国家2012年开始实行的《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行)》（HJ 633-2012）的规定，统计2021—2022年山东省空气质量等级分布，计算每日首要污染物占比。通过统计分析，计算空气污染物质量浓度年度、季度、月度、每周、每日的变化情况，进而分析出山东省空气污染物时间变化规律[5]。

当AQI＞100 时，AAQI 和HAQI 均应＞AQI，即多种污染物作用下的健康风险要明显高于一种污染物的健康风险。由此可知，当空气污染严重时，AQI 应低于HAQI 和AAQI，且随着污染等级的加大，HAQI 与AQI的差值要明显大于AAQI与AQI的差值[6]。

2 结果与分析

2.1 空气质量

参考国家《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ 633-2012）相关标准，结合山东省生态环境厅发布的相关数据可见，山东省2021年优良水平天数占到了71.1%，而2022 年优良天数占比则达到了73.7%，同比改善了2.6%，具体数据如表1所示。

表1 2021—2022年山东省各级别天数比例 （单位：%）

进一步分析山东省2021—2022 年全省污染物数据平均值，可见山东省每日首要污染物为PM2.5，2021年平均PM2.5浓度为39 μg/m3，环境空气质量综合指数为4.38。2022 年PM2.5浓 度 为34 μg/m3，同 比 改 善8.1%，环境空气质量综合指数均值为4.05，同比改善5.2%。

为了实现“十四五”良好开局，围绕“还老百姓蓝天白云、繁星闪烁”的主题，山东省统筹部署，开展大气污染综合治理攻坚，实施PM2.5和臭氧协调控制管理。通过严格的控制与治理，相较于2021年而言，2022年，山东省全省PM2.5浓度下降至为34 μg/m3，持续保持下降趋势，尤其是重度污染天数由1.0%下降至0。

2.2 空气污染空间分布特征

2.2.1 PM2.5的水平

为了能够更加直观地体现出山东省污染物分布情况，本研究将山东省划分为鲁西、鲁中、鲁南、鲁北、胶东半岛5 个区域。通过分析可见，山东省PM2.5水平较高的地区主要在鲁西、鲁北地区，而胶东半岛的PM2.5水平最低。与2021年相比，2022年，鲁西地区、鲁北地区的PM2.5水平均有所下降，而鲁中地区则略微升高。除胶东半岛外，其他山东各地区的PM2.5水平均超过了国家二级标准，具体情况见图1。

图1 2021—2022山东各地区PM2.5水平分析

2.2.2 PM10的水平

通过对比可见，山东省PM10水平较高的地区主要集中在鲁西和鲁北地区，而胶东半岛PM10水平较低。与2021年相比，鲁中、鲁南地区的PM10水平略有升高，而鲁西、鲁北则略有下降，胶东半岛则保持持平状态。5 个地区中，除了鲁南、胶东半岛外，其他各个地区的PM2.5水平均超过国家二级标准，如图2所示。

图2 2021—2022山东各地区PM10水平分析

2.2.3 SO2的水平

山东省5 个地区中，以鲁北地区的SO2水平最高，以胶东半岛的水平SO2最低，但所有地区SO2水平均低于国家二级标准。与2021年相比，2022年山东省各地SO2水平均有所下降，如图3所示。

图3 2021—2022山东各地区SO2水平

2.2.4 NO2的水平

山东省NO2水平较高地区主要集中在鲁南、鲁中、鲁北等地区，相对而言胶东半岛NO2水平较低。与2021 相比，2022 年鲁西、鲁南、鲁北等地区的NO2水平有所下降，但鲁中和胶东半岛NO2水平则较2021 年有所升高，如图4所示。

图4 2021—2022山东各地区NO2水平分析

2.2.5 O3的水平

山东各地区中，鲁西、鲁北的O3水平较其他地区有所升高，而胶东半岛的O3水平明显低于其他地区。与2021 年相比，鲁西、胶东半岛的O3水平呈现下降趋势，而鲁中、鲁南、鲁北的O3水平则呈现出升高趋势，如图5所示。

图5 2021—2022山东各地区O3水平分析

2.2.6 CO的水平

山东省5 个地区中，CO 水平较高的地区为鲁南、鲁北地区，胶东半岛处于较低水平。与2021 年相比，2022 年除鲁中地区CO 水平有所升高外，其他各地区都基本与上年CO水平持平，见图6。

图6 2021—2022山东各地区CO水平分析

通过分析可见，山东省胶东半岛地区空气质量较好，其各项指标水平均居于全省最低点。相对而言，其他地区空气质量明显下降，尤其是PM2.5和PM10，全省除胶东半岛外其他地区均超过了国家二级标准，提示了山东要将PM2.5和PM10作为空气污染工作治理的重点。

2.3 时间分布特点

将山东省2021 年和2022 年6 种污染物浓度按月份统计得到全省空气质量年变化图，如图7 所示。通过该图可以看出，除了O3外，其他各项污染物月度变化均呈现出“U”型走势，即每年1 月、11 月、12 月时浓度达到峰值，而在7—9月时浓度下降到最低点。导致这种情况发生的原因主要包括两个方面：一方面，逆温作用，由于冬季地面相对大气而言是一种冷源，夜间低温情况明显，大气层结构较为稳定，空气难以上下对流，导致污染物更加容易聚集而难以扩散。而夏季大气垂直运动活跃，有利于污染物的扩散。山东冬季取暖会大量使用煤炭，产生的污染物相较于夏季要明显增多；另一方面，冬季由于温度较低，机动车的发动机容易出现不完全燃烧的情况，增加了尾气的排放量，这些因素综合作用导致山东省冬季污染水平明显升高。

图7 山东省污染物月度变化分析

2.4 健康风险

为了能够更好地反映出大气污染健康风险，AQI指数需要对已经确定的各种污染物已知暴露-反应关系进行考虑，因此本研究引入了总体额外风险概念（ER）。将各种污染物指标利用ER 公式进行分析，将计算所得的AAQI 指数和HAIQ 指数基于AQI 值再进行划分，即可得到不同的空气等级。通过研究可以看出，山东省各个地区中，以威海的AAQI 水平最低，为101，而最高的是德州，为178，其他城市也均大于100。在冬季，山东省仅有28%左右人口处于无健康风险状态，72%的人口均处于存在健康风险的空气中，空气质量会对人体健康造成一定影响。山东省各个地区中，污染程度较低的区域为胶东半岛，而其他地区则呈现出中度污染状况。空气质量良好的城市为威海、烟台、滨州、青岛，其余城市均为轻度污染，提示了山东省目前需要高度重视空气质量问题，加强冬季空气质量管理。及时应用高等级的空气质量标准来防范空气污染问题，尤其是对于鲁西、鲁中、鲁北等地区，要重点加强冬季空气质量管理。

3 结语

虽然经过多年的努力，山东省空气质量明显改善，但目前个别月份的空气质量仍然与国家二级标准存在一定的差距。未来，政府应更加重视大气环境的管控工作，加强环境专项执法，倡导全民参与到环境保护工作中，提倡节能减排，打造绿色山东，巩固扩大蓝天保卫战的成果。