王悦静 刘衍庆 曲红拥

（山东省烟台生态环境监测中心，山东 烟台 264000）

0 引言

“十三五”期间烟台市经济由快速发展转变为高质量发展，社会发展过程中能源种类、产业结构的调整势必对环境空气质量产生影响。本研究通过选取烟台市环境监控中心28 个监测点位6 类污染物日均值，对“十三五”期间烟台市环境空气质量进行现状分析，并结合产业结构、能源结构、污染防治政策等与变化趋势的规律，进行相关性分析，从而找出烟台市环境空气污染物变化特征，探索烟台市环境空气质量不断改善的原因。

1 区域概况

烟台市位于山东半岛中部，位于东经119°34′—121°57′，北纬36°16′—38°23′；东连威海，西接潍坊，西南与青岛毗邻，北濒渤海、黄海，与辽东半岛对峙；总面积为13 864.5 km2；海岸线曲长702.5 km，海岛曲长206.62 km；属暖温带大陆性季风气候，雨水适中、空气湿润、气候温和。

2 数据来源与评价方法

2.1 数据来源

本研究共收集烟台市28个监测点位，2016年1月1 日至2020 年12 月31 日期间以二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、细颗粒物（PM2.5）、可吸入颗粒物（PM10）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）等污染物日均质量浓度数据作为基础数据源（数据来源于烟台市环境监控中心），对烟台市6 种污染物年均值、烟台市区6种污染物月均值进行分析。

2.2 评价标准

本次采用《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）［1］二级标准进行空气质量评价，各污染物标准限值如表1所示。

表1 环境空气污染物质量浓度限值

2.3 评价方法

2.3.1 环境空气质量综合指数法。环境空气质量综合指数是用来描述城市环境空气质量综合状况的无量纲指标。指数数值越大，则表示该区域环境空气质量越差、环境空气污染程度越高。环境空气质量单项目指数越大，则表明该污染物对环境空气污染程度影响越大、对环境空气质量指数贡献越高。计算方式如式（1）、式（2）和式（3）。

式（1）中：Ii为污染物i的单项指数；Ci为污染物i的年均质量浓度，µg/m3、mg/m3；Si为污染物i的评价标准，µg/m3、mg/m3。

式（2）中：Imax为环境空气质量最大指数；Isum为环境空气质量综合指数。

式（3）中：Fi为污染物i的负荷系数。

2.3.2 环境空气质量指数法。环境空气质量指数（AQI）是定量描述环境空气质量状况的无量纲指数，AQI 分级依据《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）［1］中的二级标准。

根据环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）［2］的要求计算出单项污染物环境空气质量分指数（IAQI）后，取其最高值对区域进行日均污染水平评价。

2.3.3 趋势检验法。本研究采用spearman 秩相关系数法对烟台市环境空气中各污染物年际变化进行趋势分析，计算方式如式（4）、式（5）。

式中：di为变量Xi和变量Yi的差值；Xi为周期1到周期N按质量浓度值从小到大排列的序号；Yi为按时间顺序排列的序号。

将计算得出的秩相关系数（rs）绝对值与秩相关系数统计表中的临界值（Wp）进行比较（当n=5 时，Wp=0.900）。

当秩相关系数（rs）绝对值＞临界值（Wp），表明变化趋势有统计意义（单侧检验的显著性水平为0.05）。秩相关系数（rs）为负，表明评价时段内指标变化呈下降或好转趋势；秩相关系数（rs）为正，表明评价时段内指标变化呈上升或加重趋势。

当秩相关系数（rs）绝对值≤临界值（Wp），则表明变化趋势没有显著意义，说明在评价时段内空气质量变化稳定或平稳。

3 “十三五”期间烟台市环境空气质量概况

3.1 污染物质量浓度年度变化规律

“十三五”期间烟台市大气污染物中，SO2质量浓度范围为8~21 µg/m3，五年平均质量浓度为12 µg/m3，优于二级标准限值。NO2质量浓度范围为25~33µg/m3，五年平均质量浓度为28µg/m3，优于二级标准限值。PM10质量浓度范围为58~76µg/m3，五年平均质量浓度为67µg/m3，2016年、2019年年均质量浓度高于二级标准限值，2017年、2018年、2020年年均质量浓度低于二级标准限值。PM2.5质量浓度范围为27~39 µg/m3，五年平均质量浓度为33µg/m3，2016 年、2017 年、2019 年年均质量浓度高于二级标准限值，2018 年、2020 年年均质量浓度均低于二级标准限值。O3质量浓度范围为142~164 µg/m3，五年平均日最大8 小时滑动平均质量浓度的第90 百分位数质量浓度为152µg/m3，2017年日最大8小时滑动平均质量浓度的第90 百分位数质量浓度高于二级标准限值，2016 年、2018—2020 年四年日最大8 小时滑动平均质量浓度的第90 百分位数质量浓度低于二级标准限值。CO 质量浓度范围为1.1~1.5 mg/m3，五年平均24小时平均第95百分位数质量浓度为1.3 mg/m3，优于二级标准限值。“十三五”期间烟台市大气污染物质量浓度统计情况如表2所示。

表2 污染物质量浓度统计表

根据spearman 秩相关系数法检验结果（Wp=0.900），“十三五”期间烟台市主要大气污染物中，SO2秩相关系数为-1.000，年均质量浓度呈显著下降趋势，2020 年较2016 年减少13 µg/m3；NO2秩相关系数为-1.050，年均浓度呈显著下降趋势，2020年较2016 年减少8µg/m3；PM10、PM2.5秩相关系数分别为-0.700、-0.550，年均质量浓度呈不显著下降趋势，年均质量浓度在2016—2018 年缓慢下降，2019年出现反弹（其中PM2.5年均质量浓度反弹较为明显），至2020 年又继续下降，2020 年较2016 年分别减少18 µg/m3、9 µg/m3；CO 秩相关系数为-0.550，CO-24 h 平均第95 百分位数质量浓度呈不显著下降趋势，2020 年较2016 年减少0.2 mg/m3；O3秩相关系数为-0.300，O3-8 h 第90 百分位数质量浓度呈现不显著上升趋势，2020年较2016年增加10µg/m3。

3.2 环境空气质量指数评价

“十三五”期间烟台市空气质量优良率呈现先降低后升高再降低的变化趋势，优良天数比例为80.3%~89.6%，环境空气质量总体较好。不达标天数在2019 年达到峰值（轻度污染及以上天数高达72 d），2019 年烟台市台风数量减少、降雨量下降，受不利气象条件及区域性污染源传输影响，导致污染天数增加。烟台市环境空气质量指数统计结果如表3、图1所示。

表3 空气质量日报统计结果

图1 2016—2020年环境空气质量指数统计图

3.3 环境空气质量综合指数评价

“十三五”期间烟台市环境空气质量综合指数为3.66~4.59。NO2、PM10、PM2.5污染负荷系数波动下降，分别降至17.0%、22.6%、23.4%；O3污染负荷逐年上升，从19.3%（2016 年）升至25.9%（2020 年）；SO2、CO 污染负荷范围分别为3.6%~7.6%、7.1%~8.6%，单项负荷系数均未超过10%，对环境空气质量影响相对较小。PM10、PM2.5、O3均作为首要污染物出现，烟台市环境空气污染逐步由煤烟型污染向复合型污染转变。“十三五”期间烟台市环境空气质量综合指数如表4所示。

表4 环境空气质量综合指数

3.4 污染物季节性特征分析

污染物季节性特征分析采用2019—2020 年烟台市区范围内月均值作为基础数据，“十三五”期间各大气污染物质量浓度月变化情况如图2所示。

图2 2019—2020年烟台市区主要污染物质量浓度月变化趋势图

2019—2020 年烟台市区SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO月均质量浓度变化趋势基本一致，整体呈现“U”型，即先下降后上升，其中1—8 月逐渐降低，8—12月逐渐升高。O3质量浓度呈“∧”型，先上升后下降。SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3月均质量浓度范围分别为6~13 µg/m3、17~37µg/m3、34~87µg/m3、16~54µg/m3、58~135µg/m3，CO月均质量浓度范围为0.4~0.9 mg/m3。

烟台市区环境空气污染物季节变化较为显著，其中O3夏季质量浓度明显高于冬季质量浓度；而SO2、PM10、PM2.5、NO2、CO 则呈现相反的趋势，即夏季质量浓度明显低于冬季质量浓度。

冬季温度较低，大气对流运动相对较弱，大气层较稳定，易出现辐射逆温现象，不利于污染物扩散迁移［3］。目前，烟台市仍以煤炭为主要能源，冬季供暖造成SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO排放量增加，进一步加剧环境空气污染程度［4］。夏季温度较高，混合层高度增加，垂直对流良好，有利于污染物扩散；相对湿度升高，降水量增加，可对空气中污染物起到清除作用，从而减缓SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO 污染程度。NO2、PM10在2 月出现较大幅度减少，其主要是由于春节期间工矿企业等放假排放的污染物减少。

机动车尾气、燃料燃烧、石油化工行业等排放的NOx、VOCs 在强辐射、高温等一定气象条件下发生化学反应生成O3［5］，生成O3的主要决定因素是前体物质量浓度和光照强度［6-7］。烟台市区O3月均质量浓度呈现先升后降的变化趋势，夏季质量浓度明显高于冬季，O3全年总体变化趋势与光照强度变化趋势基本吻合。

4 环境空气质量影响因素分析

4.1 污染防治政策与污染控制措施

为积极相应国家《“十三五”生态环境保护规划》（国发〔2016〕65 号）的相关要求，烟台市制定了《烟台市“十三五”生态环境保护规划》《烟台市煤炭清洁利用管理办法》《烟台市打赢蓝天保卫战三年行动计划实施细则》《烟台市“十三五”节能减排综合工作方案》《关于调整烟台市高污染燃料禁燃区的通知》《关于划定市区高排放非道路移动机械禁用区域的通告》《烟台市推进国三及以下排放标准营运柴油货车淘汰工作实施方案》等一系列大气污染防治政策性文件，实施了燃煤锅炉淘汰计划、燃煤机组（锅炉）超低排放改造计划、燃气锅炉低氮改造计划、挥发性有机物治理计划、工业炉窑提标改造计划、工业无组织排放扬尘污染防控、强化机动车环保监管、实行重点行业企业错峰生产等一系列污染控制性措施。上述政策、措施的落实，有效减少了大气污染物的产生量及排放量，促使“十三五”期间烟台市环境空气质量持续好转。

4.2 产业结构因素

“十三五”期间烟台市第一产业占比基本持平，总体在7.1%~7.3%，始终维持在10%以下；第二产业占比逐年降低，从44.8%降至40.8%；第三产业占比逐年上升，从47.9%增至51.9%［8］，如图3所示。

图3 产业结构占比变化趋势

“十三五”期间烟台市重工业产值占比超过60%［8］，工业重化程度仍然较高，且有逐年提升趋势，轻重工业产值变化趋势如图4 所示。持续重化工业的过程虽然带动了烟台市经济快速增长，但也在一定程度上加大了SO2、颗粒物等污染因子的污染程度及其治理难度。

图4 轻重工业产值变化趋势

为此，烟台市进一步调整第二产业内部结构，逐渐降低重工业比重，重点扶持低能耗、低污染的产业发展，持续提升服务业比重。“十三五”期间烟台市共关停化工企业111 家，清理取缔“散、乱、污”企业6 086 家，积极推进退城入园和重污染企业搬迁。大力推进产业结构优化升级，对高污染、高能耗、低效益的行业和企业进行全面清理，加快传统产业转型升级，使烟台市工业逐步实现功能集成、用地集约、产业集聚的发展模式，不断推动环境质量持续改善。

4.3 能源结构因素

主要能源消耗量占总能耗比重变化趋势见图5。“十三五”期间烟台市能源消费结构中煤炭仍占据较大比例，总体占比在96.71%~97.52%；焦炭所占比例逐年下降，从2016 年的1.37%降低到2019 年的0.57%；清洁燃气主要包括天然气及液化石油气，所占比例显著上升，从2016 年的1.40%增加到2020 年的2.12%；燃料油所占比例基本持平，始终维持在0.01%左右［8］。

图5 主要能源消耗量占总能耗比重变化趋势

“十三五”期间烟台市能源结构中煤炭比例居高不下，但环境空气质量却持续改善，主要得益于烟台市构建了清洁低碳、安全高效的现代能源体系，积极推进煤炭清洁利用，大力发展风力、沼气、余热等新能源发电，为调整产业结构、促进能源结构优化升级以及实现生态文明要求下的可持续发展做出贡献。

5 结语

“十三五”期间烟台市能源结构仍以煤炭为主，重工业比重居高不下，机动车保有量持续增加，污染逐步由煤烟型污染向复合型污染转变。为此烟台市通过调整产业结构、能源结构、改变经济增长方式，制定并落实切实有效的环保政策及污染控制措施，有效降低单位产值能源消耗量、污染物排放量，对减轻结构型污染起到积极作用，从而推动“十三五”期间烟台市环境空气质量不断改善。