周姣姣，吳泉源

(山東師范大學(xué)，山東 濟(jì)南 250300)

受傳統(tǒng)習(xí)俗影響，春節(jié)期間人民生產(chǎn)、生活、出行時(shí)間及方式會(huì)發(fā)生較大轉(zhuǎn)變，大氣污染物的濃度變化特征與日常相比具有明顯的獨(dú)特性。且煙花爆竹燃放量的急劇增加致使部分大氣污染物濃度在短時(shí)間內(nèi)迅速攀升，造成嚴(yán)重環(huán)境污染問(wèn)題，形成“春節(jié)效應(yīng)”。這些大氣污染物不僅會(huì)通過(guò)沉降對(duì)土壤系統(tǒng)產(chǎn)生危害[1]，且會(huì)通過(guò)影響太陽(yáng)輻射的吸收和散射改變局部氣候[2]，還會(huì)降低大氣能見(jiàn)程度影響人類出行[3]，甚至可以通過(guò)影響人類生存環(huán)境對(duì)人體健康產(chǎn)生直接或長(zhǎng)期的危害[4]。

針對(duì)大氣污染物的“春節(jié)效應(yīng)”特征，現(xiàn)已有不少學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的探討研究。韓余等[5]利用觀測(cè)資料以及TAMP模式模擬分析氣象條件對(duì)重慶主城區(qū)2006年春節(jié)期間中度污染日的影響。陳欣等[6]采用虛擬變量回歸，隨機(jī)效應(yīng)模型等計(jì)量方法對(duì)31個(gè)城市的多項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，認(rèn)為中國(guó)城市空氣質(zhì)量存在較強(qiáng)的春節(jié)效應(yīng)。耿紅等[7]采用小波分析等多種方法對(duì)太原市污染物的變化特點(diǎn)及來(lái)源進(jìn)行了分析，且就PM2.5濃度對(duì)其9個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行聚類。周兆媛等[8]利用相關(guān)分析法和主成分回歸分析法分析了氣象因素與污染物濃度變化的相關(guān)性。還有不少學(xué)者采用不同方法就春節(jié)期間煙花爆竹的燃放對(duì)空氣污染物濃度變化的影響進(jìn)行了專門的分析[9-10]。綜合來(lái)看，有關(guān)城市空氣污染變化規(guī)律及原因方面已形成一定的理論基礎(chǔ)，但缺乏對(duì)在空間上的聚集規(guī)律的定量研究。本文以濟(jì)南市天橋區(qū)、歷下區(qū)、市中區(qū)、槐蔭區(qū)、歷城區(qū)作為研究對(duì)象，從時(shí)空2方面對(duì)大氣污染物在春節(jié)期間的變化特點(diǎn)進(jìn)行分析，明確其“春節(jié)效應(yīng)”的特征表現(xiàn)，展現(xiàn)城市污染狀況，為空氣污染防治提供科學(xué)參考，以便有針對(duì)性地解決大氣污染問(wèn)題。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

本文研究所采用的PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3的6項(xiàng)污染物濃度數(shù)據(jù)為濟(jì)南市國(guó)控監(jiān)測(cè)站點(diǎn)(圖1)公布的2014年至2016年數(shù)據(jù)(機(jī)床二廠及魯能監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)欠缺)。主要通過(guò)山東省城市環(huán)境空氣質(zhì)量信息發(fā)布系統(tǒng)(http://58.56.98.78：8801/airdeploy.web/AirQuality/MapMain. aspx)及中國(guó)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)(http://www.aqistudy.cn/)整理匯總獲得?？紤]到這3年的法定休假時(shí)間，剔除可能作為工作日的正月初七，最終選取2014年1月30日至2月5日、2015年2月18日至2月24日以及2016年2月7日至2月13日作為春節(jié)期間觀測(cè)時(shí)段，用于分析污染物時(shí)間變化特征。采用反距離權(quán)重法對(duì)各項(xiàng)污染物濃度進(jìn)行插值，直觀呈現(xiàn)其空間分布差別。并通過(guò)聚類分析對(duì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行分類，明確哪些監(jiān)測(cè)站點(diǎn)具有相似的污染狀況。實(shí)現(xiàn)從時(shí)空2方面分析探究春節(jié)期間大氣污染物變化的共同特征。

圖1 濟(jì)南市國(guó)控監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的位置分布

2 結(jié)果與分析

2.1 時(shí)間特征

2.1.1 逐日變化特征

由于大氣污染物濃度高低受到污染源和氣象因素2方面的影響，不同年份之間其具體特征表現(xiàn)不同。除夕、初一與初五受習(xí)俗影響，煙花爆竹燃放量較大，部分污染物濃度顯著上升，污染狀況較為嚴(yán)重。但受具體氣象因素及相關(guān)政策影響，污染物濃度變化規(guī)律并不一致。具體來(lái)看，2014年春節(jié)前期由于冷暖氣團(tuán)交替，污染物擴(kuò)散條件差，且煙花爆竹大量集中燃放，造成嚴(yán)重污染，致使除夕至初二期間主要污染物濃度處較高水平。初三后受強(qiáng)冷空氣影響，風(fēng)速加大，大氣污染物濃度降低。與2014年相比，2015年及2016年春節(jié)期間煙花爆竹燃放量有所減少(圖2)。這主要是由于日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染形勢(shì)使得人民的環(huán)保意識(shí)不斷提高，相關(guān)部門為解決空氣污染問(wèn)題積極開展大氣污染防治行動(dòng)，發(fā)表環(huán)保倡議，在一定程度上控制了污染源排放量，緩解大氣污染問(wèn)題。2015年春節(jié)期間由于污染物擴(kuò)散條件較好，污染程度有所降低，空氣質(zhì)量得到改善。且初二至初三因受降水影響，空氣中的污染物沉降至地面，與春節(jié)期間其他時(shí)期相比污染物濃度處較低水平。初六因受霧霾天氣影響，污染物呈現(xiàn)一定聚集。2016年春節(jié)期間由于煙花爆竹燃放量明顯減少，氣象擴(kuò)散條件良好，除夕至初三間污染物濃度始終保持較低水平。但初四和初五間受空氣相對(duì)濕度加大、風(fēng)速減小等不利因素影響，污染物濃度升高。初六的降水及大風(fēng)天氣為污染物沉降擴(kuò)散提供良好條件，空氣質(zhì)量得以回升。綜合3年數(shù)據(jù)，PM2.5與PM10的春節(jié)期間污染物濃度逐日變化特征大體相似，除夕至初一呈上升趨勢(shì)，初一至初六呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。SO2具有波浪式起伏特征，初一及初五到達(dá)平均濃度高峰。NO2在初一至初五期間變化幅度不大，在初五至初六下降明顯，降至低谷。CO在初一至初三期間平均濃度值較高，初五時(shí)略微上升。O3濃度變化特征較為獨(dú)特，波動(dòng)性大，除夕至初二及初四至初五期間呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，初三至初四及初五至初六濃度略有回升。

2.1.2 逐時(shí)變化特征

由于除夕夜晚至次日初一期間是煙花爆竹燃放的高峰時(shí)期，污染物變化特征明顯，故選取2016年2月7日17:00至8日10:00作為研究時(shí)段進(jìn)行探討分析。由圖3可以看出，PM2.5與PM10的濃度變化規(guī)律較為一致，且與煙花爆竹燃放時(shí)間具有同步性。在17：00起二者濃度逐漸上升，在2月7日20：00—22：00達(dá)到第一個(gè)高峰，隨后污染物濃度有所下降。在2月8日凌晨2:00處污染物濃度急劇攀升，到達(dá)第二個(gè)峰值，此時(shí)達(dá)到監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)最高濃度。污染物濃度在2:00至3:00迅速下降，PM2.5與PM10濃度分別降低66 μg·m-3和114 μg·m-3，隨后呈緩慢上升趨勢(shì)。SO2濃度變化與PM相比有所不同，其第一個(gè)污染物濃度高峰值出現(xiàn)在2月7日19:00，在2月8日凌晨1：00處達(dá)到第二高峰，污染物濃度達(dá)到最高。其峰值出現(xiàn)時(shí)間與PM2.5、PM10相比早1 h，煙花爆竹燃放對(duì)其影響的即時(shí)性較強(qiáng)。NO2濃度在2月7日19：00處達(dá)到第一個(gè)峰值，污染物濃度高達(dá)34 μg·m-3。隨后污染物濃度逐漸下降，2月8日凌晨2:00—3:00達(dá)到最低值。之后污染物的濃度逐漸回升，在2月8日8:00處達(dá)到第二高峰。峰值出現(xiàn)時(shí)間與煙花爆竹燃放時(shí)段并不一致，與其相關(guān)性較小。CO與SO2濃度變化曲線的多個(gè)拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間較為一致，但峰值時(shí)間略有不同，分別為2月7日19：00、24：00及2月8日7:00。且污染物濃度變化曲線起伏較小，可看出煙花爆竹燃放對(duì)其濃度變化影響較小。除O3外其他污染物濃度因受市民出行及爆竹燃放的雙重影響，皆于2月8日晨間出現(xiàn)了新的高峰值。與其他污染物相比，O3具有獨(dú)特的變化特征，其低峰出現(xiàn)時(shí)間與SO2高峰時(shí)期較為一致，整體呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)。各項(xiàng)污染物濃度逐時(shí)變化特征的不一性在一定程度上是由污染來(lái)源存在差別及化學(xué)反應(yīng)速度不同所導(dǎo)致的[11]。

圖2 2014—2016年春節(jié)期間各污染物濃度的逐日變化

2.2 空間特征

2.2.1 空間分布差異性

圖3 2016年除夕至正月初一各污染物濃度的逐時(shí)變化

為凸顯重點(diǎn)污染區(qū)域，直觀呈現(xiàn)污染物濃度空間分布特征，以便針對(duì)性控制大氣污染來(lái)源，運(yùn)用反距離權(quán)重法對(duì)春節(jié)期間各項(xiàng)污染物平均污染濃度進(jìn)行空間插值。由圖4可知，PM2.5、PM10及SO2的空間分布規(guī)律較為一致，有2處明顯污染集聚核心，污染物濃度自西北向東南逐漸降低，西部污染程度高于東部。具體到各分區(qū)來(lái)說(shuō)，天橋區(qū)、槐蔭區(qū)、市中區(qū)西北部、歷城區(qū)西北部污染嚴(yán)重，且歷下區(qū)西部PM10及SO2濃度水平較高。其中，農(nóng)科所、寶勝電纜2處監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的3項(xiàng)污染物均處高濃度水平。NO2濃度的空間分布具有一定對(duì)稱性，中北部污染程度較重，南部較輕。且歷城區(qū)西北部及歷下區(qū)西北部污染物濃度較高。CO濃度呈現(xiàn)南北高，中部低的分布特點(diǎn)。其中，歷城區(qū)西北部及東南部污染物濃度水平較高。在各監(jiān)測(cè)站中泉城廣場(chǎng)及寶勝電纜監(jiān)測(cè)站的NO2、CO濃度值均處較高水平。O3的空間分布特征表現(xiàn)為西北及東南處污染物濃度較高，東北及西南處濃度較低。天橋區(qū)及歷下區(qū)南部、歷城區(qū)東南部污染物較為集聚。且各監(jiān)測(cè)站中，化工廠監(jiān)測(cè)站O3濃度最高，而5項(xiàng)污染物濃度均處較高水平的寶勝電纜監(jiān)測(cè)站O3濃度較低。

2.2.2 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)對(duì)比聚類分析

為明確各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)間的污染特征共性，選取2016年除夕當(dāng)日各項(xiàng)污染物平均濃度作為依據(jù)，對(duì)各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比聚類分析。綜合考慮6項(xiàng)污染物日均濃度，16個(gè)監(jiān)測(cè)站總體可分為4大類。省種子倉(cāng)庫(kù)、市監(jiān)測(cè)站、泉城廣場(chǎng)、藍(lán)翔技校、長(zhǎng)清大學(xué)城、長(zhǎng)清區(qū)黨委校歸為一類。前3個(gè)監(jiān)測(cè)地理位置相近且NO2濃度差值較小。后2個(gè)監(jiān)測(cè)站空間距離較小，且PM2.5及SO2污染物濃度值較為相近。藍(lán)翔技校雖與同類內(nèi)的其他監(jiān)測(cè)站距離較遠(yuǎn)，但彼此間多項(xiàng)污染物濃度量差距較小。開發(fā)區(qū)、山東建筑大學(xué)、高新學(xué)校、商職學(xué)院、山東經(jīng)濟(jì)學(xué)院、科干所、跑馬嶺歸為一類。前5個(gè)監(jiān)測(cè)站的PM2.5濃度值相近，前4個(gè)監(jiān)測(cè)站的PM10濃度與科干所相似，且科干所與山東建筑大學(xué)、商職學(xué)院的CO濃度相仿。跑馬嶺作為清潔對(duì)照點(diǎn)，其PM2.5、PM10及NO2濃度值較低，但其O3濃度較高，與山東建筑大學(xué)、高新學(xué)校、商職學(xué)院、山東經(jīng)濟(jì)學(xué)院的監(jiān)測(cè)數(shù)值類似。農(nóng)科所與寶勝電纜歸為一類，2處監(jiān)測(cè)站污染較為嚴(yán)重，在PM10、SO2及O3濃度值方面較為一致，污染狀況較嚴(yán)峻。化工廠單獨(dú)為一類，其PM10濃度值較高，O3濃度遠(yuǎn)高于其他站點(diǎn)，污染嚴(yán)重，具有明顯的區(qū)域特性。

圖4 2016年春節(jié)期間各污染物濃度的空間分布

3 小結(jié)

因受具體氣象因素及相關(guān)政策影響，不同年份、不同污染物在春節(jié)期間污染物濃度逐日變化特征表現(xiàn)不同。依據(jù)2014—2016年數(shù)據(jù)，可以看出：PM2.5與PM10在除夕至初一間呈上升趨勢(shì)，初一至初六間呈下降趨勢(shì)。SO2具有波浪式起伏特征，初一及初五濃度水平高。NO2在初一至初五期間變化幅度不大，初六降至低谷。CO在初一至初三濃度值較高，初五時(shí)略微上升。O3濃度變化波動(dòng)性較大。

PM2.5與PM10逐時(shí)變化特征較為一致，且與煙花爆竹燃放時(shí)間具有同步性。SO2濃度峰值出現(xiàn)時(shí)間比PM2.5、PM10早，煙花爆竹燃放對(duì)其影響的即時(shí)性較強(qiáng)。NO2峰值出現(xiàn)時(shí)間與煙花爆竹燃放時(shí)段并不一致，與其相關(guān)性較小。CO與SO2多個(gè)拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間較為一致，但峰值時(shí)間略有不同且曲線起伏程度較小，煙花爆竹燃放對(duì)其濃度變化影響較小。O3變化特征獨(dú)特，其低峰時(shí)間與SO2高峰時(shí)期較為一致，整體呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)。

PM2.5、PM10及SO2的空間分布規(guī)律較為一致，有2處污染集聚核心，自西北向東南污染物濃度逐漸降低，西部污染高于東部。NO2濃度的空間分布具有一定對(duì)稱性，中北部污染程度較重。CO濃度呈現(xiàn)南北高，中部低的分布特點(diǎn)。O3的空間分布特征表現(xiàn)為西北及東南處污染物濃度較高，東北及西南處濃度較低。

綜合考慮6項(xiàng)污染物日均濃度，16個(gè)監(jiān)測(cè)站總體可分為省種子倉(cāng)庫(kù)、市監(jiān)測(cè)站、泉城廣場(chǎng)、藍(lán)翔技校、長(zhǎng)清大學(xué)城、長(zhǎng)清區(qū)黨委校；開發(fā)區(qū)、山東建筑大學(xué)、高新學(xué)校、商職學(xué)院、山東經(jīng)濟(jì)學(xué)院、科干所、跑馬嶺；農(nóng)科所與寶勝電纜；化工廠4大類。

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