青藏高原典型城市大气污染特征分析——以康定市为例*

李传人，王 婷，杨曹阳，袁 欣，黄 唯，齐国伟

(1 四川省甘孜生态环境监测中心站，四川 甘孜 626700；2 四川省乐山生态环境监测中心站，四川 乐山 614000)

随着中国西部开发和经济发展的加速，青藏高原区域城市规模也在不断扩大，人类生产生活排放的污染物总量与日俱增，移动源、面源、矿山开发、施工场地等排放的气态污染物严重影响高原城市环境空气质量的改善[1-3]，大气污染问题亟需得到控制和解决[4-7]。通过研究青藏高原典型城市康定市的环境空气污染特征[8-10]，有助于更好了解高原城市环境空气质量现状和助力大气污染防治。为促进青藏高原地区经济社会发展和环境空气质量改善提供技术支撑和科技保障[11-13]。

1 材料和方法

1.1 数据资料

选取甘孜州康定市的环境空气质量数据进行研究，数据来源于四川省空气质量监测网络管理系统，环境空气质量数据选取时段为2020年1月1日-2023年6月30日。环境空气自动监测设备为24 h连续在线监测，运维和质控均严格按照《环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统运行和质控技术规范》(HJ 817-2018)；《环境空气气态污染物(SO2、NO2、O3、CO)连续自动监测系统运行和质控技术规范》(HJ 818-2018)等相关标准和技术规范开展。

1.2 分析方法

1.2.1 主要污染物浓度变化特征分析

基于康定市的首要污染物为O3和NO2，选取2020年1月1日-2023年6月30日小时浓度值，通过数据透视表处理，给出分季度24 h浓度变化均值进行对比分析。

1.2.2 主要污染物浓度相关性分析

计算研究时段内SO2、NO2、O3、CO、PM10、PM2.5六项污染物浓度之间的Pearson相关系数，主要分析首要污染物NO2、O3与其他污染物之间的关联程度，判断污染来源。基于相关研究表明，NO2与O3负相关，则判断出光化学反应的强度；与CO、PM2.5同时相关，则主要受移动源影响，以此研究大气污染特征[14-16]。

2 结果与讨论

2.1 污染物浓度变化特征

通过分析2020-2023年康定市各季度二氧化硫小时浓度均值的日变化趋势，以此研究二氧化硫浓度变化特征，见图1。得出：二氧化硫小时浓度均值除2020年1季度明显偏高外，其余时段总体较平稳，浓度基本维持在10 μg/m3以下。从逐年1、2季度数据得出，2023年二氧化硫浓度有明显下降趋势，特别是2季度，下降了约3 μg/m3。从3、4季度小时浓度均值走势得出，二氧化硫浓度呈现出白天高，夜间低的变化特征。

图1 逐季二氧化硫小时浓度均值日变化趋势Fig.1 Daily trend of mean hourly sulfur dioxide concentration by season

二氧化氮小时浓度均值日变化趋势呈现明显的双峰走势，峰值主要出现在上午的9-10点和夜间的21-24点，峰谷主要出现在上午的6-7点和下午的15-16点。峰值的出现主要受城市早、晚高峰污染排放影响，夜间峰值还会受到臭氧对氮氧化物的氧化作用影响，峰谷的出现主要为光化学反应消耗二氧化氮以及大气扩散的叠加影响。见图2。

图2 逐季二氧化氮小时浓度均值日变化趋势Fig.2 Daily trend of mean hourly nitrogen dioxide concentration from season to season

从1、2季度二氧化氮小时浓度均值走势得出，2023年二氧化氮浓度走势相对较低。同一时间点不同年份的小时浓度均值差距较大，达到10～25 μg/m3。3、4季度二氧化氮走势吻合度较好，同一时间点不同年份的小时浓度均值差距较小，最大小时浓度差距在5 μg/m3左右，表明近3年3、4季度二氧化氮小时浓度均值变化趋势总体平稳。

一氧化碳小时浓度均值日变化趋势也呈现明显双峰走势，峰值主要出现在上午的9-10点和夜间的20-22点，峰谷主要出现在上午的6-7点和下午的15-16点。峰值出现的时间点和变化趋势与二氧化氮相似，表明也是受城市早、晚高峰污染排放影响。二氧化氮和一氧化碳峰值出现的时间点吻合度高也表明受机动车尾气影响较明显，小时浓度均值峰谷的出现主要为大气扩散稀释的作用。见图3。

图3 逐季一氧化碳小时浓度均值日变化趋势Fig.3 Daily trend of mean hourly carbon monoxide concentration by season

从4个季度一氧化碳浓度走势可以看出线型吻合度较好，一氧化碳同一时间点不同年份的小时浓度差距值较小，表明污染源排放和气象条件整体影响差异较小。实际情况也是康定市一氧化碳浓度变化相对较稳定。

臭氧小时浓度均值日变化趋势呈明显单峰走势，峰值主要出现在下午的14-18点，峰谷主要出现在上午的9-10点。其中峰值出现最早的是2季度，其次为3季度、4季度和1季度。主要原因为不同季节气温、太阳照射时间以及辐射强度不同所致，受其影响，臭氧小时浓度峰值在2季度最高，4季度最低。从2020-2023年逐季臭氧小时浓度均值变化趋势来看，臭氧浓度有上涨趋势，这与气候变暖、高温天气频繁，光化学反应强度增强，以及康定市移动源、面源等排放臭氧前体物总量增加有关，见图4。

图4 逐季臭氧小时浓度均值日变化趋势Fig.4 Seasonal daily trend of mean hourly ozone concentration

细颗粒物小时浓度均值日变化趋势也呈双峰走势，峰值主要出现在上午的9-10点和夜间的20-23点，峰谷主要出现在上午的6-7点和下午的15-16点。双峰走势及峰值时间点与二氧化氮、一氧化碳线型吻合度高，表明污染物排放具有同源性，也再次得出污染来源与城市早、晚高峰污染排放，特别是机动车尾气排放量增大有关。见图5。从2020-2023年逐季细颗粒物小时浓度均值变化趋势来看，细颗粒物浓度变化呈现波动趋势。

图5 逐季细颗粒物小时浓度均值日变化趋势Fig.5 Seasonal diurnal trend of mean hourly concentration of fine particulate matter

和细颗粒物相似，可吸入颗粒物小时浓度均值日变化趋势也呈双峰走势，峰值主要出现在上午的9-11点和夜间的21-23点，峰谷主要出现在上午的6-7点和下午的15-16点。双峰走势及峰值时间点与二氧化氮、一氧化碳线型吻合度高，表明污染物排放的同源性，也再次得出污染来源与城市早、晚高峰污染排放相关，特别是机动车尾气影响有关，见图6。

图6 逐季可吸入颗粒物小时浓度均值日变化趋势Fig.6 Daily trend of mean hourly concentration of inhalable particulate matter by season

2.2 污染物浓度变化相关性分析

统计康定市2020-2023年各季度6项污染物浓度变化的相关系数得出：2020年康定市二氧化氮和臭氧浓度变化呈显著负相关，相关系数为：-0.425～-0.714，特别是2～4季度相关系数较大，而该时段康定市环境空气首要污染物主要为臭氧，表明光化学反应较强烈，导致二氧化氮生成臭氧较显著。同时，二氧化氮与一氧化碳呈显著正相关，相关系数范围为：0.156～0.439。同时二氧化氮、一氧化碳分别与细颗粒物、可吸入颗粒物浓度变化呈显著正相关，相关系数范围分别为：0.139～0.579，0.248～0.651，0.116～0.514，0.156～0.457，且1、4季度相关系数相对较大。此外，细颗粒物与可吸入颗粒物浓度变化也呈显著正相关，相关系数为：0.409～0.779。二氧化氮、一氧化碳、细颗粒物与可吸入颗粒物浓度变化趋势一致，表明受移动源排放影响较显著，见表1。

表1 2020年1-4季度环境空气6项污染物相关系数Table 1 The correlation coefficient of 6 environmental air pollutants in the first four quarters of 2020

和2020年相似，2021年康定市二氧化氮和臭氧浓度变化呈显著负相关，相关系数为：-0.699～-0.830，同比2020年相关系数更大，表明光化学反应较2020年更强烈，臭氧生成也更显著。同时，二氧化氮与一氧化碳也呈显著正相关，相关系数范围为：0.272～0.471。二氧化氮、一氧化碳分别与细颗粒物、可吸入颗粒物浓度变化呈显著正相关，相关系范围分别为：0.178～0.543，0.395～0.609，0.073～0.465，0.070～0.486，同样是1，4季度相关系数相对较大，该时段主要为高原冬季，移动源影响更为显著。此外，细颗粒物与可吸入颗粒物浓度变化同样也呈显著正相关，相关系数为：0.426～0.766，见表2。从相关系数大小比较得出，2021年康定市城区受移动源影响较2020年更显著。

表2 2021年1-4季度环境空气6项污染物相关系数Table 2 The correlation coefficient of 6 environmental air pollutants in the first four quarters of 2021

2022年康定市二氧化氮和臭氧浓度变化也呈显著负相关，相关系数为：-0.718～-0.811，4个季节相关系数相对较均匀，与2021年比较相对持平，表明光化学反应较2021年相当，同时，二氧化氮与一氧化碳也呈显著正相关，相关系数范围为：0.273～0.358。二氧化氮、一氧化碳也分别与细颗粒物、可吸入颗粒物浓度变化呈显著正相关，相关系范围分别为0.174～0.562，0.311～0.646，0.128～0.334，0.121～0.312，同样是1，4季度相关系数相对较大，再次表明冬季康定环境空气受移动源影响显著。此外，细颗粒物与可吸入颗粒物浓度变化也同样呈显著正相关，相关系数为：0.600～0.721，见表3。从相关系数大小比较得出，2022年康定受移动源影响较2021年相当。

表3 2022年1-4季度环境空气6项污染物相关系数Table 3 The correlation coefficient of 6 environmental air pollutants in the first four quarters of 2022

2023年上半年，康定市二氧化氮和臭氧浓度变化也呈显著负相关，相关系数为：-0.724和-0.774，较与前两年同期相比光化学反应相当。同时，二氧化氮与一氧化碳也呈显著正相关，相关系范围为：0.112和0.279。二氧化氮、一氧化碳也分别与细颗粒物、可吸入颗粒物浓度变化呈显著正相关，其中1季度相关系数较前两年有减小趋势，2季度相关系数较前两年相当。2023年1季度康定环境空气受移动源影响相对略小。此外，细颗粒物与可吸入颗粒物浓度变化也同样呈显著正相关，相关系数为：0.683和0.657，见表4。

表4 2023年1-2季度环境空气6项污染物相关系数Table 4 The correlation coefficient of 6 environmental air pollutants in the first and second quarters of 2023

综上，康定市环境空气污染特征为：二氧化氮、一氧化碳、颗粒物(PM10和PM2.5)小时浓度均值日变化均呈典型双峰走势，4项污染物小时浓度峰值时间点与线型高度吻合，表明污染物排放的同源性。由于浓度峰值时间出现在城市早、晚高峰期间，表明受机动车尾气影响最大。二氧化氮、一氧化碳、颗粒物(PM10和PM2.5)浓度变化之间的显著相关也证明了这点，建议康定市的大气污染防治的重点应放在控制移动源排放上。

3 结 论

(1)康定市空气质量污染特征表现为典型的光化学反应污染特征，臭氧为首要污染物情况明显，在春夏秋3个季节2-9月均有出现，其中4-5月和7-8月浓度偏高情况较频繁。4、5月份与气温升高、紫外线较强以及植物季节性释放VOC浓度升高有关，7-8月受高温强辐射天气影响，以及旅游旺季氮氧化物、VOC排放量增加有关。

(2)康定市二氧化氮、一氧化碳、颗粒物(PM10和PM2.5)小时浓度均值日变化走势高度吻合，经相关性分析，4项污染物浓度变化显著相关，充分说明空气质量受城市早、晚高峰移动源排放影响显著。

(3)经污染物小时浓度走势年度变化对比和相关性分析得出康定市臭氧和二氧化氮污染有进一步加强趋势，同时移动源排放和二次转化导致的颗粒物浓度时段性增高现象也会日益突出。