李孝林，杨 茜

(1. 上海科泽智慧环境科技有限公司，上海 200000；2.自贡市环境监测中心站，四川 自贡 643000)

引 言

环境空气质量与人的身体健康及生活息息相关，近年来，随着经济发展和人们生活质量的提高，空气环境污染问题日益严重。空气污染不仅危害人类健康、影响人类生活，对动植物的生长同样存在危害。有研究表明空气污染可能会影响老年人的认知水平[1]，降低能见度[2]，O3和其他气体污染物会对农作物产生不利影响[3]。空气污染带来的不利影响是有目共睹的，空气质量越来越受到社会大众的广泛关注，针对城市空气环境质量问题开展的研究和探讨也越来越多[4～8]。

自贡地处四川盆地南部，属亚热带温润季风气候区，气候多云雾，风速小，全年多静风，冬季尤为突出；地势西北高东南低，属低山丘陵河谷地貌类型。主城区位于自贡市中部，海拔较低。特殊地形地貌及气象条件导致污染物易累积、难扩散，加之人为活动影响，从而使空气中污染物浓度长期居高不下。本文重点对2016～2018年自贡市城区环境空气污染物日数据和环境空气质量指数进行了分析，旨在为自贡市制定环境空气防治措施提供借鉴，为城区空气质量预报提供参考依据。

1 研究方法

1.1 数据来源

选自国家空气质量联网监测管理平台和四川省空气质量监测网络管理系统自贡市城区环境空气6参数(PM2.5、PM10、O3、NO2、SO2、CO)逐日监测数据与环境空气质量指数(AQI)。

1.2 研究方法

将2016～2018年自贡市空气自动站监测数据进行时间变化分析，评价标准参照《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ 633-2012)、《环境空气质量技术评价规范(试行)》(HJ663-2013)、《环境空气质量标准》(GB3095-2012)。其中，按照《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ 633-2012)规定，空气质量指数分为六级，依次为优(≤50)、良(≤100)、轻度污染(≤150)、中度污染(≤200)、重度污染(≤300)、严重污染(>300)。

2 结果与分析

2.1 空气质量年变化趋势

2016～2018年自贡市城市空气质量状况见表1。由表1可见，SO2和NO2年均浓度值、CO第95百分位数浓度值均达到环境空气质量二级标准，PM10、PM2.5年均浓度值3年均超标，2016年和2017年O3第90百分位数浓度值均达到环境空气质量二级标准，2018年超标。SO2浓度近3年变化较稳定，NO2和CO先升高后下降，但变幅不大，PM10和PM2.5浓度均逐年下降，O3浓度逐年增加。AQI年均值逐年下降，AQI日变化范围分别为29～366、28～325、24～263，超标率分别为39.1%、38.1%、34.1%。本文采用综合指数评价2016～2018年自贡市空气质量，从表1可见综合指数随着年份增加呈先上升再下降的趋势，2018年降至4.96，表明2018自贡市空气质量得到较好的改善。

2018年PM10和PM2.5浓度较2016年分别下降了23.2%和27.4%，虽然颗粒物浓度均有不同程度的降低，但2018年PM10和PM2.5年均浓度仍分别超标8.6%和51.4%。

表1 2016～2018年自贡市城市空气质量监测年均值统计表Tab.1 Statistical table of annual average value of urban air quality monitoring in Zigong City from 2016 to 2018 (μg/m3)

2.2 空气质量时间变化规律

2.2.1 AQI时间变化规律

2016～2018年AQI时间变化特征见图1和表2。由图1可见， 2016～2018年轻度污染各月均有出现(除2016年7月)。2016年中度污染出现在1～3月、5月、8～12月；重度污染出现在1～2月、5月、11～12月；严重污染出现在2月和5月。2017年中度污染出现在1～2月、7月、11～12月，重度污染出现在1～2月、11～12月，严重污染出现在1月。2018中度污染出现在1～8月、11～12月；重度污染出现在1～2月，无严重污染天气。由此可见，2016年中重度及以上污染天气主要出现在春季、秋季和冬季，2017年中重度及以上污染天气主要出现在秋冬季节，2018年中重度污染天气主要出现在冬夏季。

由表2可见，自贡市空气质量具有明显的季节变化特征。2016～2017年AQI均表现出冬季>春、秋季>夏季；2018年AQI季节变化特征为冬季>春、夏季>秋季。这与中重度及以上污染天气变化特征一致。

冬季是自贡市空气质量最差的季节，冬季污染最重一方面与气象因素有关。冬季降水少，受静稳天气与雾霾天气较多等不利气象条件协同影响，空气扩散条件差，加之夜晚大气逆温明显，污染物累积不断加剧；另一方面与人为因素有关，人为因素主要是工业企业生成、汽车尾气、道路扬尘、建筑扬尘等。春秋季节降雨较少，扩散条件较稳定，污染物扩散较弱，加上春秋季节秸秆焚烧，颗粒物污染较严重，随着政府采取禁止秸秆焚烧的相关措施，春秋季节空气质量不断得到改善，超标天数逐年减少。夏季气温高，大气层常处于不稳定状态，大气对流强利于颗粒物扩散，降雨较多利于颗粒物沉降，因此夏季颗粒物污染较少，夏季AQI高主要因太阳光照强造成O3污染较重，随着年份增加，自贡市城区夏季空气质量有逐步变差的趋势。

2018年AQI总体上较2016～2017年有所降低，但在污染较重的冬季除了12月有明显改善，1～2月污染缓解情况较弱，自贡市城区颗粒物污染依然严重，其次，自贡市O3污染逐年严重。

图1 2016～2018年AQI月均值分布Fig.1 Distribution of monthly mean value of AQI from 2016 to 2018

表2 2016～2018年AQI季节变化及空气质量等级统计表Tab.2 AQI seasonal change and air quality levels from 2016～2018

2.2.2 污染物浓度时间变化规律

鉴于近3年空气质量月变化趋势基本相似，故仅分析2018年污染物浓度的月变化规律，2018年自贡市各环境空气质量参数月均值变化见图2。从图2可见，SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO(第95百分位数浓度值)变化趋势大体一致，均表现为冬季浓度值高，夏季浓度值低；O3(第90百分位数浓度值)变化规律相反，表现为夏季值高，冬季值低，这主要是因为大气中NOX、挥发性有机物VOCs等气体在气温较高、阳光充足的条件下易产生光化学反应生成O3。

图2 2018年自贡市各空气质量参数月均值变化趋势Fig.2 Trend of monthly mean value of air quality parameters in Zigong City in 2018

2018年自贡市AQI与各环境空气参数之间的相关关系见表3。结果表明，AQI与SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3均有极显著正相关关系，尤其与PM2.5、PM10的相关性极高，达到0.8以上，说明自贡市空气质量受颗粒物的影响最重。其次AQI与NO2和CO的相关性较高，NO2来源比较广泛，电力、锅炉、燃煤、交通等均会产生NO2，CO主要来源于燃料不完全燃烧和工业排放。AQI与SO2和O3相关性在0.42左右，SO2主要来源于工业企业排放以及燃煤，O3浓度主要受前体物影响，前体物主要是NOX、VOCs等。因此控制工业企业、生活中颗粒物、NO2、CO、SO2、VOCs等污染物的排放对于改善自贡市空气质量有重要作用。

表3 AQI与各空气质量因子相关关系Tab.3 Correlation between AQI and various air quality factors

注：**在0.01水平(双侧)上显著相关。

2.3 污染物贡献比例及首要污染物、达标率变化特征

2016～2018年各污染因子对环境空气质量贡献率如表4所示。由表4可知按照污染负荷占比大小排序，排在前3位的因子：2016年为PM2.5、PM10、NO2，2017年和2018年均为PM2.5、PM10、O3。2016～2018年颗粒物(PM10和PM2.5)每年污染负荷贡献率均超过了50%，PM2.5和PM10为主要的污染因子，且占比有逐年下降的趋势，O3占比逐年增大，SO2、NO2、CO污染负荷逐年变化不明显。

表4 2016～2018各污染物污染负荷贡献率统计表Tab.4 Contribution rate of pollution load of each pollutant from 2016 to 2018 (%)

2016～2018年自贡市城区环境空气质量出现首要污染物的天数全年占比分别为82.2%、84.8%、78.6%，首要污染物分布特征如图3。

由图3可知，2016～2017年首要污染物变化特征一致，均表现为PM2.5作为首要污染物在全年各月均有出现，冬季出现频次最高，春秋季次之，夏季最低；2018年PM2.5作为首要污染物除在7月～8月没有出现，其余月份均有出现，且在冬季出现频次最高，春秋季次之，夏季最低。2016～2018年PM2.5作为首要污染物的天数全年占比分别为：73.0%、55.2%、38.7%。2016～2018年夏季O3污染逐年严重，2016～2018年O3作为首要污染物的天数全年占比分别为4.6%、23.8%、34.9%。PM2.5和O3作为首要污染物天数占比规律与污染物负荷变化趋势一致。PM10作为首要污染物出现的天数较少，2016～2018年分别出现了20d、21d、21d，差别不大。NO2作为首要污染物仅在2017年的10月和11月各出现一天。自贡市城区环境空气污染以PM2.5污染起着主导作用，夏季O3污染逐年严重。

图3 2016～2018年首要污染物分布特征图Fig.3 Distribution characteristics of primary pollutants from 2016 to 2018

为了分析自贡市近几年空气质量达标率情况，统计了2014～2018年自贡市城市空气质量达标率和空气质量情况，见表5。如表5可见，环境空气质量达标率由2014年的62.2%上升到2018年的65.9%。虽然2016～2017年达标率有所下降，但2018年空气质量有明显改善。另外， 2018年重度及以上污染天气减少比较明显，全年共出现7d，较2014年减少了17d，中度污染天数也有所下降，但轻度污染总体上呈上升趋势， 2018年自贡市轻度污染天数增加主要与O3污染加重密切相关。

表5 2014～2018年自贡市城市空气质量达标率和空气质量情况Tab.5 Urban air quality compliance rate and air quality in Zigong City from 2014 to 2018 (d)

2.4 自贡市国控站点及省控站点污染物浓度分布情况

自贡市共5个国控站点：大塘山、青杠林路、檀木林体育馆、春华路站、南湖救助站，其中大塘山站在大安区，青杠林路站在贡井区，檀木林体育馆站和春华路站在自流井区，南湖救助站在沿滩区，大塘山在主城区边界，其余4个国控站均在主城区；4个省控站点，沿滩区发改委、荣县行政中心、富顺县行政中心、大安区环保局站。

2016～2018年自贡市9个站点污染物浓度(3年均值)分布情况见图4。图4反映了空气污染物存在一定的空间差异。从图4可见，9个站点SO2、NO2、CO浓度差别不大，表现出一定的区域污染特征，总体上看颗粒物在主城区浓度略高于其他区县，表现出一定的局地污染特征，城区颗粒物浓度较高与自贡市兴建住宅，建筑工地扬尘、道路运输扬尘、以及开山建房造成的扬尘等有关。此外，主城区O3浓度普遍较其他区县高，O3浓度变化同VOCs排放有很大关系，说明主城区VOCs排放较大。9个站点中位于主城区边界的大塘山站点各项污染物浓度均较高，这与其地理位置关系较大，大塘山邻近农村，近处的农村秸秆焚烧加上远处的邻市综合污染源，以及大塘山偏西南方向工厂园区的污染源排放，都对污染物浓度升高有一定的贡献，特别是对颗粒物。

图4 2016～2018年自贡市9个站点污染物浓度分布情况Fig.4 Concentration distribution of pollutants at nine stations in Zigong City from 2016 to 2018

自贡是一个老工业城市，小型工业企业较多，排放的空气污染物多而复杂；其次，机动车数量不断增加，汽车尾气问题日益突显，受道路交通网络局限性影响，交通堵塞情况时有发生，加重了机动车尾气的污染；自贡存在春季、秋季秸秆焚烧，秸秆焚烧时节颗粒物浓度明显升高。

下一步建议加强自贡市城市扬尘控制力度，特别是建筑工地和道路扬尘的控制；加快产业结构调整，集中处理排放不达标的工业企业，减少污染物的排放，鼓励工业企业引进新的技术和设备，大力推广清洁生产能源；加大对机动车尾气排放污染的防治；排查VOCs污染源，控制VOCs污染；加大环境保护环保宣传力度，进行全民环保教育，加大秸秆焚烧、烟花爆竹禁燃措施力度；应对特殊天气，尤其是冬季，应及时启动相应的应急预案，做好相应的控制措施。

2.5 自贡市空气质量与气象因素相关性分析

气象因素对空气质量的改善影响较大，污染物浓度与风速、降雨量、气温、相对湿度、气压等气象因素关系密切。自贡市共有5个国家空气站点(春华路站、檀木林体育馆站、青杠林站、大塘山站、南湖救助站)，本文选择5个站点中具有代表性的春华路站点作为研究对象讨论污染物与气象因素之间的关系。空气污染物与气象因素之间相关性见表6。

表6 空气质量因子与气象因素相关关系表Tab.6 Correlation between air quality factors and meteorological factors

注：*为在 0.05 水平(双侧)上显著相关；**为在 0.01 水平(双侧)上显著相关。

由表6可见，AQI与湿度、风速均有极显著负相关关系，湿度、风速对空气质量影响较大，湿度增加、在一定范围内增大风速能够改善空气质量。

自贡市春秋两季时间较短，冬夏两季相对较长，冬季由于局地污染源以及不利气象条件的存在，颗粒物污染较严重，夏季气温高，O3污染较为严重，使得自贡市空气污染有明显季节性。通过相关性分析得出，气温与PM10、PM2.5、NO2、CO均有极显著负相关关系，与PM2.5的相关系数最大，为0.411；与O3有极显著正相关关系，且相关系数为0.622，与SO2有显著正相关关系。这与污染物的季节性特征一致，即高温的夏季颗粒物浓度低、O3浓度高，冬季颗粒物浓度高，臭氧浓度相对较低。湿度与PM2.5、PM10、O3、NO2、CO均有极显著负相关关系，与O3的相关系数最大，为0.604。风速与PM2.5、PM10、NO2、CO均有极显著负相关关系，与4种污染物的相关系数均在0.4～0.5之间。气压与PM10、PM2.5、NO2、CO均有极显著正相关关系，相关系数接近0.3；气压与SO2、O3均有极显著负相关关系，与臭氧的相关系数最大，为0.593。降雨量与PM10、PM2.5、CO均有极显著负相关关系，相关系数均大于0.5，且与PM2.5、PM10相关系数分别为0.734、0.759，与NO2有显著负相关关系；降雨量与O3有显著正相关关系。由此可知，气象因素与空气质量之间存在有一定的相关关系，气象因素可对局部地区空气中污染物浓度造成相应的影响。

自贡市污染以颗粒物污染为主，通过相关性分析表明，气温、湿度、风速越大，气压越小，降雨量越多，越有利于颗粒浓度的降低。气温越高，大气稳定度越弱，大气对流活动越强，对颗粒物能够起到很好的稀释扩散作用；湿度大利于颗粒物聚集、沉降，同时湿度大能减少地面扬尘；风对大气污染物扩散有很重要的作用，并决定着污染物输送的方向，能够净化空气中污染物；高气压可造成静稳天气，低气压可造成气象条件不稳定，容易引起刮风下雨，利于颗粒物稀释扩散；降雨能够降低城区尘土飞扬，对颗粒物有明显的去除作用。根据气候特征，自贡市冬季和春秋季节降雨量少，近地面风速较小，气象条件不利于污染物稀释、扩散，因此冬季、春季、秋季为颗粒物污染防治重点时段，尤其是冬季。

2018年自贡市夏季O3污染较为严重，臭氧是一种典型的二次污染物，在强日照、高温、低湿度、低风速等气象条件下，NOX和VOCs等在紫外线照射下生成O3。控制自贡市城市O3污染的关键点在于控制前体物质的产生，特别是VOCs等人为源排放。

通过以上气象因素的相关性分析，在气温高的季节应限制VOCs排放源的排放量；利用气象条件改善空气质量主要依靠增雨实现，即人工增雨，对于颗粒物污染较重时，根据气象条件适时的施以人工降雨能有效地改善空气质量。风速对空气质量改善也很大，每个地区都有一定的盛行风向，利用好盛行风向来改善空气质量也是一个较好的发展方向。

3 结 论

3.1 2018年自贡市空气质量有明显改善，近3年，SO2和NO2年均浓度值、CO第95百分位数浓度值均达到环境空气质量二级标准，PM10、PM2.5均超标，2018年O3第90百分位数浓度值超标。AQI超标率分别为：39.1%、38.1%、34.1%。PM10和PM2.5每年污染负荷贡献率均超过了50%，为主要的污染因子，但占比逐年下降，2018年PM10和PM2.5年均浓度分别超标8.6%和51.4%；O3污染负荷贡献率逐年增大。

3.2 自贡市空气质量具有明显的季节变化特征，整体呈现为冬季最差，夏季较好。在时间尺度上，SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO均表现为冬季浓度值高，夏季浓度值低，O3相反。

3.3 2016～2018年自贡市PM2.5作为首要污染物天数全年占比分别为：73.0%、55.2%、38.7%，夏季O3作为首要污染物天数全年占比分别为4.6%、23.8%、34.9%。自贡市城区空气污染以PM2.5为主，夏季O3污染有逐年加重趋势。

3.4 自贡市9个空气自动站点，SO2、NO2、CO表现出一定的区域污染特征，颗粒物和O3表现出一定的局地污染特征，主城区颗粒物和O3浓度要略高于周边区县。

3.5 自贡市AQI与 PM2.5、PM10的相关性极高，达到0.8以上，颗粒物对AQI影响最大。代表站AQI与湿度、风速均有极显著负相关关系，气温、湿度、风速、降雨量均与PM2.5、PM10有极显著负相关关系，降雨量与PM2.5、PM10相关系数最大，分别为0.734和0.759，其余气象因素与PM2.5、PM10相关系数均小于0.5，气压与PM2.5、PM10有极显著正相关关系。