王愛平，茅晶晶，蔣自強

(江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210019)

關鍵字：空氣質量；秋、冬季；江蘇??；環(huán)境空氣質量指數

隨著經濟的快速發(fā)展，城市化進程加快，我國能源消耗居高不下，機動車保有量持續(xù)上升，由灰霾天氣日趨嚴重引發(fā)的環(huán)境效應問題，以及氣溶膠輻射強迫引發(fā)的氣候效應問題，已引起科學界、政府部門和社會公眾廣泛關注，成為熱門話題[1]。

目前針對城市空氣污染時空分布特征的研究較多，許燕婷等[2]研究了2014—2016年中國城市環(huán)境空氣質量指數(AQI)，結果顯示中國城市的AQI呈下降的趨勢,空氣污染城市數量減少,表明城市空氣質量有所改善，中國城市AQI季節(jié)均值為:冬季>春季>秋季>夏季。曹璐璐[3]研究了2005—2009年江蘇省13個省轄城市空氣污染指數(API)，全省城市空氣質量逐年改善，主要污染物濃度穩(wěn)中有降。鄧愛萍[4]研究了2013—2015年江蘇省不同季節(jié)的AQI狀況和特點，發(fā)現(xiàn)江蘇省秋冬季大氣擴散條件及空氣質量較差，每年10月至次年2月AQI達標率較低，以顆粒物為主要超標污染物的特征較明顯；春夏季空氣質量較好，但受臭氧(O3)污染困擾。鄒強[5]研究了蘇州市區(qū)能見度變化特征，發(fā)現(xiàn)一年之中，7月能見度最高，11月能見度最低，一日之中08:00能見度最差，14：00左右最好，導致蘇州市區(qū)能見度水平下降的主要污染因子是細顆粒物(PM2.5)。

江蘇屬于溫帶向亞熱帶的過渡性氣候，四季氣候分明，其中秋冬季大氣擴散條件整體較差，夜間容易形成逆溫層，近地面污染物不易擴散，與夏季相比降雨較少清除效果差。另外秋冬季冷空氣頻繁南下，容易將北方污染輸送至本地?，F(xiàn)選取空氣污染程度較重的秋、冬季，分析江蘇省72個國控站點監(jiān)測的大氣6項污染物數據資料，按照AQI公式，計算得到13個設區(qū)市的AQI，分析江蘇省秋、冬季空氣質量現(xiàn)狀，為秋冬季空氣質量預報和預警提供參考。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測點位

江蘇省72個國控站點。

1.2 數據選取時段

2015年10月—2016年2月(2015年秋冬)，2016年10月—2017年2月(2016年秋冬)，2017年10月—2018年2月(2017年秋冬)。

1.3 分析項目

可吸入顆粒物(PM10)、PM2.5、O3、二氧化硫(SO2、)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)。

1.4 數據處理

先剔除站點的無效數據，將每個城市國控站點污染物濃度有效值取算術平均，再根據《環(huán)境空氣質量指數(AQI)技術規(guī)定》(HJ 633—2012)中AQI公式，計算得到13個設區(qū)市共5 899個有效AQI日均值。

為方便比較不同地區(qū)的空氣質量，將江蘇省13個市分為4個區(qū)域，分別是蘇沿海地區(qū)(連云港、南通、鹽城)、蘇西北地區(qū)(徐州、宿遷)、蘇中部地區(qū)(泰州、淮安、揚州)、蘇南部地區(qū)(常州、鎮(zhèn)江、南京、無錫、蘇州)。

根據AQI范圍將空氣質量劃分為不同的類別：AQI為0～50、51～100、101～150、151～200、201～300、>300分別代表空氣質量優(yōu)、良、輕度污染、中度污染、重度污染和嚴重污染，空氣質量優(yōu)良(AQI≤100)即為空氣質量達標。

2 結果與討論

2.1 秋、冬季空氣質量達標率

2015—2017年秋、冬季江蘇省優(yōu)良天數比例(空氣質量達標率)在60%左右，空氣質量為優(yōu)的天數占比為6.2%～19.5%，為良比例為49.4%～53.0%，輕度污染比例為20.8%～25.1%，中度污染占比為6.9%～10.1%，重度污染比例為2.3%～5.6%，嚴重污染比例約為0.1%～0.2%。

秋、冬季空氣質量優(yōu)良(達標)逐月變化見圖1。由圖1可見，進入10月份以后，空氣質量達標率開始明顯下降，每年12月份優(yōu)良天數最少，次年1月之后空氣質量逐步轉好。2015—2017年秋、冬季空氣質量達標率分別為42.9%～71.2%，49.6%～98.8%和49.9%～91.6%。

秋、冬季達標率最高、最低的城市分別是南通(72.9%)和徐州(46.7%)。不同地區(qū)的優(yōu)良(達標)率排序為蘇沿海(71.1%)>蘇南(66.5%)>蘇中(64.3%)>蘇西北(52.2%)。秋、冬季蘇西北地區(qū)空氣質量明顯下降，約近半數時段為污染天；江蘇沿海地區(qū)受地理優(yōu)勢的客觀影響，污染物擴散較快，空氣質量整體優(yōu)于內陸城市。

2.2 秋、冬季首要污染物

研究秋、冬季首要污染物時，去掉優(yōu)良天數的首要污染物數據，選取江蘇省13個設區(qū)市輕度及以上污染日的首要污染物數據進行統(tǒng)計分析，結果見圖2(a)(b)。

圖2 秋、冬季污染日首要污染物比例和逐月變化

由圖2可見，秋、冬季輕度及以上污染日首要污染物主要為PM2.5，占比高達91.5%。這與文獻[6-7]研究結果吻合。秋、冬季PM2.5成為首要污染物天數的占比明顯上升，約占80%～95%。PM2.5的來源十分復雜，主要分為一次源(直接排放)和二次源(二次轉化)。一次源(直接排放)主要來自燃燒過程，例如化石燃料燃燒、生物質燃燒、垃圾焚燒。二次來源則是指污染源排放的氣態(tài)污染物，如氮氧化物(NOx)、SO2、氨氣(NH3)、揮發(fā)性有機物(VOCs)等，在大氣中經過復雜的化學反應產生的顆粒物(PM)，如硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、二次有機氣溶膠。 秋、冬季輕度及以上污染日首要污染物為NO2、PM10和O3的占比分別為3.7%，2.6%和2.2%。從污染日首要污染物逐月變化可知，10—11月，江蘇省13個城市的首要污染物以PM2.5、NO2、PM10、O3等多種污染物作為首要污染物交替出現(xiàn)，或者混合出現(xiàn)。其中，10月份O3為首要污染占比高達29.0%，NO2在11月份成為首要污染物的比例為10.2%，秋冬季剩余月份首要污染物主要為PM2.5。這主要是因為每年10—11月是秋高氣爽的晴好天氣，強紫外線、高溫、低濕、靜小風的氣象條件下，容易發(fā)生光化學反應，NO2不但是大氣污染的一次污染物，在一定條件下，還會促進O3等二次污染物的生成，此時NO2和O3作為首要污染物出現(xiàn)的頻率明顯上升。

2.3 秋、冬季主要污染物濃度

2.3.1ρ(PM2.5)和ρ(PM2.5)/ρ(PM10)特征

統(tǒng)計2015—2017年秋、冬季全省ρ(PM2.5)分別是73，61和65 μg/m3，與大氣污染最重的2013年秋、冬季的98 μg/m3比較，下降25.1%，38.2%和33.8%。

分析江蘇省秋、冬季PM2.5逐月變化，從10月開始ρ(PM2.5)逐漸上升，12月和次年1月維持在較高水平。除2016年10月PM2.5月均值較低，剩余月份的均值全部超過年均考核標準值[8](35 μg/m3)，說明秋、冬季高ρ(PM2.5)嚴重影響年度考核達標情況。江蘇省秋、冬季13市ρ(PM2.5)逐月變化見圖3。

圖3 江蘇省秋、冬季13市ρ(PM2.5)逐月變化

由圖3可見，除了10月份南通和鹽城平均值低于考核標準值(35 μg/m3)，其他城市的剩余月份均超過考核標準值，徐州市PM2.5月均值最高，其12月份PM2.5均值超標2.2倍。除宿遷市外，其他城市PM2.5月均變化趨勢一致，10—12月份ρ(PM2.5)快速上升；12月，全省ρ(PM2.5)平均超標倍數為1.4倍；1—2月，ρ(PM2.5)下降緩慢。進入春季之前，全省PM2.5平均超標倍數仍然維持在1倍左右。

PM2.5和PM10主要來自化石燃料的燃燒(如燃煤、機動車尾氣等)，PM2.5有很大一部分源自氣態(tài)污染物(如SO2、NO2、碳氫化合物等)參與的光化學反應[9]，而PM10有很大一部分源自各類揚塵源(如沙塵、建筑揚塵、交通揚塵等)[10]。因此，ρ(PM2.5)/ρ(PM10)越高，二次PM的貢獻率越高，其比值越低，揚塵源的貢獻率越高[11]。目前，國內大部分城市ρ(PM2.5)一般占ρ(PM10)40%～60%[12]，國家在制定PM二級標準時，也將PM2.5的年均值二級標準限值(35 μg/m3)設定為PM10年均值二級標準限值(70 μg/m3)的一半。江蘇省13城市ρ(PM2.5)/ρ(PM10)見圖4。

圖4 江蘇省13個城市ρ(PM2.5)/ρ(PM10)

由圖4可見，2015—2017年秋、冬季全省ρ(PM2.5)/ρ(PM10)呈現(xiàn)逐年緩慢升高的趨勢，分別為0.63，0.65和0.67， 全省13個城市秋、冬季ρ(PM2.5)/ρ(PM10)為0.54～0.79，蘇州、鎮(zhèn)江和南通市秋、冬季ρ(PM2.5)/ρ(PM10)普遍較高，徐州最低。不同地區(qū)ρ(PM2.5)/ρ(PM10)大小排序為蘇南>蘇沿海>蘇中>蘇西北，因此就大氣PM而言，蘇西北地區(qū)揚塵源貢獻較大；蘇南地區(qū)的二次顆粒物貢獻更明顯。而ρ(PM2.5)占ρ(PM10)越高，對環(huán)境的潛在污染可能性就越大，尤其是秋、冬季空氣流動性弱，對環(huán)境和人體健康的危害更高。

2.3.2 秋、冬季ρ(NO2)和ρ(SO2)

城市中的NO2主要源自機動車尾氣排放等移動污染源[13]，而SO2主要源自工業(yè)燃燒(如燃煤發(fā)電、金屬冶煉等)等固定污染源，ρ(NO2)/ρ(SO2)越高，移動污染源的貢獻率越高；比值越低，固定污染源的貢獻率越高[14]。江蘇省13個城市ρ(NO2)/ρ(SO2)見圖5。

圖5 江蘇省13個城市ρ(NO2)/ρ(SO2)

由圖5可見，2015—2017年江蘇13個城市秋、冬季的ρ(NO2)/ρ(SO2)逐年升高。全省ρ(NO2)/ρ(SO2)由2015年的1.6上升為2017年的3，增幅87.5%，說明江蘇省移動污染源的對大氣污染的貢獻率呈逐年上升的趨勢。不同地區(qū)ρ(NO2)/ρ(SO2)大小排序為：蘇南>蘇中>蘇西北>蘇沿海，江蘇省ρ(NO2)已遠遠超過ρ(SO2)，這主要是因為省內機動車保有量增長較快，尤其是蘇南地區(qū)汽車保有量較高[15]，而NOx管控效果并不明顯。ρ(NO2)/ρ(SO2)逐年持續(xù)升高，表明大氣污染類型從燃煤性污染轉變?yōu)閺秃闲臀廴尽?/p>

3 結論

(1)2015—2017年江蘇省秋、冬季空氣質量優(yōu)良天數(達標率)約為60%，進入10月份以后，優(yōu)良天數比率開始明顯下降，每年12月份空氣質量優(yōu)良天數最少，次年1月之后空氣質量逐步轉好。不同地區(qū)的優(yōu)良(達標)率排序為蘇沿海(71.1%)>蘇南(66.5%)>蘇中(64.3%)>蘇西北(52.2%)。

(2)全省秋、冬季輕度及以上污染日的首要污染物主要為PM2.5，占比高達91.5%。每年秋高氣爽的晴好天氣(10—11月)，強紫外線、高溫、低濕和靜小風的氣象條件下容易發(fā)生光化學反應，生成并快速累積O3，導致13個城市的首要污染物以PM2.5、NO2、PM10、O3等多種污染物作為首要污染物交替出現(xiàn)，或混合出現(xiàn)。

(3)秋、冬季PM2.5月均值幾乎全部超過年均考核標準值35 μg/m3，嚴重影響PM2.5年度考核達標。江蘇不同地區(qū)ρ(PM2.5)/ρ(PM10)大小排序為：蘇南(0.67)>蘇沿海(0.65)>蘇中(0.63)>蘇西北(0.62)；蘇西北地區(qū)揚塵源貢獻較大，蘇南地區(qū)的二次顆粒物貢獻更明顯。ρ(NO2)/ρ(SO2)大小排序為：蘇南>蘇中>蘇西北>蘇沿海，同時ρ(NO2)/ρ(SO2)逐年升高，表明大氣污染類型從燃煤性污染轉變?yōu)閺秃闲臀廴尽?/p>