管 睿，鄭凱莉，黃 毅*

（ 1．吉首大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院 吉首 416000；2．吉首大學(xué) 旅游與管理工程學(xué)院 張家界 427000 ）

0．引言

大氣污染已經(jīng)嚴(yán)重危害到人類(lèi)的生存和發(fā)展。我國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市空氣質(zhì)量日益惡化，黃淮海地區(qū)、長(zhǎng)江三角洲、四川盆地和珠江三角洲形成了中國(guó)四大灰霾區(qū)[1]。城市空氣污染問(wèn)題不僅影響大氣能見(jiàn)度[2-3]，對(duì)人類(lèi)的身體健康也有極大危害[4-5]，同時(shí)還會(huì)影響旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展[6]。

隨著旅游產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，其帶來(lái)的負(fù)面環(huán)境影響也逐漸被人們重視。人類(lèi)旅游活動(dòng)的影響與空氣質(zhì)量是一種交互式關(guān)系[7]，二者存在高度的相關(guān)性。一方面，空氣質(zhì)量的好壞會(huì)影響人們旅行目的地選擇[8]，如果某景區(qū)或城市空氣質(zhì)量惡化，相應(yīng)的旅游接待量的增長(zhǎng)會(huì)有所減緩[9]；另一方面，旅游休閑活動(dòng)又會(huì)給大氣環(huán)境帶來(lái)種種影響，影響空氣質(zhì)量[10-12]。人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致污染物濃度呈現(xiàn)出一定的周期性變化，比如“周末效應(yīng)”[13]。而重要節(jié)假日期間的旅游休假活動(dòng)，也會(huì)改變?nèi)藗兌唐趦?nèi)生產(chǎn)、生活和出行方式，尤其是對(duì)旅游城市的影響更為顯著，其對(duì)空氣質(zhì)量的影響稱(chēng)為“假日效應(yīng)”。旅游者外出旅游是為了享受優(yōu)美的環(huán)境，徹底放松心情。越來(lái)越多的實(shí)踐證明，生態(tài)環(huán)境的破壞使得曾經(jīng)著名的旅游勝地吸引力不斷下降，而那些自然環(huán)境保持良好，生態(tài)破壞較小的旅游地越來(lái)越受到游客的青睞。了解城市空氣污染物的時(shí)間變化規(guī)律，特別是生態(tài)旅游城市，是科學(xué)有效地制訂相關(guān)防治保護(hù)措施的前提，可有效地支持相關(guān)部門(mén)采取分時(shí)段的污染物排放控制措施，是確保城市可持續(xù)發(fā)展的重中之重。目前，關(guān)于污染物時(shí)間變化規(guī)律的研究多集中在大城市[14-17]。而對(duì)于一些小城市，尤其是生態(tài)旅游城市的空氣污染物隨時(shí)間變化規(guī)律的研究較少[18-20]。

張家界作為生態(tài)旅游重點(diǎn)城市，伴隨旅游業(yè)的快速發(fā)展，與之相應(yīng)的環(huán)境，尤其是城市空氣質(zhì)量問(wèn)題是其將要面對(duì)的主要問(wèn)題。由于人們生活水平和消費(fèi)觀念的改變，周末和節(jié)假日，大量游客短時(shí)涌入到張家界旅行觀光，在較小的空間上集聚，不僅造成當(dāng)?shù)亟煌〒矶?，增加?dāng)?shù)厝藗兊纳鐣?huì)生產(chǎn)活動(dòng)，還給當(dāng)?shù)丨h(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響，不利于旅游業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，針對(duì)張家界市節(jié)假日旅游人數(shù)短暫增多，本文擬通過(guò)分析張家界市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)污染數(shù)據(jù)，對(duì)污染物在工作日、周末、節(jié)假日的濃度變化特征進(jìn)行對(duì)比分析，研究人類(lèi)的生產(chǎn)生活方式及生活規(guī)律對(duì)污染物濃度和空氣質(zhì)量的影響，為旅游城市大氣環(huán)境保護(hù)與防治提供參考。

1．?dāng)?shù)據(jù)來(lái)源與處理

1．1．?dāng)?shù)據(jù)來(lái)源

為了研究張家界市大氣環(huán)境污染物濃度變化規(guī)律存在什么樣的特征，是否存在“周末效應(yīng)”，“假日效應(yīng)”等現(xiàn)象。選取張家界市主要大氣污染物CO、SO2、NO2、O3、PM10和 PM2.5的小時(shí)數(shù)據(jù)（2016年1月1日～12月31日），每種污染物數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8784個(gè)。污染物濃度數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)，空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)采用2016年在全國(guó)全面實(shí)施的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）。對(duì)于部分缺失數(shù)據(jù)，采用前后同時(shí)刻污染物濃度的加權(quán)平均值。

1．2．?dāng)?shù)據(jù)處理

主要采用對(duì)比分析的方法，利用雙休日制度將污染物濃度劃分為工作日（周一到周五）和周末（周六和周日）兩類(lèi)，對(duì)2016年張家界市的CO、SO2、NO2、O3、PM10和PM2.5濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分析了張家界市工作日和周末污染物濃度的日變化特征。另外，國(guó)慶假期最長(zhǎng)經(jīng)過(guò)與周末進(jìn)行調(diào)休，會(huì)有長(zhǎng)達(dá)7天的假期。因此，本研究選取國(guó)慶長(zhǎng)假的PM10、PM2.5和CO為研究對(duì)象，將時(shí)間段2016年9月24～30日作為假日前，10月1～7日作為假日期間，10月8～14日作為假期后，進(jìn)行對(duì)比分析。。

2．結(jié)果與分析

2．1．周末效應(yīng)

經(jīng)整理和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制后，CO、SO2、NO2、O3、PM10和PM2.5在工作日和周末的平均濃度日變化特征如圖1所示。CO、NO2、PM10和PM2.5的日變化曲線呈現(xiàn)雙峰型結(jié)構(gòu)，周末濃度明顯低于工作日濃度的周末效應(yīng)；而SO2和O3的日變化曲線表現(xiàn)為單峰型，周末濃度略高于工作日的周末效應(yīng)。

圖1中PM10與PM2.5濃度曲線波動(dòng)基本一致，表現(xiàn)出先上升，后下降再上升再下降的雙峰特征。峰值分別出現(xiàn)在11:00和22:00，工作日濃度較高于周末濃度，PM10在18:00后，最高濃度達(dá)到92.71 ug/m3。同時(shí)周末濃度要略高于工作日濃度，這可能與近兩年張家界市大力發(fā)展基礎(chǔ)建設(shè)（武陵山大道修建、高鐵建設(shè)、棚改項(xiàng)目等），周末相關(guān)建設(shè)活動(dòng)產(chǎn)生的揚(yáng)塵增多有關(guān)。工作日由于每天早上8、9點(diǎn)是上班交通高峰期，同時(shí)由于太陽(yáng)輻射的增強(qiáng)，大氣中復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)加劇，PM10與PM2.5濃度開(kāi)始上升，到11點(diǎn)左右達(dá)到一個(gè)峰值（PM10：84.95 ug/m3，PM2.5：51.68 ug/m3）均超過(guò)國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。下午時(shí)段PM10與PM2.5濃度一般較低，因?yàn)榇藭r(shí)是一天中擴(kuò)散條件最好的時(shí)段。晚上，PM10與PM2.5濃度較容易出現(xiàn)高值，主要是由于晚高峰時(shí)期尾氣排放導(dǎo)致污染物濃度持續(xù)上升；另外，隨著太陽(yáng)輻射減弱，邊界層高度降低，容易形成逆溫層，且風(fēng)速在23:00左右時(shí)達(dá)到最低[21]，使得顆粒物在近地面持續(xù)累積，導(dǎo)致空氣中的PM10與PM2.5污染物不能有效地?cái)U(kuò)散，PM10與PM2.5濃度在23:00左右出現(xiàn)最大值。之后由于人類(lèi)活動(dòng)及污染源減少，PM10與PM2.5濃度開(kāi)始下降。

SO2是痕量氣體的一種，是全球硫循環(huán)中的重要成分，大氣中SO2濃度過(guò)高，其本身或通過(guò)化學(xué)反應(yīng)參與生成的細(xì)粒子會(huì)危害人類(lèi)身體健康。SO2濃度變化呈單峰型（圖2），工作日濃度（7.28 ug/m3）與周末濃度（7.24 ug/m3）相差不大。凌晨大氣邊界層高度低且穩(wěn)定，大氣中前一天積的SO2濃度較高，在日出后，隨著大氣邊界層的不斷發(fā)展，SO2氣體隨著大氣整體逐漸向垂直方向混合擴(kuò)散，原本近地面的SO2本應(yīng)該得到稀釋?zhuān)捎谠绺叻鍣C(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的增加，使得近地面SO2濃度迅速上升，在9:00左右達(dá)到最大值（工作日：9.29 ug/m3，非工作日：9.25 ug/m3）。隨后由于太陽(yáng)輻射的增強(qiáng)，大氣中的各種反應(yīng)物增多，同時(shí)伴隨劇烈復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，不斷消耗SO2，導(dǎo)致地面濃度迅速下降。在18點(diǎn)左右，由于晚高峰的到來(lái)，SO2有很小幅度的上升。而20:00以后，由于污染源的減少，SO2持續(xù)減少，但由于光化學(xué)反應(yīng)弱化，其減少速度很慢。

圖1 2016年張家界市PM10與PM2.5濃度日變化曲線Fig.1 Diurnal variation of PM2.5and PM10in Zhangjiajie,2016

從全年的變化來(lái)看，CO的日變化濃度呈雙峰型（圖2），分別在9:00出現(xiàn)第1個(gè)峰值（工作日：1.82 mg/m3，非工作日：1.66 mg/m3），在 20:00～22:00之間出現(xiàn)第2個(gè)峰值（工作日：1.71 mg/m3，非工作日：1.72 mg/m3）。第1個(gè)峰值明顯高于第2個(gè)峰值，這主要是因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放對(duì)CO濃度的影響很大，早上上班高峰期交通流量大于晚上交通流量。NO2濃度的日變化與CO變化曲線類(lèi)似，2016年張家界市NO2濃度呈雙峰型分布。早上的峰值與交通早高峰（7:00～10:00）比較一致，夜間的峰值可能與夜間NO和O3反應(yīng)生成NO2、而NO2光解反應(yīng)停滯而逐漸積累有關(guān)[22]。另外，周末NO2濃度比工作日偏低（工作日：21.64 ug/m3，非工作日：20.89 ug/m3），表現(xiàn)出“反周末效應(yīng)”，有關(guān)文獻(xiàn)表明這與人類(lèi)在周末和工作日的作息安排差異密切相關(guān)，同時(shí)特殊的氣象條件也可能有一定的影響[23]。

O3的“周末效應(yīng)”是Cleveland等[24]在1974年提出的，即周末的一些O3前體物（VOCs、CO和NOx）濃度水平降低，但O3濃度值卻明顯增加的現(xiàn)象。O3日分布呈現(xiàn)倒U型的特征（圖2），且白天濃度明顯高于夜間，周末濃度略高于工作日濃度，二者具有共同的波動(dòng)特征。張家界作為世界性自然景觀旅游城市，植被覆蓋率高達(dá)90%以上，而植物在生理過(guò)程中向大氣釋放大量活性很強(qiáng)的揮發(fā)性有機(jī)物（VOC），其在一定光照條件下可通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)生成O3。在夜間由于受較弱光照、較低溫度影響VOC生產(chǎn)O3的化學(xué)反應(yīng)較弱，同時(shí)NO不斷地消耗O3，導(dǎo)致00:00～8:00期間O3濃度較低。9:00開(kāi)始受太陽(yáng)輻射影響，O3濃度緩慢上升，午后太陽(yáng)輻射最強(qiáng)，大量植物釋放的VOC在二次光化學(xué)反應(yīng)作用下于16:00左右生成O3，濃度達(dá)到最大值，之后隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的減弱又繼續(xù)降低。另外，張家界市2016年周末峰值O3濃度比工作日峰值濃度高2.29%，峰值出現(xiàn)時(shí)刻無(wú)明顯差異。可見(jiàn)，張家界市存在O3“周末效應(yīng)”。

圖2 2016年張家界市SO2、CO、NO2與O3濃度日變化曲線Fig.2 Diurnal variation of SO2,CO,NO2and O3in Zhangjiajie,2016

2．2．假日效應(yīng)

2016年國(guó)慶期間，張家界市各景點(diǎn)共接待游客213.92萬(wàn)人次，同比增長(zhǎng)32.75%，旅游收入14.07億元。全市接待游客景點(diǎn)增多，周邊景區(qū)接待量陡增，導(dǎo)致交通運(yùn)力增加，公路客運(yùn)游客高達(dá)61.9萬(wàn)人，且以自駕游為主，國(guó)慶期間共接待自駕游14.44萬(wàn)臺(tái)次。國(guó)慶期間旅游活動(dòng)顯著增加，大氣污染物質(zhì)量變化如圖3所示。國(guó)慶期間PM10與PM2.5日均濃度趨勢(shì)基本一致，且濃度波動(dòng)幅度較大。10月1日PM10、PM2.5濃度有所上升，PM10在10月6日達(dá)到最大值，為101.08 ug/m3，PM2.5在10月7日達(dá)到最大值64.51 ug/m3，接近國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)慶假期期間，PM10和PM2.5在10月2日和10月7日出現(xiàn)濃度“雙峰”。CO日均濃度呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，峰值在10月7日出現(xiàn)，為1.28 mg/m3，這主要與節(jié)假日期間車(chē)流量大，機(jī)動(dòng)車(chē)行駛速度慢，怠速時(shí)間增長(zhǎng)，尾氣排放量增加有關(guān)。

國(guó)慶假期前，受特殊氣象條件影響，PM10（84.51 ug/m3）、PM2.5（57.84 ug/m3）和 CO（1.67 mg/m3）的濃度值均高于國(guó)慶期間，分別高出國(guó)慶期間平均濃度7.93%、20.79%和50.91%。國(guó)慶假期期間，由于旅游活動(dòng)增加，污染物排放增多，PM10、PM2.5和CO均有上升趨勢(shì)。國(guó)慶后，CO濃度繼續(xù)上升，但PM10與PM2.5有所下降，分別下降了9.96%、7.76%。

國(guó)慶假期期間，PM10濃度進(jìn)行日變化如圖4所示。凌晨到4:00，PM10濃度不斷下降。從4:00開(kāi)始，PM10濃度逐漸增加。尤其在9:00～10:00期間，市區(qū)到景區(qū)的交通運(yùn)力不足，導(dǎo)致大量機(jī)動(dòng)車(chē)輛怠速前進(jìn)，PM10通過(guò)尾氣排放到空氣中，在正午達(dá)到最大值（101.57 ug/m3）。隨后由于大量游客進(jìn)入景區(qū)，車(chē)流量相對(duì)減少，尾氣排放減少，及植被對(duì)顆粒物的吸附作用，從而使得PM10濃度迅速下降，直到17:00達(dá)到最低值（60.71 ug/m3）。隨后PM10濃度再上升，而在20:00-23:00間，PM10濃度繼續(xù)保持上升的趨勢(shì)。這可能與旅游結(jié)束后，游客返城，運(yùn)行機(jī)動(dòng)車(chē)輛增多，及夜間餐飲、娛樂(lè)休閑活動(dòng)增加有關(guān)。

圖3 2016年張家界市國(guó)慶假期前后PM10、PM2.5與CO濃度曲線Fig.3 The variation of PM10,PM2.5,and CO before and after national holiday in Zhangjiajie,2016

3．結(jié)論

（1）2016年張家界市大氣6種主要污染物（CO、SO2、NO2、O3、PM10和 PM2.5）均表現(xiàn)出明顯的周末效應(yīng)，其中O3周末濃度高于工作日濃度，SO2周末濃度與工作日濃度相差不大，其他污染物工作日濃度均高于周末濃度。

（2）國(guó)慶假期期間，PM10、PM2.5和 CO的日均濃度均有增長(zhǎng)趨勢(shì)。

（3）假期期間PM10濃度日變化曲線呈雙峰型，第一個(gè)峰值出現(xiàn)在正午左右，之后PM10濃度不斷下降。隨后PM10濃度再次上升。

圖4 2016年張家界市國(guó)慶期間PM10濃度日變化曲線Fig.4 Diurnal variation of PM10during the national holiday in Zhangjiajie,2016

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