劉姣姣 張 天 葉 堤 許麗萍 劉芮伶

(1.重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，重慶 401147；2.城市大氣環(huán)境綜合觀測與污染防控重慶市重點實驗室，重慶 401147; 3.重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，重慶 401120)

煙花爆竹的集中燃放會在短時間內(nèi)排放大量污染物，如PM10、PM2.5、CO、SO2等，對環(huán)境空氣質(zhì)量造成明顯污染[1-2]，并可能對人群產(chǎn)生健康風(fēng)險[3]。有研究者研究了煙花爆竹燃放對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響[4-7]，認(rèn)為煙花爆竹的集中燃放會造成顆粒物短時間內(nèi)成倍增加，并進(jìn)一步分析了其主要污染物的組成和特性[8-10]。近年來，隨著煙花爆竹禁放措施的實施，部分學(xué)者對禁放后的實施效果進(jìn)行了評估，均發(fā)現(xiàn)禁放區(qū)污染物濃度明顯降低，空氣質(zhì)量明顯改善[11-13]，但有可能受到郊縣等周邊地區(qū)煙花爆竹燃放的傳輸影響，導(dǎo)致重污染天氣出現(xiàn)[14]。

根據(jù)《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》要求，為切實打好大氣污染防治攻堅戰(zhàn)，2019年春節(jié)期間重慶市啟動了《重慶市燃放煙花爆竹管理條例》，規(guī)定重慶市主城區(qū)繞城高速以內(nèi)及江津區(qū)、合川區(qū)等城市建成區(qū)禁止燃放煙花爆竹。本研究基于2015—2019年春節(jié)期間空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，分析了主城區(qū)主要污染物的時間變化規(guī)律，對2019年春節(jié)期間重慶市煙花爆竹禁放政策的實施效果進(jìn)行了評估，并量化估算煙花爆竹燃放對PM2.5的貢獻(xiàn)量及貢獻(xiàn)率，有助于環(huán)境管理部門科學(xué)決策。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測點位與監(jiān)測方法

選取重慶市環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站點(以下簡稱測點)作為研究對象，目前重慶市共設(shè)有71個測點，其中主城區(qū)測點30個。研究所分析的數(shù)據(jù)為2015—2019年春節(jié)期間的空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)和主要污染物(PM2.5、PM10、CO)濃度的逐時監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)分析

大氣主要污染物中CO相對穩(wěn)定，受燃放的影響較小，因此以CO作為參照氣體，基于PM2.5/CO法分析煙花爆竹燃放對PM2.5的貢獻(xiàn)。計算公式如下：

M=CPM-CCO×C’PM，a/C’CO，a

(1)

η=M/CPM×100%

(2)

式中：M為集中燃放期(選取除夕23：00至初一4：00)煙花爆竹燃放對PM2.5貢獻(xiàn)量，μg/m3；CPM為集中燃放期PM2.5質(zhì)量濃度，μg/m3；CCO為集中燃放期CO質(zhì)量濃度，mg/m3；C’PM,a為非集中燃放期(選取除夕1：00—18：00)PM2.5平均質(zhì)量濃度，μg/m3；C’CO,a為非集中燃放期CO平均質(zhì)量濃度，mg/m3；η為煙花爆竹燃放對PM2.5的貢獻(xiàn)率，%。

基于重慶市本地?zé)熁ū袢挤帕?xí)俗，假設(shè)除夕1：00—18：00不存在煙花爆竹燃放現(xiàn)象且不發(fā)生顯著的污染氣團(tuán)傳輸現(xiàn)象，除夕23：00開始集中燃放煙花。

2 結(jié)果與討論

2.1 近5年主城區(qū)春節(jié)期間空氣質(zhì)量總體情況

2015—2019年春節(jié)期間(除夕至初六)主城區(qū)優(yōu)良天數(shù)和顆粒物質(zhì)量濃度變化見表1。2019年春節(jié)期間優(yōu)良天數(shù)為6 d，同比增加3 d，優(yōu)良天數(shù)為近5年來最多。PM2.5和PM10平均質(zhì)量濃度分別為55、74 μg/m3，同比分別下降22.5%和18.7%，PM2.5和PM10平均濃度為近年來最低。2019年除夕和初一空氣質(zhì)量均達(dá)標(biāo)，為近年來春節(jié)期間首次達(dá)標(biāo)。主城區(qū)繞城高速以內(nèi)及渝西地區(qū)禁放煙花爆竹，大幅減少大氣污染物排放，并有利于鞏固春節(jié)期間工地停工、工廠減產(chǎn)停產(chǎn)、主城車輛行駛大幅減少的減排成果，正效應(yīng)疊加對主城區(qū)除夕和初一空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)起到?jīng)Q定性作用。

表12015—2019年春節(jié)期間主城區(qū)優(yōu)良天數(shù)和顆粒物質(zhì)量濃度

2.2 小時變化趨勢對比分析

2015—2019年主城區(qū)除夕至初一PM2.5和PM10小時質(zhì)量濃度變化如圖1所示。2019年采取煙花爆竹禁放管控措施后，PM2.5和PM10最大峰值分別為77、102 μg/m3，沒有出現(xiàn)大幅陡升情況，同比分別下降72.8%和74.1%，較近5年平均峰值分別下降68.2%和65.5%。全市71個測點中，實時空氣質(zhì)量達(dá)到重度及以上級別的測點同比減少37個，其中達(dá)到嚴(yán)重級別的測點同比減少25個。與往年同期相比，2019年除夕夜間至初一空氣質(zhì)量改善明顯。另外，對正月十五煙花爆竹集中燃放時段PM2.5和PM10小時濃度變化分析表明，2019年P(guān)M2.5和PM10濃度也沒有出現(xiàn)大幅陡升情況，僅受正月十五前后小風(fēng)、高濕、靜穩(wěn)等不利氣象條件的影響，顆粒物濃度呈緩慢累積上升趨勢。

2.3 水溶性離子監(jiān)測結(jié)果分析

在煙花爆竹燃放最為集中的時段(初一0：00—2:00)，煙花污染的強示蹤組分K+、Mg2+、Cl-等較往年同期相比沒有出現(xiàn)明顯陡升的情況，說明主城區(qū)煙花爆竹禁放效果明顯。受夜間輻射逆溫、邊界層明顯下壓等不利氣象驅(qū)動的影響，這些強示蹤組分的峰值出現(xiàn)在初一8：00—11：00左右(見圖2)，與2019年P(guān)M2.5濃度峰值出現(xiàn)時間基本一致。在峰值時段，K+、Mg2+、Cl-等煙花污染強示蹤組分濃度相對于其他參考組分(如Na+)上升更為明顯，其濃度以及在PM2.5中的占比均有所上升。從中國氣象局氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)(MICAPS)風(fēng)場數(shù)據(jù)來看，初一凌晨重慶主城以東南風(fēng)為主，同時用美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的混合單粒子拉格朗日綜合軌跡模式(HYSPLIT)進(jìn)行模擬，分析初一重慶市主城區(qū)氣團(tuán)軌跡，結(jié)果顯示，500、800、1 000 m的氣團(tuán)均源于主城區(qū)東南方向，經(jīng)過萬盛區(qū)、南川區(qū)上空到達(dá)主城區(qū)。結(jié)合主城區(qū)東南面測點小時濃度變化，初一6:00前主城區(qū)PM2.5濃度級別為良，主城區(qū)東南面萬盛區(qū)和南川區(qū)為中度至重度污染，8:00主城區(qū)東南部巴南區(qū)、南岸區(qū)等區(qū)域PM2.5濃度逐步攀升達(dá)到輕度污染，從而導(dǎo)致主城區(qū)PM2.5濃度總體上升，但主城區(qū)其余區(qū)域仍為良，說明主城區(qū)在一定程度上也受到了周邊非禁放區(qū)域煙花爆竹污染物輸送的影響，但與其他地區(qū)相比，主城區(qū)受影響程度相對較小。

圖1 2015—2019年除夕至初一主城區(qū)逐時PM2.5和PM10變化Fig.1 Hourly mass concentration of PM2.5 and PM10 in the main urban area from Chinese New Year’s Eve to Chinese New Year’s Day during 2015-2019

注：考慮到8種水溶性離子中，K+、Mg2+、Cl-的變化最具有代表性，因此只展現(xiàn)了這3種水溶性離子。圖2 2019年春節(jié)期間PM2.5組分質(zhì)量濃度逐時變化Fig.2 Hourly mass concentration of PM2.5 components during the Spring Festival in 2019

2.4 煙花爆竹禁放措施效果評估

從圖1可以看出，往年除夕夜受煙花爆竹集中燃放影響，空氣質(zhì)量惡化明顯，與煙花爆竹燃放相關(guān)的特征污染物往往出現(xiàn)陡升現(xiàn)象，特別是PM2.5濃度上升尤為明顯，是影響空氣質(zhì)量的首要污染物。綜合考慮除夕至初一期間集中燃放期PM2.5峰值、峰值同比變化以及集中燃放期峰值相對于非集中燃放期的上升倍數(shù)等指標(biāo)，將煙花爆竹對各測點PM2.5濃度的影響程度劃分為5級：顯著(峰值達(dá)嚴(yán)重污染、上升倍數(shù)大于4或峰值同比明顯上升)、較顯著(峰值達(dá)重度污染、峰值同比雖有明顯下降但上升倍數(shù)仍大于2)、一般(峰值達(dá)輕度污染且上升倍數(shù)大于1)、基本無影響(峰值達(dá)輕度污染但上升倍數(shù)小于1)、無影響(峰值為優(yōu)良水平)。對全市69個測點(71個測點中有2個測點因停電無數(shù)據(jù)，故不參與統(tǒng)計)進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)受煙花爆竹影響顯著的測點有12個，占17.4%；影響較顯著的測點有14個，占20.3%；影響一般的測點有9個，占13.0%；基本無影響的測點有14個，占20.3%；無影響測點有20個，占29.0%，有近一半的測點空氣質(zhì)量基本未受煙花爆竹影響。

除夕夜典型測點PM2.5峰值及上升倍數(shù)見圖3。主城區(qū)禁放效果整體明顯，測點基本均未受煙花爆竹燃放的影響；渝西地區(qū)大部分區(qū)域均禁放煙花爆竹，但測點受煙花爆竹燃放影響差異顯著，其中高寺路(南川區(qū))、棠香(大足區(qū))等測點受影響明顯，而江津一中(江津區(qū))、博物館(永川區(qū))等測點基本未受影響；另外其他地區(qū)因未禁放煙花爆竹，大部分測點受煙花爆竹燃放影響顯著，主要有桃花源中路(酉陽縣)、秀山高級中學(xué)(秀山縣)和萬壽大道(石柱縣)等。

利用PM2.5/CO法分析2018年與2019年春節(jié)期間煙花爆竹(以除夕夜為例)燃放對PM2.5濃度的貢獻(xiàn)。2018年除夕夜煙花爆竹集中燃放對主城區(qū)PM2.5濃度上升的貢獻(xiàn)量為66～201 μg/m3，貢獻(xiàn)率為45%～71%，平均貢獻(xiàn)率約60%。而2019年除夕夜，煙花爆竹燃放對主城區(qū)PM2.5濃度的貢獻(xiàn)量僅為1～6 μg/m3，貢獻(xiàn)率為2%～8%，平均貢獻(xiàn)率不超過5%，表明2019年主城區(qū)煙花爆竹禁放效果顯著。典型測點煙花爆竹燃放對PM2.5濃度的貢獻(xiàn)率結(jié)果見圖4。主城區(qū)基本不受煙花爆竹燃放影響(以國控點為例)；渝西地區(qū)南川區(qū)(以高寺路為例)影響顯著，璧山區(qū)(以劍山路為例)影響相對較弱；其他地區(qū)中，秀山縣(以秀山高級中學(xué)為例)、石柱縣(以萬壽大道為例)和酉陽縣(以桃花源中路為例)影響顯著，這與圖3研究結(jié)果基本一致。

3 結(jié) 論

(1) 2019年春節(jié)期間，重慶市主城區(qū)優(yōu)良天數(shù)為6 d，為近5年春節(jié)期間最多；PM2.5平均濃度同比下降22.5%，為近5年最低；除夕和初一空氣質(zhì)量均達(dá)標(biāo)，為近年來春節(jié)期間首次達(dá)標(biāo)；空氣質(zhì)量明顯好于往年，煙花爆竹禁放效果明顯。

(2) 除夕夜間至初一，2019年主城區(qū)PM2.5和PM10最大峰值同比下降72.8%和74.1%，較近5年平均峰值分別下降68.2%和65.5%，且煙花爆竹污染的強示蹤組分K+、Mg2+、Cl-等也沒有出現(xiàn)明顯陡升，空氣質(zhì)量基本未受煙花爆竹燃放影響。

圖3 除夕夜典型測點PM2.5峰值及上升倍數(shù)Fig.3 Peak concentration and rising multiples of PM2.5 at typical sites on Chinese New Year’s Eve

圖4 除夕夜典型測點煙花爆竹燃放對PM2.5的貢獻(xiàn)率Fig.4 Contribution ratio of fireworks to PM2.5 at typical sites on Chinese New Year’s Eve

(3) 重慶市有近一半的測點空氣質(zhì)量基本未受煙花爆竹影響(基本無影響的測點14個，占20.3%，無影響的測點20個，占29.0%)。主城區(qū)煙花爆竹禁放效果整體最明顯，渝西地區(qū)禁放效果差異顯著。