桑博，孫明虎

（1.山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南250101；2.山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250100；3.濟(jì)南市環(huán)境保護(hù)局，山東濟(jì)南250033）

2008—2016年濟(jì)南市SO2污染特征及變化趨勢(shì)分析

桑博1，2，孫明虎3*

（1.山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南250101；2.山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南250100；3.濟(jì)南市環(huán)境保護(hù)局，山東濟(jì)南250033）

根據(jù)2008—2016年濟(jì)南市大氣中SO2的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了SO2濃度的時(shí)間變化特征。結(jié)果表明，相比于2008年，2016年濟(jì)南市SO2年均濃度累計(jì)降低了約58%，年均濃度變化率為-0.008mg/（m3·a）；濟(jì)南市SO2的月均濃度呈U型分布，在季節(jié)分布上呈現(xiàn)出冬季＞春季＞秋季＞夏季的特征，采暖季SO2濃度明顯高于非采暖季。

二氧化硫；年際變化；季節(jié)變化；月變化；濟(jì)南市

SO2作為一種重要的大氣污染物，在城市區(qū)域的大氣環(huán)境中，其主要來(lái)自于化石燃料的燃燒過(guò)程[1]。SO2對(duì)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面SO2通過(guò)氣粒轉(zhuǎn)化形成粒徑小于2.5μm的硫酸鹽氣溶膠，為霧霾的主要成分之一，降低大氣能見(jiàn)度，直接影響人體健康；另一方面SO2及其氧化產(chǎn)物可以與水分子結(jié)合，通過(guò)濕沉降的形式降落至地面，這種酸性較強(qiáng)的濕沉降會(huì)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)造成破壞?；赟O2的環(huán)境危害，包括我國(guó)和美國(guó)在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家，均將SO2作為判斷城市環(huán)境空氣質(zhì)量狀況的指標(biāo)之一[2-3]。為了抑制SO2排放量的不斷增長(zhǎng)，1998年國(guó)務(wù)院正式批復(fù)了關(guān)于酸雨控制區(qū)和SO2污染控制區(qū)的劃分方案。位于“兩控區(qū)”內(nèi)的城市自此開(kāi)始將環(huán)保工作的重點(diǎn)確定為SO2污染防治，督促工業(yè)污染源及燃煤設(shè)施增設(shè)脫硫裝置。

作為最早納入到常規(guī)監(jiān)測(cè)的大氣污染物，國(guó)內(nèi)針對(duì)SO2的濃度現(xiàn)狀、影響因素等作了大量的研究。這些研究開(kāi)展于20世紀(jì)末至21世紀(jì)初，主要集中于北京、廣州、深圳等城市，較多的關(guān)注于具體污染事件或某一時(shí)段的SO2變化規(guī)律，關(guān)于長(zhǎng)時(shí)間序列的SO2變化特征研究較少[4-6]。濟(jì)南作為東部沿海省份的省會(huì)城市，工業(yè)結(jié)構(gòu)偏重，燃煤消耗巨大。本研究利用2008—2016年SO2逐時(shí)濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了濟(jì)南市SO2時(shí)間變化特征，評(píng)價(jià)了該地區(qū)SO2污染的最新現(xiàn)狀，以期為環(huán)境保護(hù)管理部門(mén)提供準(zhǔn)確、全面的SO2污染信息。

1 研究方法

1.1 樣品采集

觀測(cè)始于2008年1月1日，到2016年12月31日結(jié)束。觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置于濟(jì)南市中心城區(qū)的核心位置——泉城廣場(chǎng)，其附近主要為居民區(qū)及商業(yè)區(qū)，周?chē)? km范圍內(nèi)無(wú)工業(yè)企業(yè)。該區(qū)域的大氣污染主要來(lái)自于機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染。該站點(diǎn)的觀測(cè)儀器設(shè)置在恒隆廣場(chǎng)樓頂（36.66°N，117.02°E），海拔高度約36 m，采樣口距地面約20 m。樣品的采集與輸送分析的儀器設(shè)備均采用聚四氟乙烯材料，盡量避免儀器本身對(duì)樣品造成污染。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

本次觀測(cè)使用的SO2分析儀器為美國(guó)熱電環(huán)境儀器公司（TEI）生產(chǎn)的43 S型紫外脈沖熒光法SO2分析儀。分析儀最低檢出限為0.6×10-9（體積分?jǐn)?shù)），零漂小于1×10-9（24 h），跨漂±0.5%/7 d。儀器采樣響應(yīng)時(shí)間為120 s。觀測(cè)為24 h自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，利用觀測(cè)儀器自帶的軟件每分鐘記錄一次濃度數(shù)據(jù)。濃度數(shù)據(jù)的處理以及作圖分別用Microsoft Excel和Origin兩個(gè)軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 SO2年際變化

圖1是2008—2016年濟(jì)南市環(huán)境空氣中SO2濃度、SO2排放量、燃煤消耗量的逐年變化曲線圖。從圖1可以看出，自2008年以來(lái)，濟(jì)南市環(huán)境空氣中SO2年均濃度呈下降趨勢(shì)。SO2年均濃度最高值出現(xiàn)在2008年，達(dá)到了0.116 mg/m3。2015年，濟(jì)南市SO2年均濃度首次低于《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）二級(jí)濃度限值（0.060mg/m3）。2016年濟(jì)南市環(huán)境空氣中SO2濃度達(dá)到這一時(shí)期的最低值0.049 mg/m3。令人意外的是，2013年SO2濃度出現(xiàn)了大幅度反彈，年均濃度高達(dá)0.115 mg/m3，該年份SO2排放量及燃煤消耗量在這幾年中處于中等水平。由此可見(jiàn)，SO2排放總量的增加并不是SO2濃度上升的主要原因，SO2濃度上升的原因?qū)⒃谙挛闹性敿?xì)討論。

圖1 2008—2016年SO2年際變化曲線

2008—2016年間，SO2年均濃度相比上年度下降的比例分別為1.72%、6.14%、15.89%、4.44%、-34.88%、32.76%、23.08%和18.33%。整個(gè)這一時(shí)期，SO2濃度下降趨勢(shì)波動(dòng)較大，甚至出現(xiàn)反彈?？傊?016年與2008年年均濃度相比累積降低了57.76%，SO2年均濃度的變化率為-0.008 mg/（m3·a）。

利用SPSS計(jì)算空氣中SO2濃度、SO2排放量和燃煤消耗量三者之間的相關(guān)性關(guān)系，發(fā)現(xiàn)濟(jì)南市SO2濃度與全市SO2排放量有著明顯的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.852；但SO2濃度與燃煤量之間關(guān)系不明顯，相關(guān)性僅為-0.233。濟(jì)南市SO2排放量的削減并不是單純對(duì)燃煤量進(jìn)行控制取得的?！笆濉逼陂g，對(duì)于SO2排放大戶的工業(yè)污染源，環(huán)保部門(mén)督促其全部建設(shè)了脫硫、脫硝、除塵等污染治理設(shè)施；對(duì)于工業(yè)及民用的燃煤品質(zhì)，濟(jì)南市也提出了明確的要求。通過(guò)提高煤炭質(zhì)量、升級(jí)改造SO2治理設(shè)施等措施，濟(jì)南市在煤炭消耗小幅下降的背景下，實(shí)現(xiàn)了SO2排放量的大幅削減，從而使得大氣中SO2濃度下降。

2.2 SO2季節(jié)變化

圖2是2008—2016年濟(jì)南市SO2濃度的季節(jié)分布。由圖2可見(jiàn)，SO2濃度的季節(jié)變化極為明顯。2008—2016年這9年間，春季（3月～5月）、夏季（6月～8月）、秋季（9月～11月）、冬季（12月、1月、2月）的平均濃度分別為0.074 mg/m3、0.046 mg/m3、0.071 mg/m3、0.172 mg/m3，整體呈現(xiàn)出冬季濃度最高、春秋季次之、夏季濃度最低的季節(jié)變化特征，這與北京、太原等北方城市的SO2季節(jié)變化規(guī)律基本一致[7-8]。SO2濃度的季節(jié)性變化與燃煤消耗以及大氣邊界層高度、風(fēng)向風(fēng)速等氣象因素的季節(jié)變化有著重要關(guān)聯(lián)[9]。出現(xiàn)SO2濃度高值的冬季，季節(jié)性的供暖企業(yè)開(kāi)始生產(chǎn)，大量耗煤，貢獻(xiàn)了大量的SO2，另外，城郊及鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民為取暖大量燃燒散煤，也貢獻(xiàn)了大量的SO2；除了排放源強(qiáng)較高外，這一季節(jié)的氣象條件也不利于污染物擴(kuò)散，濟(jì)南冬季大部分時(shí)間處于高壓控制下的靜穩(wěn)天氣，使得水平和垂直方向均不利于污染物擴(kuò)散，從而導(dǎo)致近地面大氣中SO2濃度偏高。對(duì)于出現(xiàn)SO2濃度低值的夏季而言，相當(dāng)一部分工業(yè)污染源在這一時(shí)期對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行檢修，這使得夏季成了SO2排放量最低的時(shí)期；另外，夏季大氣邊界層高度相對(duì)較高，大氣對(duì)流活動(dòng)強(qiáng)烈，使得近地面大氣中SO2在垂直方向上被充分稀釋?zhuān)桓邚?qiáng)度的太陽(yáng)輻射更有利于光化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，SO2快速與大氣中OH自由基以及臭氧等物質(zhì)反應(yīng)，氧化成硫酸鹽；夏季頻繁的降雨也對(duì)SO2起到了有效的清除作用。以上這幾個(gè)方面的因素共同作用，使得夏季地面SO2濃度相對(duì)較低。而對(duì)于春秋兩季來(lái)說(shuō)，其污染物排放源強(qiáng)和大氣擴(kuò)散條件介于夏季和冬季之間，這使得SO2濃度也處于中間水平。

從圖2可見(jiàn)，2013年的SO2濃度明顯高于其前一年，比其之后的幾年也要高出不少。究其原因，主要是2013年冬季SO2濃度顯著升高。2013年冬季SO2濃度偏高，主要是由于當(dāng)年1月份的SO2濃度月均值高達(dá)0.302 mg/m3，這是2008—2016年這9年間月均濃度的最高值。出現(xiàn)這樣的高值是因?yàn)?013年1月包括濟(jì)南在內(nèi)的我國(guó)中東部地區(qū)發(fā)生持續(xù)性的大范圍霧霾天氣，此次霧霾天氣導(dǎo)致濟(jì)南市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)（AQI）持續(xù)爆表，受不利氣象因素影響，SO2、PM2.5等大氣污染物在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持在較高的濃度水平[10]。1月份較高的SO2濃度水平，拉高了2013年全年的SO2年均濃度值，使得該年度濟(jì)南SO2濃度大幅度反彈，空氣質(zhì)量出現(xiàn)惡化趨勢(shì)。

圖2 2008—2016年SO2濃度的季節(jié)分布

從2008—2016年采暖季和非采暖季SO2濃度分布上看（圖3），2008—2016年采暖季SO2濃度為0.063～0.192mg/m3，非采暖季SO2濃度為0.040～0.068 mg/m3。采暖季濃度明顯高于非采暖季濃度，前者為后者的2.54倍，這說(shuō)明采暖季遍布全市的采暖鍋爐及居民使用的散煤排放出大量的SO2氣體，使得SO2濃度處于較高水平[11]。對(duì)于不同的年份而言，采暖季與非采暖季的SO2濃度比值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，由最高時(shí)的3.25倍已經(jīng)降至2016年的1.57倍（最低值）。2013年以來(lái)，濟(jì)南市為落實(shí)《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，積極采取一系列措施，截止到2016年，已關(guān)停濟(jì)鋼燒結(jié)廠等重污染企業(yè)，對(duì)建成區(qū)100余臺(tái)燃煤鍋爐進(jìn)行了淘汰或清潔能源改造，集中供熱企業(yè)全部實(shí)現(xiàn)超低排放，這使得采暖季空氣質(zhì)量有了明顯好轉(zhuǎn)，采暖季SO2濃度的大幅下降就是表現(xiàn)之一。

圖3 2008—2016年采暖季和非采暖季SO2濃度分布

2.3 SO2月變化

圖4是2008—2016年濟(jì)南市SO2濃度的逐月變化圖。從圖中可知，SO2月均濃度曲線整體呈U型分布，1～3月濃度迅速下降，4～10月濃度變化不明顯，逐月基本保持穩(wěn)定，11～12月濃度迅速上升。一年的各月份中，1月、2月、12月的濃度均值最高，9年均值分別為0.195 mg/m3、0.172 mg/m3、0.149 mg/m3，這主要是受冬季采暖用煤的影響[12]，大量的燃煤消耗加之較強(qiáng)的逆溫，綜合作用導(dǎo)致SO2在近地面大氣中累積，形成較高濃度；6月、7月、8月的SO2濃度值最低，9年濃度均值分別為0.052 mg/m3、0.033 mg/m3、0.053 mg/m3，這主要是由于這些月份SO2排放源強(qiáng)較低，另外大氣垂直活動(dòng)活躍，降水事件較多。

2016年12月份的SO2濃度相比于往年同期嚴(yán)重偏低，月濃度僅為0.053 mg/m3；即使與同一年度的其他月份相比，12月份的月均濃度也只屬于中間水平。從排放源強(qiáng)和與污染物擴(kuò)散有關(guān)的氣象因素兩方面分析出現(xiàn)這種情況的原因。對(duì)于排放量而言，2016年12月出現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間的嚴(yán)重霧霾天氣，天數(shù)高達(dá)15 d左右，為此濟(jì)南市采取了一系列污染減排措施，包括SO2在內(nèi)的大氣污染物排放量均出現(xiàn)不同程度下降。氣象因素方面，受長(zhǎng)時(shí)間靜穩(wěn)天氣影響，12月份的平均風(fēng)速僅為1.44 m/s，但該月相對(duì)濕度高達(dá)59%。如圖5所示，較高的濕度有利于在顆粒物表面形成水膜，吸附氣相中的SO2，并不斷地轉(zhuǎn)為硫酸鹽[13]。綜上所述，雖然2016年12月份風(fēng)速極低，并出現(xiàn)了15 d左右的霧霾天氣，但通過(guò)采取一系列污染減排措施，加之較高的空氣濕度有利于氣相的SO2向硫酸鹽轉(zhuǎn)化，這使得空氣中SO2的濃度出現(xiàn)低值。

圖4 2008—2016年SO2月變化曲線

圖5 2016年SO2濃度與空氣相對(duì)濕度關(guān)系曲線

3 結(jié)論

（1）2016年與2008年相比，濟(jì)南市SO2年均濃度出現(xiàn)大幅的下降，下降幅度高達(dá)50%以上，這主要?dú)w功于SO2排放量的大幅削減。

（2）濟(jì)南市SO2濃度的季節(jié)變化和逐月變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，冬季較高，夏季較低，春季處于中間水平。這主要是各季節(jié)和各月份間SO2排放源的排放強(qiáng)度和污染物擴(kuò)散的氣象條件存在差異導(dǎo)致的。

（3）2008—2016年SO2年均濃度下降趨勢(shì)明顯，但偶有反彈，采暖季SO2濃度在全年中的比重呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明濟(jì)南市采取的環(huán)保措施發(fā)揮了成效。

[1]任陣海，萬(wàn)本太，蘇福慶，等.當(dāng)前我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量的幾個(gè)特征[J].環(huán)境科學(xué)研究，2004，17（1）：1-6.

[2]環(huán)境保護(hù)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2012.

[3]USENVIRONMENTALPROTECTION AGENCY.Air quality criteria for carbon Monoxide[R].Rep.EPA/600/8290/045F，Office of Health and EnvironmentalAssessment，EnvironmentalCriteriaand Assessment Office.Research Triangle Park，NC，Available from：NTIS，Springfield，VA，1991，PB932167492.

[4]孟曉艷，王普才，王庚辰，等.北京及其周邊地區(qū)冬季SO2的變化與輸送特征[J].氣候與環(huán)境研究，2009，14（3）：309-317.

[5]謝媚，陳粵蓀.近年廣州市二氧化硫污染特征及污染來(lái)源分析[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2003，26（2）：18-20.

[6]王淑蘭，柴發(fā)合，夏廣鋒，等.深圳市SO2污染來(lái)源及其特征分析[J].環(huán)境科學(xué)研究，2009，22（10）：1128-1133.

[7]程念亮，張大偉，李云婷，等.2000—2014年北京市SO2時(shí)空分布及一次污染過(guò)程分析[J].環(huán)境科學(xué)，2015，36（11）：3961-3971.

[8]溫麗仙，李素清.1996—2005年太原市SO2污染特征及變化趨勢(shì)分析[J].四川環(huán)境，2007，26（2）：54-57.

[9]李菲，譚浩波，鄧雪嬌，等.2006—2010年珠三角地區(qū)SO2特征分析[J].環(huán)境科學(xué)，2015，36（5）：1530-1537.

[10]張小曳，孫俊英，王亞強(qiáng)，等.我國(guó)霧-霾成因及其治理的思考[J].科學(xué)通報(bào)，2013，58（13）：1178-1187.

[11]吉東生，王躍思，孫楊，等.北京大氣中SO2濃度變化特征[J].氣候與環(huán)境研究，2009，14（1）：69-76.

[12]樸曄，劉夢(mèng)思.長(zhǎng)春市復(fù)合型大氣污染成因及對(duì)策[J].中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，26（6）：86-90.

[13]張秋彭，李三民，路洪榮，等.大氣顆粒物與SO2的相互作用[J].環(huán)境科學(xué)，1985，6（4）：88-91.

（編輯：程俊）

Analysis on The Characteristics and Changing Trends of SO2Pollution from 2008 to 2016 in Jinan

Sang Bo1,2,Sun Minghu3*
（1.Shandong Province Metallurgical Engineering Co.,Ltd,Jinan Shandong 250101,China；2.School of Environmental Science and Engineering,Shandong University,Jinan Shandong 250100,China；3.Jinan Environmental Protection Bureau,Jinan Shandong 250033,China）

Characteristics of the temporal distribution of SO2during 2008 to 2016 were analyzed at an urban site in Jinan.The results showed thatmass concentration of SO2in 2016 decreased about 58%compared to that in 2008,with an annual gradient of-0.008 mg/(m3·a).Monthly average concentration of SO2displayed an U shape curve and the seasonal concentration order of SO2was as follows:winter＞spring＞autumn＞summer.Significantly higher concentrations of SO2were observed in heating season than that in non-heating season.

sulfur dioxide,annual variation,seasonal variation,monthly variation,Jinan

X512

A

1008-813X（2017）02-0075-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.02.20

2017-03-01

桑博（1987-），男，山東聊城人，畢業(yè)于山東大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)，碩士研究生，工程師，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)、環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。

*通訊作者：孫明虎（1986-），男，山東濟(jì)南人，畢業(yè)于山東大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)，博士，主要從事環(huán)境行政管理工作。