纪凡华，韩雪蕾，徐 娟，王 丽，宁瑞斌

(聊城市气象局，山东聊城 252000)

自2012年以来，许多地方接连出现了严重的大气污染天气[1]，据国家气候中心资料，持续大规模的灰霾天气涉及到17个省、市、自治区，影响到近6亿人口[2-3]。近年来, 国内学者对大气污染的时空分布及基本气候特征、变化趋势进行了详细分析和探讨[4]。廖志恒等[5]分析了珠三角地区SO2、NO2、O3和PM10浓度的年、月变化及空间分布特征；周辉等[6]分析了陕西省关中霾天气时空分布特征；李胃胜等[7]采用联系数Vague集方法对济南市的城市环境空气质量进行处理，构建城市的环境空气质量评价模型；杜怡心等[8]分析了2016年西安市气象条件对大气污染影响；胡江波等[9]分析了汉中市空气污染特征及气象条件；丁一汇等[10]分析了主要污染事件雾、霾的变化特征。

近几年来，鲁西平原地区污染状况愈来愈重。2013—2017年，聊城站的各月空气质量指数在全国所有城市中排第8～15名，在山东全省空气质量最差，严重影响了人们的生活和健康。但是目前对此地区大气污染和大气污染事件的研究较少，更缺少两者相关性的探索。本文通过对聊城站2009—2017年污染成分特征、污染日数特征和污染事件特征进行统计分析，以期对某些污染型企业工厂的选址、政府部门的大气环境治理决策等提供参考，也可以为进一步研究污染生成的天气学条件及其预报提供科学依据。

1 资料来源

大气污染资料由环保部门提供，包括聊城站2009年1月1日—2017年12月31日主要大气污染物(SO2、NO2、CO、O3、PM10)质量浓度日数据、2012年1月1日—2017年12月31日PM2.5质量浓度日数据，以及同时段的全省年平均质量浓度数据、聊城站日空气质量指数(AQI)。

地面气象观测资料来自聊城市气象局，与大气污染有关的天气现象包括雾、霾、沙尘暴、扬沙、浮尘、尘卷风等，提取 AQI大于100并产生较大影响的天气现象为大气污染事件。

2 研究方法

四季划分采用气候学方法，即春季3—5月，夏季6—8月，秋季9—11月，冬季12月—翌年2月。空气质量等级采用空气质量指数(AQI)划分，分为5级：优(0～50)，良(51～100)，轻度污染(101～150)，中度污染(151～200)，重度污染(201以上)。

统计聊城站不同大气污染物年平均质量浓度和AQI值、逐年首要污染物及其出现日数、逐月各空气质量等级日数，构建聊城市月、季、年大气污染灾害数据集。利用倾向趋势法，分析聊城市的月、季及年污染日数和污染物质量浓度变化特征。利用皮尔逊相关系数法研究污染日数和主要大气污染事件的相关性[11]。

3 结果分析

3.1 大气污染年际变化特征

3.1.1 污染物质量浓度的年际变化 统计聊城

城市主要污染物多年平均质量浓度，并与山东全省平均值对比(表1)，发现主要污染物中：CO质量浓度最高，达2.3 mg/m3，比全省平均偏高28%；PM2.5为101.0 μg/m3，比全省平均偏高32%；PM10为160.3 μg/m3，比全省平均偏高17%。而其他污染物质量浓度比全省平均偏低，其中：O3为55.6 μg/m3，比全省平均偏低27%；SO2为59.9 μg/m3，比全省平均偏低4%；NO2为43.7 μg/m3，比全省平均低0.8%。对比中国环境空气质量标准(GB 3095—2012)中主要污染物的质量浓度限值，聊城大气中CO年平均质量浓度明显低于限值，SO2和O3年平均质量浓度稍低于限值；而NO2、PM10和PM2.5年平均质量浓度高于限值，其中PM2.5偏高189%、PM10偏高129%、NO2偏高9%。可见颗粒物类污染物质量浓度明显偏高，污染比较严重。

表1 聊城2009—2017年污染物质量浓度多年平均 μg/m3

统计聊城2009—2017年主要污染物平均质量浓度年际变化(表2)，并与山东全省各年平均值比较。结果发现：聊城站SO2平均质量浓度总体呈降低趋势，年平均降幅7.97 μg/m3；NO2平均质量浓度呈波动降低趋势，年平均降幅0.79 μg/m3；CO平均质量浓度呈降低趋势，年平均降幅0.35 mg/m3；O3年平均质量浓度呈升高趋势，年平均升幅2.1 μg/m3，但 2009—2016年均较全省平均值偏低，2017年突然偏高9%；PM10年平均质量浓度呈微弱降低趋势，年平均降幅1.88 μg/m3，仅2010年、2011年比全省平均值偏低；PM2.5(只有2012—2017年数据)平均质量浓度呈降低趋势，年平均降幅10.06 μg/m3，但各年平均质量浓度均较全省偏高。

表2 聊城主要污染物平均质量浓度年际变化 μg/m3

注：—表示无数据，下同

综上分析，聊城2009—2017年主要污染物中除O3质量浓度呈小幅升高外，其他污染物质量浓度都呈下降趋势。表明聊城的空气污染治理取得一定成效，但PM2.5对全省的空气污染有正贡献，大气环境污染情况仍不容乐观。2012年后距平偏高年份增多，治理效果减弱，需要加大治理力度。

3.1.2 大气污染日数的年际变化 聊城2009—2017年大气污染日数年际变化呈减少趋势，平均降幅3 d/a，年平均污染日数244 d，中到重度污染日数87 d，污染状况较为严重(图1)。其中2009年污染日数最多达311 d，其次2013年为302 d，2011年最少为171 d。重度污染日数呈增加趋势，平均增幅4 d/a ，2013年最多为111 d，2011年最少为6 d；中度污染日数亦呈增加趋势，平均增幅2 d/a ，2013年、2014年最多为58 d，2011年最少为23 d；轻度污染日数呈减少趋势，平均降幅11 d/a，2009年最多达247 d，2015年最少为126 d。各级污染日数所占比例呈阶段性，2009—2011年轻度污染日数较多，中到重度污染日数占当年污染日数的17%，其中重度污染日数占3.5%；2012年后轻度污染日数比之前明显减少，但中度和重度污染日数较之前明显增加，特别是2013年中到重度污染占56%，其中重度污染占36.7%。总体来看，2009—2017年聊城污染日数呈减少趋势，中到重度污染日数占比有增加趋势，平均每年增加0.03%。重度污染日数占比增加趋势最明显，平均每年增加2.93%。

图1 聊城2009—2017年大气污染日数年际变化

3.1.3 首要污染物出现日数的年际变化 从首要污染物出现日数的年际变化(表3)可看出，2009年和2010年首要污染物主要为PM10和CO，2011年为PM10，2012年主要为PM2.5和PM10，2013年之后为PM2.5。从主要污染物的年际变化来看，2009—2011年CO作为日首要污染物出现的日数迅速减少，其他污染物作为日首要污染物出现的日数明显增加。2012年之后开始观测PM2.5，且PM2.5作为首要污染物出现的日数迅速增加，其他污染物作为首要污染物出现的日数明显减少。表明2011年之前聊城产业结构调整成果较好[12]，但是2012年开始大力推进“工业强市”方针，建设有色金属及金属加工基地，造成能源消耗增加，同时城市规模继续扩大，每年新增12万汽车等，使颗粒物污染有所增加，污染情况不容乐观。

表3 聊城2009—2017年首要污染物出现日数年际变化 d

3.2 大气污染日数月、季节变化特征

由2009—2017年月平均污染日数变化(图2),发现其变化成波浪型，1月、12月最多达27 d，8月最少14 d。1—5月月平均污染日数逐月减少，8—12月逐月增加，6、7月均为21 d，是夏季小高峰。中到重度污染日数也有类似的变化，12月最多达16 d，5、8月最少2 d。1—5月平均中到重度污染日数逐月减少，6月为5 d，是夏季小高峰，7—8月又有所减少，9—12月逐月增加。综上可得，聊城12月为污染最严重月份，1月次之，8月最轻。

图2 聊城2009—2017年大气污染日数月平均分布

从季节来看，冬季平均污染日数75 d、秋季61 d、夏季55 d、春季54 d。中到重度污染日数，冬季最多41 d，秋季27 d，春季13 d，夏季10 d。可见，冬季污染最严重，夏季最轻。

3.3 大气污染事件年际变化特征

由霾日和雾日数年际变化(图3)可看出，9 a内，聊城霾天气发生最频繁，年平均137 d，并呈波动减少变化，降幅4 d/a。2009年最多为175 d，2016年最少为108 d；2009—2011年霾日数逐年减少，2012—2013年有所增加，之后又逐年减少，2017年有所回升。能见度小于3 km的中到重度霾天气呈增加趋势，2012—2017年比2009—2011年明显增加，年平均75 d，是此时段中到重度大气污染日数明显增多的原因之一。年平均雾日数11 d，呈减少趋势，2009、2011年最多为18 d，2014年最少为6 d。浮尘、扬沙天气年平均日数小于1 d，属于小概率事件，沙尘暴、尘卷风天气没有发生。

图3 聊城2009—2017年出现雾和霾的出现日数年际变化

分析霾、雾等逐月出现日数与大气污染日数的相关性，发现逐月雾日数与中到重度污染日数有明显的正相关，相关系数达0.862；雾和霾逐月总日数与污染日数有较明显的正相关，相关系数0.776。说明霾和雾为代表的静稳天气是聊城大气污染严重的主要天气学原因。

4 结论

分析2009—2017年聊城站日污染物质量浓度和日空气质量指数(AQI)，探究聊城市空气质量及相关大气污染事件特征，得出以下结论。

(1)聊城主要污染物中，CO、PM10、PM2.5、NO2多年平均质量浓度高于山东省平均水平，其中NO2、PM10和PM2.5年平均质量浓度高于中国环境空气质量标准限值，颗粒物污染比较严重。

(2)聊城主要污染物年平均质量浓度除PM10呈逐年小幅增加外，其他污染物质量浓度都呈不同幅度下降趋势；污染日数总体有减少趋势，但是中到重度污染日数及占比有增加趋势，重度污染日数占比增加趋势最明显。

(3)2012—2017年首要污染物出现日数，PM2.5迅速增加，其他污染物明显减少。月平均污染日数成波浪型变化，1月和12月最严重；冬季污染最严重，夏季最轻。

(4)霾为聊城最主要的污染天气现象，其次为雾。霾、雾天气出现日数与月污染日数呈明显正相关，表明静稳天气多发是大气污染严重的主要天气学原因。