張 巍,蔣 燕,羅 彬,饒芝菡
(四川省環(huán)境監(jiān)測總站,成都 610091)
隨著工業(yè)化、城市化以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快,大氣污染態(tài)勢嚴(yán)峻,O3和PM2.5為代表的二次污染問題突出。我國目前大氣污染呈現(xiàn)局地和區(qū)域污染相結(jié)合、多種污染物相互耦合的復(fù)合型大氣污染特征[1]?!洞髿馕廴痉乐涡袆佑?jì)劃》實(shí)施以來,四川省重點(diǎn)城市主要污染物濃度均呈明顯下降趨勢,空氣質(zhì)量逐漸轉(zhuǎn)好,但顆粒物和臭氧污染問題仍然突出,污染防治工作任重道遠(yuǎn),加強(qiáng)區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控,建立精準(zhǔn)化的大氣環(huán)境治理體系勢在必行。有研究表明2010年以后,四川省PM2.5污染呈波動降低的趨勢,主要得益于城市環(huán)境管理的加強(qiáng)、工業(yè)污染的整治、機(jī)動車污染的控制等[2]。但2015年四川省O3污染問題開始凸顯,同時顆粒物超標(biāo)狀況仍然嚴(yán)重[3]。本研究采用2013~2017年污染物監(jiān)測數(shù)據(jù),對四川省空氣質(zhì)量變化趨勢進(jìn)行研究,并分析近年來逐漸突出的環(huán)境問題,為更加科學(xué)的進(jìn)行大氣污染治理,實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量持續(xù)改善提供理論基礎(chǔ)。
數(shù)據(jù)主要來源于四川省環(huán)境空氣質(zhì)量公報和國家空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)管理平臺及發(fā)布系統(tǒng)。數(shù)據(jù)包括21個城市,78個國控點(diǎn)位,年均數(shù)據(jù)均由國家提供。2013~2014年僅有SO2、NO2、PM103項(xiàng)污染物濃度數(shù)據(jù),2015年《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)在四川省各個城市全面實(shí)施以后,有SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO 6項(xiàng)污染物濃度及優(yōu)良天數(shù)率的數(shù)據(jù),故SO2、NO2、PM10同比變化以2013年為基準(zhǔn),PM2.5、O3、CO、優(yōu)良天數(shù)率同比變化以2015年為基準(zhǔn)。
數(shù)據(jù)根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)[4]、《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 663-2013)[5]、《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ 633-2012)[6]中規(guī)定的方法進(jìn)行處理。其中,按照《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 663-2013)中表1基本評價項(xiàng)目的年評價方法規(guī)定:SO2、NO2、PM10、PM2.5年評價采用濃度的年平均值,CO年評價采用24小時平均的第95百分位數(shù),O3年評價采用日最大8小時滑動平均值的第90百分位數(shù)。
3.1.1 全省優(yōu)良天數(shù)率變化趨勢
2015~2017年全省優(yōu)良天數(shù)率在80%左右波動上升(如圖1),其中優(yōu)比例在25.6%~28.9%之間,良比例在53.2%~54.3%之間,輕度污染比例在12.9%~16.6%之間,中度污染比例在3.0%~3.6%之間,重度污染比例在1.0%~2.4%之間,嚴(yán)重污染比例維持在0.1%。
圖1 2015~2017年全省不同污染天占比對比圖Fig.1 The proportion of different pollution days in Sichuan province from 2015 to 2017
3.1.2 主要污染物濃度變化趨勢
監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,近 5 年來四川省空氣質(zhì)量呈逐年向好的趨勢。主要污染物濃度逐年遞減,但O3和NO2略有上升(如圖2)。2017年 PM10年均濃度為67.7μg/m3,同比2016年下降7.5%,同比基準(zhǔn)年2013年下降19.9%,稍高于全國338城市的平均下降率;PM2.5年均濃度為42.0μg/m3,同比2016年下降9.5%,同比基準(zhǔn)年2015年下降11.6%,與全國平均下降率持平;SO2年均濃度為13.9μg/m3,同比2016年下降15.8%,同比2013年下降59.4%,遠(yuǎn)高于全國平均下降率,是降幅最大的污染物;NO2年均濃度為31.5μg/m3,同比2016年上升4.3%,同比2013年下降12.3%;O3第90百分位濃度為140.5μg/m3,同比2016年上升6.3%,同比2015年上升7.1%,是升幅最大的污染物,但低于全國平均上升率;CO第95百分位濃度為1.4mg/m3,同比2016年和2015年下降6.7%。
結(jié)果表明,近年來四川省采取的大氣污染防治措施是有效的,主要包括重點(diǎn)行業(yè)脫硫脫硝除塵設(shè)施建設(shè)及改造、淘汰燃煤小鍋爐、淘汰落后產(chǎn)能、管控露天焚燒污染和餐飲油煙污染等。但在顆粒物污染問題逐漸改善的情況下,臭氧污染日益突出,大氣氧化性正在增強(qiáng)。主要原因在于機(jī)動車保有量日益增長,揮發(fā)性有機(jī)物污染防治起步較晚。
圖2 2013~2017年全省主要污染物濃度變化圖Fig.2 The concentration of major pollutants in Sichuan province from 2015 to 2017
3.1.3 21城市主要污染物濃度變化趨勢
對四川省21城市選取主要超標(biāo)污染物進(jìn)行變化趨勢分析(如圖3),結(jié)果表明:PM10年均濃度達(dá)標(biāo)的城市僅9個,濃度較高的是自貢、成都、德陽。濃度最高的城市自貢是濃度最低城市阿壩州的3.8倍。從變化率來說,17個城市同比2013年不同程度下降,降幅在5.8%~47.8%之間,平均降幅為18.4%,降幅最大的城市依次是阿壩、成都、遂寧。說明PM10的控制成效顯著,一次排放顆粒物正在逐年下降。
PM2.5年均濃度達(dá)標(biāo)的城市僅6個,濃度較高的是自貢、宜賓、成都。濃度最高的城市自貢是濃度最低城市阿壩州的5.6倍。從變化率來說,17個城市同比2015年不同程度下降,降幅在1.4%~39.2%之間,平均降幅為10.7%,降幅最大的城市依次是阿壩、眉山、南充。結(jié)果表明PM2.5的控制成效不及PM10,主要原因在于PM2.5的來源更為復(fù)雜,既有一次排放也有二次轉(zhuǎn)化形成。
O3第90百分位濃度超標(biāo)的城市有3個,濃度較高的是成都、德陽、眉山。從變化率來說,11個城市同比2015年不同程度上升,升幅在1.9%~68.7%之間,平均升幅為10.7%,升幅最大的城市依次是雅安、南充、阿壩。說明臭氧污染問題在各個城市日益凸顯。
圖3 四川省21城市污染物濃度及變化率分析Fig.3 The concentration of pollutants and change rate analysis of 21 cities of Sichuan province
2017年四川省空氣質(zhì)量綜合指數(shù)為4.41,與浙江、湖南、甘肅相當(dāng),低于上海、重慶,遠(yuǎn)低于北京、天津。在全國31省排名倒數(shù)第18位,與去年持平。綜合指數(shù)改善率在全國排名正數(shù)第9位,居于上游,改善情況與貴州、河北相當(dāng),好于重慶和上海。
優(yōu)良天數(shù)率較全國平均水平高3.1個百分點(diǎn),與湖南、浙江相當(dāng),在全國31省中排名倒數(shù)第17位,較2016年改善2位次。
PM10濃度與吉林、內(nèi)蒙古相當(dāng),低于重慶、湖南和江西。在全國排名倒數(shù)第19位,與去年持平。同比2016年的改善幅度在全國排名正數(shù)第9位,居于上游。
PM2.5濃度與吉林、寧夏、遼寧相當(dāng),低于重慶、湖南和江西,高于浙江和上海。在全國排名倒數(shù)第16位,較2016年(第14高位)改善2位次。同比2016年的改善幅度在全國排名正數(shù)第12位,居于中上游。
SO2濃度與廣西、新疆相當(dāng),低于湖南和貴州、江蘇等,高于重慶和上海。在全國排名倒數(shù)第20位,較2016年排名改善1位次。同比2016年的改善幅度在全國排名正數(shù)第15位,居于中游。
NO2濃度與遼寧、湖北、寧夏相當(dāng),低于浙江、山東和安徽,高于廣東、湖南。在全國排名倒數(shù)第16位,較2016年(第14高位)排名改善2位次。同比2016年的上升幅度在全國排名第12高位。
O3第90百分位濃度與江西、甘肅相當(dāng),低于廣東、浙江、重慶。在全國排名倒數(shù)第19位,較2016年(第21高位)惡化2位次。同比2016年的上升幅度在全國排名第20高位。
CO第95百分位濃度與重慶、廣西、江西等地相當(dāng)。在全國排名倒數(shù)第22位,較2016年(第20高位)改善2位次。同比2016年的改善幅度在全國排名第22位,居于下游(如下表)。
表 2017年四川省在31省的排名及改善情況Tab. The rankings and improvements of Sichuan province among 31 provinces in 2017
3.3.1 PM2.5濃度及PM2.5/PM10比值情況
2017年全省共有12個城市的PM10濃度、15個城市的PM2.5濃度超標(biāo),分別占比57.1%和71.4%。PM10的超標(biāo)倍數(shù)在0.02~0.27倍之間,PM2.5在0.03~0.89倍之間,細(xì)顆粒物超標(biāo)嚴(yán)重。
PM2.5高濃度中心為川南地區(qū)(55.9μg/m3),高于成都平原(47.7μg/m3)和川東北地區(qū)(37.7μg/m3)。三大區(qū)域差異明顯(1.5∶1.3∶1.0),且較2016年(1.4∶1.1∶1.0)差異增大。
2015~2017年全省PM2.5/PM10比例基本維持在62%左右,其中川南地區(qū)該比例最高(70.1%)、成都平原次之(62.5%)、川東北最低(56.4%),三大區(qū)域差異明顯(1.2∶1.1∶1.0),說明細(xì)顆粒物二次轉(zhuǎn)化問題仍然突出。川南地區(qū)最高的原因主要在于兩個方面:一是區(qū)域排放強(qiáng)度仍然較大,城市管控水平不夠,秸稈禁燒控制力度不夠,造成PM2.5濃度顯著高于其他兩大區(qū)域;二是川南地區(qū)處于盆地西南渦旋的中心地帶,污染物容易積累,不易擴(kuò)散。
3.3.2 NO2/SO2比值情況
全省NO2/SO2由2013年的1.05上升至2017年的2.27,升高1.2倍。三大區(qū)域均保持逐年上升的趨勢,其中成都平原地區(qū)該比值最高,由2013年的1.36上升至2017年的3.14,升高1.3倍;川東北地區(qū)次之,但升幅最大,由2013年的0.98上升至2017年的2.65,升高1.7倍;川南地區(qū)該比值最低,由2013年的0.91上升至2017年的2.07,升高1.3倍(如圖4)。
目前NO2濃度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過SO2濃度,一方面是因?yàn)榇髿馕廴痉乐未胧O2起到了良好的控制效果,另一方面是四川省機(jī)動車保有量增長較快,但NOX管控效果并不明顯。NO2/SO2的持續(xù)升高表明大氣污染類型正在發(fā)生深刻變化,大氣氧化性的增強(qiáng)成為了推動污染形成的主要動力。
圖4 四川省及三大區(qū)域NO2/SO2逐年變化情況Fig.4 The annual changes of NO2/SO2 in Sichuan province and the three major regions
3.3.3 O3污染特征
O3第90百分位濃度有逐年上升的趨勢,2017年其污染天數(shù)率為4.7%,同比2016年升高了0.8個百分點(diǎn),污染天數(shù)率最高的城市依次為成都(13.5%)、德陽(11.5%)、眉山(10.2%)。
2017年全省有18個城市出現(xiàn)O3輕度污染,共342天,同比2016年增加58天;7個城市出現(xiàn)O3中度污染,共16天,同比增加2天;2個城市出現(xiàn)O3重度污染,同比增加2天(如圖5)。說明O3污染愈加嚴(yán)重,大氣氧化性增強(qiáng),此外O3超標(biāo)勢必造成優(yōu)良天數(shù)率的下降,直接影響大氣污染防治措施的控制效果。
圖5 2017年四川省21城市O3造成的污染天數(shù)情況Fig.5 The number of pollution days caused by O3 in 21 cities of Sichuan Province in 2017
2017年全省O3為首要污染物的天數(shù)有95天,同比增加19天;首要污染物占比達(dá)35.7%,同比升高了8.1個百分點(diǎn),僅次于PM2.5(首要污染物占比為40.9%)。且在PM2.5為首要污染物占比降低的情況下,O3、NO2作為首要污染物的占比不斷升高,說明大氣污染形勢正在變化,大氣反應(yīng)活性不斷增強(qiáng)。O3的生成與前體物(NOX和VOCs)呈高度非線性關(guān)系,而且受到氣象條件和排放源影響[7],故控制O3需要考慮VOCs和NOX的協(xié)同減排。
4.1 四川省城市空氣質(zhì)量總體逐年好轉(zhuǎn),優(yōu)良天數(shù)率在80%左右波動上升,PM10和SO2濃度高于全國平均下降率;PM2.5濃度與全國平均下降率持平;NO2濃度在2017年開始反彈明顯。在顆粒物污染問題逐漸改善的情況下,臭氧污染日益突出。
4.2 2017年四川省空氣質(zhì)量居于全國31省中上游,改善情況在31省中相對較好,綜合指數(shù)改善率排名正數(shù)第9位。PM10、PM2.5、SO2的改善幅度居于全國31省中上游。
4.3 細(xì)顆粒物超標(biāo)現(xiàn)象仍然嚴(yán)重,城市間濃度差異較大,2017年四川省有71.4%的城市PM2.5超標(biāo)。2015~2017年全省PM2.5/PM10比例基本維持在62%左右,其中川南地區(qū)最高(70.1%),細(xì)顆粒物二次轉(zhuǎn)化問題突出。
4.4 NO2/SO2逐年上升,NO2濃度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過SO2濃度,表明大氣污染類型正在發(fā)生深刻變化,大氣氧化性的增強(qiáng)成為了推動污染形成的主要動力。
4.5 21個城市O3第90百分位濃度平均升幅為10.7%,臭氧污染問題在各個城市日益凸顯。O3造成的污染天數(shù)逐年上升,成為僅次于PM2.5的首要污染物。大氣污染形勢的變化表明加大對VOCs和NOX的協(xié)同減排刻不容緩。