川南城市群秋冬季区域性大气污染特征

摘 要：本文基于2020年9月—2021年2月PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO以及O3的环境空气质量监测数据，利用统计分析的方法对所得数据进行处理，并利用origin软件进行绘图分析，研究川南城市群秋冬季5个地级市（自贡市、泸州市、乐山市、内江市和宜宾市）6类主要大气污染物在时间上和空间上的分布特征。结果表明，冬季空气污染最严重，污染物浓度超标天数较多；自贡市的空气污染状况最严重，乐山、泸州和宜宾三市空气污染程度次之，内江市的空气污染状况最轻，空气质量最好。颗粒物PM10和PM2.5是影响5个城市环境空气质量的主要污染物。随着污染程度加深和PM2.5/PM10增大，细颗粒物PM2.5浓度对空气环境质量的影响比粗颗粒物更大。

关键词：川南城市群；大气污染；PM10；PM2.5

中图分类号：X 513 " " " 文献标志码：A

空气污染，又被称为大气污染，是指由人类的活动或者自然过程引起的某些物质进入大气中，达到足够高的浓度和足够长的时间，并影响人体舒适、健康和福利或者环境的现象。当大气中污染物的浓度达到有害程度时，会破坏生态系统并威胁人类的正常生存和发展条件，对人或物造成危害[1]。这些含有污染成分的气体不仅影响能见度等气象条件，还会严重影响人们的身体健康，增加感染呼吸道疾病的概率，因此解决大气污染的问题刻不容缓。

SOTIRIS VARDONLAKIS等[2]在巴黎市中心位置建立监测站，进行了7个月的持续采样，分析了监测站点附近大气污染的时空变化特征和规律。P D HIEN等[3]利用被动采样器研究了越南河内内城背景点、交通繁忙区、工业区、农村地区冬季和夏季大气中二氧化氮、二氧化硫和苯的浓度分布。VANIA P CAMPOS等[4]利用被动采样装置监测了巴西亚马逊流域的二氧化硫和二氧化氮。

目前，高愈霄等[5]对京津冀区域大气污染特征的分析表明，大范围重污染集中发生在秋、冬季，王自发等[6]对2013年1月中东部持续强霾天气的数值预报模式进行了研究，初步评估了灰霾天气下大气细颗粒物的时空分布特征和传输规律。张人禾等[7]利用资料诊断，从大气环流背景场、雾霾天气演变过程2个方面分析了2013年1月中国东部持续性强雾霾产生的气象条件。然而对大气污染物进行研究的地区多为京津翼和中、东部地区，对人口密集且大气污染形势严峻的四川盆地研究较少，尤其缺乏对川南城市群大气污染物浓度的变化趋势和特征的研究。

1 数据的获取和研究方法

本文采用川南城市群5个市（自贡市、泸州市、乐山市、内江市和宜宾市）2020年9月1日—2021年2月29日共182天的环境空气质量自动监测站点观测数据（PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO和O3），根据《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ633—2012），确定空气质量状况，目前我国采用的AQI（空气质量指数）分为6级，即0～50、51～100、101～150、151～200、201～300和大于300。空气质量指数见表1，指数越大，表示空气质量越差，污染越严重。

本文对5个市秋、冬季（气象上季节的划分标准：通常9～11月为秋季，12月～来年2月为冬季）各污染物的日均浓度变化曲线进行分析，观察各污染物浓度在整个秋、冬季随时间的变化趋势，根据《环境空气质量标准》（GB3095－2012），统计各污染物的超标（二级标准）情况，确定主要污染物及其污染程度，探讨秋、冬季大气污染物的基本特征，全方位了解川南城市群秋、冬季大气污染状况，旨在为川南地区的大气污染治理提供科学依据，为四川盆地区域的大气污染防控提供决策参考。

2 区域性污染特征

2.1 污染程度

川南5个市秋、冬季空气质量状况如图1所示。图1统计了2020年9月—2021年2月共182天川南5个市的空气质量情况，自贡市出现污染的天数为84d，占统计天数的43.2%；泸州市出现污染的天数为49d，占统计天数的26.9%；乐山市出现污染的天数为52d，占统计天数的28.6%；内江市出现污染的天数为46d，占统计天数的25.3%；宜宾市出现污染的天数为53d，占统计天数的29.1%。当出现轻度污染天气时，自贡、泸州、乐山、内江和宜宾5个市的PM2.5平均浓度分别为92.0μg·m-3、88.3μg·m-3、90.6μg·m-3、88.5μg·m-3和93.1μg·m-3，PM10的浓度分别为128.4μg·m-3、132.3μg·m-3、

126.5μg·m-3、119.4μg·m-3和120.3μg·m-3。当出现中度污染天气时，5个市的PM2.5平均浓度分别为135.3μg·m-3、131.5μg·m-3、128.6μg·m-3、132.9μg·m-3和131.6μg·m-3，PM10

浓度分别为185.6μg·m-3、170.0μg·m-3、187.2μg·m-3、163.4μg·m-3

和161.7μg·m-3。当自贡、泸州、宜宾3个市出现重度污染天气时，PM2.5的平均浓度分别为165.8μg·m-3、156.0μg·m-3和169.0μg·m-3，PM10的浓度分别227.2μg·m-3、190.0μg·m-3和204.3μg·m-3。乐山、内江2个市未出现重度污

染天气。当出现严重污染天气时，自贡、泸州、乐山、内江、宜宾5个市的PM2.5平均浓度分别为299.0μg·m-3、258.0μg·m-3、

275.0μg·m-3、276.0μg·m-3和202.0μg·m-3，PM10浓度分别为366.0μg·m-3、322.0μg·m-3、324.0μg·m-3、320.0μg·m-3和238.0μg·m-3。

由图1可知，空气质量由好到坏为内江市gt;乐山市gt;泸州市gt;宜宾市gt;自贡市，内江市空气质量为优良的天数最多，出现污染的天数最少，空气质量最好。自贡市出现污染的天数最多，优良天数最少，空气质量是5个市中最差的，原因是自贡市属于典型的低山浅丘地形且处于川南地区气旋式流场污染物滞留中心，空气流动性差，污染物易集聚、难扩散，特别是秋、冬季节逆温现象突出、降水减少、风力弱、相对湿度大且大气混合层低，污染物浓度较高，大气污染发生的频次高、持续时间长、污染强度大且影响范围广。

2.2 秋季和冬季污染物浓度对比

川南5市秋、冬季各污染物浓度对比如图2所示。自贡、泸州、乐山、内江和宜宾5个市的秋季PM2.5浓度值分别为62.6μg·m-3、45.3μg·m-3、48.5μg·m-3、41.5μg·m-3和46.1μg·m-3，冬季分别为95.3μg·m-3、70.5μg·m-3、70.7μg·m-3、71.6μg·m-3和82.8μg·m-3。秋季的PM10浓度分别为94.2μg·m-3、67.3μg·m-3、

70.1μg·m-3、60.6μg·m-3和64.4μg·m-3，冬季分别为131.3μg·m-3、96.4μg·m-3、102.9μg·m-3、95.1μg·m-3和105.4μg·m-3。从中可以看出，5个市冬季PM2.5和PM10的值均高于秋季，冬季NO2和CO的值略高于秋季，但是秋、冬两季NO2和CO并未出现超标情况，秋季O3的浓度反而高于冬季。原因是冬季光照强度小、温度低，不利于O3生成。此外还可以看出，不论是秋季还是冬季，自贡市的颗粒物浓度均最高，内江市最低，宜宾、乐山、泸州次之，自贡市秋季和冬季PM2.5浓度比值为0.6，PM10浓度比值为0.7，而内江市PM10和PM2.5秋、冬季的比值分别为0.5和0.6。

2.3 PM10与PM2.5的超标率

“雾霾”天气的形成，与大气中各类颗粒物，尤其是PM2.5与PM10的含量有直接联系[8]。由上述可知，川南5个市秋、冬季主要超标污染物为颗粒物PM10和PM2.5。各市日均PM10、PM2.5浓度超过二级标准的天数百分比如图3所示，其中自贡市PM10超标天数为48d，占监测天数的23.1%，PM2.5超标天数为84d，占监测天数的46.2%；内江市PM10超标天数为14d，占监测天数的7.69%，PM2.5超标天数为45d，占监测天数的24.73%；泸州、乐山、宜宾3个市PM10的超标率均低于10%，PM2.5超标率为25%～30%。颗粒物超标比重为自贡市gt;乐山市=宜宾市gt;泸州市gt;内江市，细颗粒物PM2.5的超标率远高于粗颗粒物PM10。

2.4 细颗粒污染程度

自贡市颗粒物超标最严重，由图4可以看出，随着污染程度加深，细颗粒物浓度和粗颗粒物浓度均有显著增长，并且在污染程度加深的同时，细颗粒物浓度的增长速度明显高于粗颗粒物浓度，这一点也可以通过PM2.5占PM10比例的变化看出。

当空气质量为优时，PM2.5占PM10的平均比例只有0.56；当空气质量为良时，PM2.5占PM10的平均比例为0.65；在轻中度污染天中，PM2.5占PM10的平均比例分别为0.72和0.73；在重度污染天中，PM2.5占PM10的平均比例达到0.73；在严重污染天中，PM2.5占PM10的平均比例为0.82。因此当污染程度加深时，PM2.5占PM10的平均比例呈明显的上升趋势。可见，当空气污染越严重、PM2.5占PM10的比例越大时，污染天气条件有利于细颗粒物的生成，而大量增加的细颗粒物浓度对空气环境质量的影响比粗颗粒物更大。

3 结论

本文采用川南城市群5个市2020年9月1日—2021年2月28日共182d的环境空气质量自动监测站点的观测数据和地面气象观测数据，分析了川南城市群秋、冬季大气污染物浓度的变化特征，探讨了污染物浓度变化的时间差异、空间差异以及气象要素对污染物浓度变化的影响，并得到以下3个结论。1）川南5个市冬季污染情况比秋季更严重，出现污染的天数较多，颗粒物PM10和PM2.5超过二级标准的比例较高。2）川南5个市秋、冬季主要空气污染物是颗粒物PM10和PM2.5，随着污染程度加深和PM2.5/PM10增大，细颗粒物PM2.5浓度对空气环境质量的影响比粗颗粒物更大。3）自贡市是5个市中污染最严重的城市，出现污染天数最多，内江市污染程度最低，泸州、乐山和宜宾次之，这与城市的地理位置和污染物排放量有关。

参考文献

[1]燕湖.大气污染对生态环境的影响及对策研究[J].现代农业，2012（3）：95-96.

[2]SOTIRIS VARDOULAKIS，NORBERT GONZALEZ-FLESCA．Spatial variability of air pollution in the vicinity "of a permanent

monitoring station in central Paris[J].Atmospheric environment.2011（39）：

2725-2736．

[3]P D HIEN，M HANGARTNER.Concentrations of NO2，SO2 and benzene across Hanoi measured bypassive diffusion samplers[J].

Atmospheric environment，2014（88）：66-73.

[4]VANIA P CAMPOS，LÍCIA P S CRUZ.Development and validation

of passive samplers foratmospheric monitoring of SO2，NO2，O3 and H2S in tropical areas[J].Microchemical journal，2010，96（1）：132-138.

[5]高愈霄，霍晓芹，闫慧，等.京津冀区域大气重污染过程特征初步分析[J].中国环境监测，2016，32（6）：26-35.

[6]王自发，李杰，王哲，等.2013年1月我国中东部强霾污染的数值模拟和防控对策[J].中国科学：地球科学，2014，44（1）：3-14.

[7]张人禾，李强，张若楠.2013年1月中国东部持续性强雾霾天气产生的气象条件分析[J].中国科学：地球科学，2014，44（1）：27-36.

[8]许艺馨，何林宴，冯磊.贵港市污染天气分型及污染气象特征研究[J].中低纬山地气象，2020，44（6）：9-17.

通信作者：魏翔（1993—），男，云南昆明市人，理学硕士，工程师，研究方向为气候变化研究和航空气象服务。

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