余 鋒，李小飛，李錦雯，華曉羽，陳 前，李 豪，李升蘋，常 甜，王羽琴，陳慶彩

(陜西科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 陜西 西安 710021)

0 引言

新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情于2020年春節(jié)前夕爆發(fā)于中國(guó)武漢，并迅速向全國(guó)蔓延，疫情形勢(shì)迫在眉睫.鑒于此，陜西省啟動(dòng)了重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件一級(jí)響應(yīng)，實(shí)施了一系列嚴(yán)格的防控措施，如嚴(yán)格限制旅行和非必要公共活動(dòng)，居民居家隔離等，這使得道路上機(jī)動(dòng)車數(shù)量大幅減少，大部分工廠企業(yè)、城市建設(shè)都處于停工狀態(tài)[1,2].盡管政府嚴(yán)格的防控措施對(duì)人們生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生很大沖擊，但這些措施使得工業(yè)源、生活源、揚(yáng)塵源等的排放量大幅下降.關(guān)中盆地作為我國(guó)空氣污染最嚴(yán)重的地區(qū)之一，近年來(lái)政府不斷加大空氣污染的治理力度，重污染和嚴(yán)重污染的天數(shù)逐年下降.但在冬季，關(guān)中盆地依然會(huì)有大氣污染的霾事件發(fā)生.大量研究表明，大氣污染對(duì)人類身心健康存在極大地危害[3-5]，其中大氣污染物中的細(xì)小顆粒物(PM2.5)往往是呼吸疾病、心血管疾病的重要誘因.因此，疫情防控期(2019年11月15日～2020年5月31日)可以被視為關(guān)中盆地的一次“極限減排實(shí)驗(yàn)”，可以用來(lái)評(píng)估疫情期間污染源對(duì)關(guān)中盆地空氣質(zhì)量影響，一方面可以對(duì)之前制定的空氣污染治理思路進(jìn)行補(bǔ)充和完善，為未來(lái)大氣污染控制的政策制定提供參考；另一方面可以評(píng)估關(guān)中盆地的空氣改善潛力，為“十四五”和即將到來(lái)的中華人民共和國(guó)第十四屆運(yùn)動(dòng)會(huì)期間的空氣質(zhì)量目標(biāo)的制定提供依據(jù).

在疫情期間，城市的各種污染源得到了最大限度的減排，為研究人為源和自然源對(duì)空氣質(zhì)量的影響提供一個(gè)絕佳的機(jī)會(huì)，所以研究防控措施間接導(dǎo)致污染源減排對(duì)空氣質(zhì)量的影響也成為學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題.有學(xué)者對(duì)過(guò)去類似這種特殊時(shí)期的空氣質(zhì)量變化情況相關(guān)案例進(jìn)行了研究，如在北京奧運(yùn)期間PM10下降了51.6%,O3、SO2、CO和NOx日均濃度較之前分別下降了23%、61%、25%和21%，因?yàn)椤跋尢?hào)”等交通管控措施使得交通源排放的VOCs下降了55.5%[6,7]；而在“APEC會(huì)議”后則出現(xiàn)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)詞“APEC藍(lán)”來(lái)描述空氣質(zhì)量狀況，在對(duì)天津市大氣中的PM2.5分析發(fā)現(xiàn)“APEC”期間一次無(wú)機(jī)離子(Na+、Mg2+等)由會(huì)議期間的8.84%上升到14.50%，二次離子(NO3-、NH4+等)由會(huì)議期間的48.12%下降為會(huì)后的42.68%[8]；在杭州G20峰會(huì)期間，政府的管控措施使機(jī)動(dòng)車排放大幅度降低，城市的NO2濃度較管控前出現(xiàn)大幅下降，與湖州、紹興等周圍城市的降幅相比處于第一位；Chen等[9]的研究表明，嚴(yán)格的管控和交通減排措施使疫情初期的空氣質(zhì)量改善比較明顯，這些措施使武漢和全國(guó)的NO2分別下降22.8μg/m3和12.9μg/m3,PM2.5分別下降1.4μg/m3和18.9μg/m3.以上研究表明，在特殊時(shí)期內(nèi)嚴(yán)格的防控措施對(duì)空氣質(zhì)量的改善產(chǎn)生了非常明顯的效果.

關(guān)中盆地作為全國(guó)空氣污染最嚴(yán)重的地區(qū)之一，國(guó)務(wù)院《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》[10]、《京津冀及周邊地區(qū)、汾渭平原2020～2021年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動(dòng)方案》[11]等都將關(guān)中盆地列為重點(diǎn)治理對(duì)象，由此可見(jiàn)大氣治理任務(wù)仍然艱巨.同已有研究相比，關(guān)于疫情對(duì)關(guān)中盆地空氣質(zhì)量的影響分析相關(guān)方面的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道.基于此，本文對(duì)疫情期間關(guān)中盆地的空氣質(zhì)量變化進(jìn)行了分析，時(shí)間選擇上覆蓋了整個(gè)疫情防空期(2020年5月以后的常態(tài)化防控時(shí)間未計(jì)算在內(nèi))，并且根據(jù)氣象、交通和工業(yè)等數(shù)據(jù)與資料，分析了關(guān)中盆地大氣污染的自然和人為因素，研究結(jié)果將有望于服務(wù)當(dāng)?shù)兀瑸榈胤酱髿馕廴局卫硖峁﹨⒖己鸵罁?jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

關(guān)中盆地(下轄西安、咸陽(yáng)、渭南、銅川、寶雞)坐落于中國(guó)西北地區(qū)，是一個(gè)半封閉的狹長(zhǎng)盆地，西起寶雞東至潼關(guān)，南依秦嶺北抵北山，東西長(zhǎng)約360 Km，南北寬約110～190 Km(如圖1所示).關(guān)中盆地為暖溫帶半濕潤(rùn)的季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，冬夏較長(zhǎng)，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥.關(guān)中盆地的年均氣溫在10.1～13.3 ℃，各市都相差不大，其中西安市是關(guān)中夏季高溫中心，關(guān)中盆地年均降水量在550～745 mm，降水主要集中在7～9月，年均日照時(shí)數(shù)在1 377～2 412.5 h，年均無(wú)霜期在180～213 d.2018～2019年，關(guān)中盆地的平均氣溫為12.8 ℃，平均相對(duì)濕度為64%，平均風(fēng)速為2.3 m/s，平均降雨量約為579 mm.冬季采用化石燃料為供暖燃燒源，加上地形原因使得關(guān)中盆地是中國(guó)空氣污染最為嚴(yán)重的地區(qū)之一[12,13]，如位于關(guān)中盆地中心的西安近年來(lái)冬季霾污染事件頻發(fā)[14].

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文選取2019年11月15日～2020年5月31日(以下簡(jiǎn)稱疫情期間)作為研究時(shí)段，按照省防控辦的防控階段劃分將疫情期間分為疫情前(2019年11月15日～2020年1月19日)、嚴(yán)控期(2020年1月20日～2020年3月17日)、復(fù)工復(fù)產(chǎn)期(2020年3月18日～2020年4月29日)、常態(tài)化階段(2020年4月30日～2020年5月31日)，該時(shí)段涵蓋了停工停產(chǎn)到復(fù)工復(fù)產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程.為更好的對(duì)疫情期間的空氣質(zhì)量進(jìn)行分析，同時(shí)選取2019年同期(2019年同期指2018年11月15日～2019年5月31日)時(shí)段進(jìn)行對(duì)比研究.空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)環(huán)境檢測(cè)總站(http://www.cnemc.cn)平臺(tái)公布的空氣質(zhì)量逐時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)(表1)，包括空氣質(zhì)量的六要素：CO、NO2、PM2.5、PM10、O3、SO2.氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)國(guó)家氣象信息中心的地面逐小時(shí)觀測(cè)資料(http://data.cma.cn).

1.3 研究方法

在研究的過(guò)程中主要運(yùn)用時(shí)間序列分析方法，把疫情期間的6項(xiàng)污染物濃度水平與2019年同期數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)估防控措施對(duì)關(guān)中盆地空氣質(zhì)量的影響情況.對(duì)關(guān)中盆地的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)有效性規(guī)定、《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ633-2012)和《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(HJ633-2013)等相關(guān)技術(shù)要求.

污染物貢獻(xiàn)率用污染負(fù)荷系數(shù)表征，空氣質(zhì)量用空氣質(zhì)量綜合指數(shù)表征，綜合指數(shù)由空氣質(zhì)量6要素的值綜合計(jì)算得出，值越大代表污染程度越重[15,16]，計(jì)算公式如下[17]：

(1)

Isum=∑Ii

(2)

(3)

式(1)～(3)中：Ci表示某類污染物i的濃度(計(jì)算中污染物為CO和O3時(shí)則分別用相應(yīng)百分位數(shù)濃度值，為其他4類污染物時(shí)則使用月均值);Si表示污染物i的年均濃度二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(i表示CO時(shí)，為日均二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值；i表示O3時(shí),為8 h平均二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值);Isum表示環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)；Ii為單項(xiàng)污染物的濃度指數(shù)，含全部6項(xiàng)污染物濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)；Fi為第i項(xiàng)污染物對(duì)空氣質(zhì)量綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)情況，可表示為污染負(fù)荷.

2 結(jié)果與討論

2.1 空氣質(zhì)量級(jí)別

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ633-2012)，本文將獲得的臺(tái)站數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析關(guān)中盆地各市空氣質(zhì)量在疫情期間的變化情況如表2所示.

表2 疫情期間與2019年同期關(guān)中盆地空氣質(zhì)量

由表2可知，疫情期間與2019年同期相比，各市的優(yōu)和良天數(shù)都不同程度的有所增加(西安、咸陽(yáng)、銅川、寶雞和渭南分別增加23天、31天、31天、19天、32天)，而重污染天數(shù)減少明顯(西安、咸陽(yáng)、銅川、寶雞和渭南分別減少9天、19天、3天、11天、14天).疫情期間整個(gè)關(guān)中盆地的平均優(yōu)良天數(shù)(131天)比2019年同期(104天)增加27天，整體優(yōu)良比例達(dá)到了66%，同比增加了12個(gè)百分點(diǎn)，重污染天氣(13天)比2019年同期(24天)減少11天，重度和嚴(yán)重污染的占比則從12.3%降為6.3%，同比減少了6個(gè)百分點(diǎn).從優(yōu)良比來(lái)看，各市的空氣優(yōu)良比均要高于去年同期整體情況，銅川和寶雞兩市的優(yōu)良比還超過(guò)疫情期間優(yōu)良比的平均值，其余3市則低于平均值.疫情期間空氣質(zhì)量改善情況最好的是咸陽(yáng)和渭南(均為31%)，其次是銅川(21.4%)、西安(18.9%)和寶雞(13.0%).從重度和嚴(yán)重污染天氣占比方面看，銅川和寶雞的減幅最大，分別達(dá)到了61.2%和59.2%，其次是渭南(51.5%)、咸陽(yáng)(50.3%)和西安(34.2%)，盡管各市重度和嚴(yán)重污染天氣減少幅度比較大，但疫情期間西安和咸陽(yáng)兩市的重度和嚴(yán)重污染天數(shù)仍然占到了9.5%和10%，這一現(xiàn)象相關(guān)部門需要重視.綜合來(lái)看，疫情期間的各種措施在一定程度上促進(jìn)了空氣質(zhì)量的向好發(fā)展，但根據(jù)疫情期間的特殊環(huán)境以及同其他地方的改善程度相比，這一結(jié)果仍是偏低的，整個(gè)關(guān)中盆地的空氣污染問(wèn)題仍然不容樂(lè)觀.

2.2 空氣質(zhì)量綜合指數(shù)

空氣質(zhì)量綜合指數(shù)(Isum)和污染物貢獻(xiàn)率(Fi)的計(jì)算依據(jù)公式(2)和公式(3)進(jìn)行計(jì)算，在進(jìn)行Isum和Fi的計(jì)算之前利用公式(1)對(duì)單項(xiàng)污染物的濃度指數(shù)Ii也進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算.

由表3、表4知，關(guān)中5市空氣質(zhì)量綜合指數(shù)在疫情期間均降低了20%以上，(渭南和咸陽(yáng)為25%、銅川24.3%、寶雞21.3%、西安20.4%)且各市的空氣質(zhì)量綜合指數(shù)整體相差不是很大，西安最高，其次是咸陽(yáng)、渭南、寶雞和銅川.這一方面可能是因?yàn)槲飨绦聟^(qū)(位于西安市和咸陽(yáng)市建成區(qū)之間，區(qū)域范圍涉及西安、咸陽(yáng)兩市所轄7縣(區(qū))23個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和街道辦事處)建設(shè)帶來(lái)的建筑塵、道路揚(yáng)塵等增加了PM10質(zhì)量濃度，加上關(guān)中盆地低凹的地形使進(jìn)入盆地的風(fēng)容易形成特殊的地轉(zhuǎn)風(fēng)，不利于盆地內(nèi)污染物的稀釋擴(kuò)散；另一方面冬季受西伯利亞高壓和阿留申低壓相互作用下盛行的西北風(fēng)致使關(guān)中盆地冬季寒冷干燥、雨雪稀少，逆溫層較厚，靜風(fēng)頻率較大，也不利于污染物的稀釋擴(kuò)散，加重了區(qū)域內(nèi)大氣污染[18].從污染物組成情況而言，PM10在各市中的污染負(fù)荷系數(shù)最高，均在20左右，PM2.5次之，各市PM10、PM2.5指標(biāo)負(fù)荷系數(shù)之和均達(dá)到30以上.由此可以看出，影響關(guān)中盆地空氣質(zhì)量的最大影響因素是顆粒物，這同張佳音等[19]在過(guò)去幾年對(duì)關(guān)中盆地的空氣質(zhì)量研究結(jié)果相比污染物組成結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生大的變化，區(qū)域內(nèi)仍然是以顆粒物為主的復(fù)合型污染.疫情期間污染物按貢獻(xiàn)率大小依次是PM10、PM2.5、O3、NO2,但疫情期間PM10、PM2.5、NO2的單項(xiàng)污染指數(shù)和負(fù)荷系數(shù)都出現(xiàn)下降.O3的單項(xiàng)污染指數(shù)和負(fù)荷系數(shù)則出現(xiàn)增長(zhǎng)(圖2)，O3濃度較2019年同期上升了6%，在常態(tài)化防控階段儼然成為了首要污染物.

(a)疫情期間

表3 2019年同期關(guān)中盆地5市空氣質(zhì)量綜合指數(shù)

表4 疫情期間關(guān)中盆地5市空氣質(zhì)量綜合指數(shù)

整體來(lái)看，關(guān)中盆地5市的空氣質(zhì)量改善程度存在較大的差異性，這與其對(duì)污染源管控程度和氣象條件的差異性有關(guān)；從空氣質(zhì)量綜合指數(shù)變化情況看，疫情期間關(guān)中5市的空氣質(zhì)量改善較大.其中，西安、咸陽(yáng)兩地的空氣質(zhì)量綜合指數(shù)接近，這說(shuō)明兩地空氣污染存在很高的相關(guān)性、整體性和區(qū)域性，這同黃小剛等[20]、尉鵬等[21]的研究結(jié)果相一致，區(qū)域空氣污染問(wèn)題依然很嚴(yán)重，大氣治理應(yīng)重視聯(lián)防聯(lián)控.從污染物貢獻(xiàn)率來(lái)看，人為因素依然是關(guān)中盆地空氣質(zhì)量的主要影響因素，減少人為排放勢(shì)在必行.

2.3 疫情期間與2019年同期污染物變化情況

疫情期間與2019年同期關(guān)中盆地的空氣質(zhì)量變化顯著(圖3).2019年同期關(guān)中5市污染物平均濃度CO為1 mg/m3，NO2為46μg/m3，O3為44μg/m3，PM10為138μg/m3，PM2.5為75μg/m3，SO2為13μg/m3，疫情期間各污染物的平均濃度CO為0.84 mg/m3，NO2為39μg/m3，O3為47μg/m3，PM10為103μg/m3，PM2.5為64μg/m3，SO2為11μg/m3.除O3濃度出現(xiàn)升高外，其余污染物濃度均出現(xiàn)下降，降幅分別為16.4%、14.8%、25.6%、17%、13.6%.GB3095-2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的二級(jí)濃度限值：PM10、PM2.5、SO2、NO2分別為70、35、60、40μg/m3，CO日均限值為4 mg/m3，O3(8 h)日最大8 h平均濃度限值為160μg/m3.基于該標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)關(guān)中盆地的各污染物的濃度水平進(jìn)行了評(píng)價(jià).2019年同期PM10的平均濃度為138μg/m3(疫情期間103μg/m3)(下同)，超標(biāo)0.97倍且所有城市均超標(biāo)，疫情期間超標(biāo)0.47倍；PM2.5的平均濃度為75μg/m3(64μg/m3)，超標(biāo)1.14倍，疫情期間超標(biāo)0.83倍；SO2的平均濃度為13μg/m3(11μg/m3)均沒(méi)有超標(biāo)；NO2的平均濃度為46μg/m3(39μg/m3)，超標(biāo)0.15倍，疫情期間達(dá)標(biāo)；所有城市的O3和CO濃度均未超標(biāo).Bao等[22]對(duì)中國(guó)北方的44座城市疫情管控期的空氣質(zhì)量進(jìn)行的分析表明，空氣質(zhì)量改善了7.80%，SO2、PM2.5、PM10、NO2和CO分別降低6.76%、5.93%、13.66%、24.67%和4.58%；對(duì)比發(fā)現(xiàn)上述值(NO2除外)均小于關(guān)中盆地的降幅，關(guān)中盆地的分析與Bao等的研究結(jié)果趨勢(shì)相一致，但又存在差異.如疫情期間，關(guān)中盆地NO2(14.8%)降幅低于長(zhǎng)江三角洲的47%[1]，低于山東的58%，東部地區(qū)的50%[23].

(a)SO2 濃度

污染物濃度出現(xiàn)上述變化的原因可能是：NO2的濃度變化與交通源和工業(yè)排放中的NOx排放量下降有關(guān)，但隨著NO2濃度的降低、天氣逐漸轉(zhuǎn)暖，太陽(yáng)輻射增強(qiáng)以及PM2.5濃度的降低[24]，臭氧滴定作用減弱[22,25]，臭氧濃度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)[26,27].在所有的污染物濃度中CO濃度下降幅度為16.4%，是除顆粒物之外的下降幅度最大的，這說(shuō)明CO濃度的改善與機(jī)動(dòng)車限行措施減少了排放量密切相關(guān)[28].SO2的減排幅度最小，其原因可能是冬季居民采暖以及農(nóng)村生物質(zhì)、散煤燃燒量沒(méi)有明顯減少和不可中斷行業(yè)的持續(xù)運(yùn)行，如鋼鐵、發(fā)電行業(yè)等.在顆粒物方面，PM10的降幅比PM2.5的降幅要更大，而PM2.5與PM10的比值是判斷區(qū)域顆粒物來(lái)源的主要指標(biāo)，比值越小說(shuō)明該區(qū)受到揚(yáng)塵的影響越小，比值越大說(shuō)明受二次生成影響越大[29].疫情期間和2019年同期PM2.5/PM10的值分別為0.62、0.54，疫情期間PM2.5對(duì)PM10的貢獻(xiàn)占到60%以上，這可能是春節(jié)放工和疫情防控的雙重作用使得揚(yáng)塵源得到較好控制，粗粒子明顯下降所致.

疫情期間西安、咸陽(yáng)、銅川、寶雞、渭南5市中CO改善率均在15%以上，寶雞改善率最大(30.5%)，其次是咸陽(yáng)(21.2%)、西安(18.3%)、銅川(12.1%)和渭南(1.6%).各地的顆粒物濃度變化也有較大差異，西安、咸陽(yáng)、銅川、寶雞、渭南PM2.5濃度的降幅分別為9.8%、32%、16.8%、11%、12.3%；PM10濃度的降幅分別為21.5%、37.2%、20%、20.8%、25.5%，顆粒物改善情況最好的城市是咸陽(yáng)，各市的改善率都在25%以上.SO2的濃度降幅分別為10.3%、22.6%、25.2%、10.4%、9.4%，降幅最大的是銅川，最小的是渭南；5市的NO2濃度降幅從大到小依次是咸陽(yáng)(20.9%)、寶雞(15.1%)、銅川(14.9%)、西安(13.9%)和渭南(9.2%).各市的O3(銅川除外)都出現(xiàn)上升，西安、咸陽(yáng)、寶雞和渭南分別上升8.9%、13.5%、14%、1.9%，銅川的臭氧濃度出現(xiàn)3.2%的下降.出現(xiàn)以上減幅其原因一是政府對(duì)全市涂裝、包裝印刷、家具制造、石油化工等具有較強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)物工業(yè)、企業(yè)的排查整治；二是移動(dòng)污染源的減排，相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明銅川市每年移動(dòng)源產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物約有1 100噸，占到總排放量的27%，機(jī)動(dòng)車排放729噸，占到移動(dòng)源的66%[30].疫情防控期城市車輛出行受限，NOx、VOCs、CO等臭氧前體物排放量減少以及氣象條件的作用，不利于臭氧的形成.

在疫情管控期的四個(gè)階段(圖4)，關(guān)中5市NO2在嚴(yán)控期減排量比較大，下降幅度都在40%以上，但在復(fù)工復(fù)產(chǎn)期NO2平均濃度則出現(xiàn)了40%左右的增幅，寶雞為29%，銅川最大為54%，復(fù)工復(fù)產(chǎn)階段NO2平均濃度回到疫情前的77%，銅川則達(dá)到了81%，疫情期間的整個(gè)變化情況呈現(xiàn)一個(gè)“U”型.CO濃度在嚴(yán)控期的平均降幅在20%左右，咸陽(yáng)和銅川的下降幅度(均在17%左右)略小于平均值，復(fù)工復(fù)產(chǎn)期的平均降幅為37%，復(fù)工復(fù)產(chǎn)期的CO平均濃度約為疫情前的50%.O3的濃度從疫情前(21.7μg/m3)到嚴(yán)防嚴(yán)控期(52.4μg/m3)出現(xiàn)明顯增加，平均濃度約為疫情前的1.5倍，西安為疫情前(15.9μg/m3)的1.98倍(疫情47.4μg/m3)，銅川的增長(zhǎng)幅度最小，為疫情前(29.7μg/m3)的0.93倍(嚴(yán)控期54.7μg/m3)，復(fù)工復(fù)產(chǎn)期O3濃度在嚴(yán)控期的基礎(chǔ)上保持10%的增幅，西安和咸陽(yáng)除外，西安增幅為3.5%，咸陽(yáng)基本持平，在疫情常態(tài)化防控階段O3的平均濃度增幅為23.5%.顆粒物濃度呈現(xiàn)不同程度的下降，嚴(yán)控期PM10和PM2.5的下降幅度都在20%以上，PM2.5在復(fù)工復(fù)產(chǎn)期降幅最大，平均降幅為46%，而PM10(13.2%)則小于嚴(yán)控期的降幅.SO2在嚴(yán)控期的平均降幅為17%，最高的銅川為31%，最低的咸陽(yáng)為10%，在復(fù)工復(fù)產(chǎn)期SO2的降幅在6%，而到了常態(tài)化階段咸陽(yáng)、銅川、寶雞的濃度有略微下降，西安還存在19%的下降，渭南則出現(xiàn)7.6%的增長(zhǎng).

(a)SO2 濃度

2.4 影響因素

2.4.1 自然因素

(1)地形因素

研究表明，受特殊地形條件影響往往會(huì)在地形上空形成逆溫層，而逆溫層是大氣污染形成的重要因子之一[31,32].關(guān)中盆地位于中國(guó)西北地區(qū)，南部為峰巒疊嶂、山勢(shì)陡峭的秦嶺高山(海拔1 000～2 320 m)，北部為黃土高原，中部為狹長(zhǎng)平原，這造就了南北高，中間低,向東呈喇叭口狀半封閉的盆地地形，這一獨(dú)特的地形使其在污染物擴(kuò)散方面扮演著重要角色和作用[33].

疫情期間，關(guān)中盆地5市SO2、CO和PM10的濃度呈現(xiàn)自東向西遞減的趨勢(shì)，NO2還表現(xiàn)出南高北低的特點(diǎn)，PM2.5則以西安、咸陽(yáng)為中心并逐漸向外輻射降低.總體而言，這種趨勢(shì)反應(yīng)出關(guān)中盆地地勢(shì)較高的地市(寶雞、銅川)污染物濃度要低于盆地內(nèi)部城市(西安、咸陽(yáng)).疫情期間，各污染物濃度的空間分布表現(xiàn)為：銅川市SO2的濃度相對(duì)較高，較高濃度的NO2和PM2.5位于西安和咸陽(yáng)，渭南則CO和PM10濃度相對(duì)較高，寶雞市各污染物濃度均比較低.由于O3的濃度通常受VOCs、NOx以及光照等影響，此處不再做進(jìn)一步討論.

(2)氣象條件

研究表明，氣象條件的也是影響區(qū)域空氣質(zhì)量的重要因素[34,35].通過(guò)對(duì)疫情期間關(guān)中盆地5市的風(fēng)速、風(fēng)向的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，渭南、西安、咸陽(yáng)盛行東北風(fēng)、東風(fēng)，而寶雞和銅川盛行東南風(fēng)和南風(fēng)(圖5)，這同魯淵平等[36]的研究結(jié)果相符，氣象條件對(duì)空氣質(zhì)量改善的貢獻(xiàn)可達(dá)35%[37].根據(jù)關(guān)中盆地氣象臺(tái)站獲得的數(shù)據(jù)表明，關(guān)中盆地疫情期間的平均氣溫為8 ℃，平均濕度為60%，平均風(fēng)速為2.3 m/s，較低的濕度和適宜的風(fēng)速都有利于污染物擴(kuò)散.在疫情初期，陜西全省平均氣溫1.6 ℃，(關(guān)中盆地為1.7 ℃)較常年同期偏高1.8 ℃，為強(qiáng)暖冬年，又是采暖期，加上較高的濕度，大氣中顆粒物質(zhì)量濃度增加，這導(dǎo)致了霾事件的發(fā)生.如渭南在1月25日出現(xiàn)了嚴(yán)重污染天氣，AQI表現(xiàn)異常突出，其首要污染物為PM10和PM2.5，主要由氣象條件所致.2020年1～2月份的大氣污染擴(kuò)散氣象條件較差，其中1月份明顯偏差，渭南市1月份的平均溫度為0.4 ℃，平均相對(duì)濕度為76%，雖然有較大的平均風(fēng)速(2.5 m/s)，但明顯增加的大氣濕度不利于污染物的擴(kuò)散且有利于顆粒物二次污染物的生成，這導(dǎo)致嚴(yán)重污染天氣出現(xiàn).盛行風(fēng)攜帶的污染物從關(guān)中盆地東部輸送到盆地內(nèi)[38]，但因?yàn)楦邩橇至?，風(fēng)道不暢，污染物不易消散.疫情期間空氣質(zhì)量最好的兩個(gè)城市分別是銅川和寶雞，其原因可能是銅川位于關(guān)中盆地的東北部邊緣，其較高的海拔以及較大的風(fēng)速(2.3 m/s)，使得污染物較咸陽(yáng)、西安等有更充分的稀釋和擴(kuò)散條件.因此，其污染物濃度較低，空氣質(zhì)量較好.寶雞地理位置偏西，東南風(fēng)和偏東風(fēng)攜帶的物質(zhì)隨著城市建筑物的阻擋和風(fēng)速的降低在沿途逐漸沉降，最終到達(dá)寶雞的污染物較西安和咸陽(yáng)要少.另一方面，疫情期間寶雞市的降水量要多于其他市，相關(guān)研究表明降雨有利于降低大氣中污染物濃度，在此期間內(nèi)空氣質(zhì)量逐漸變好[39].

(a)西安

2.4.2 人為因素

(1)工業(yè)減排

通常在大氣污染治理過(guò)程中，實(shí)施減排措施也是比較重要的一環(huán).尹曉梅等[37]的研究表明，2017北京霧霾日和重污染天氣的減少，減排貢獻(xiàn)65%；Wang等[40]的研究表明，持續(xù)的減排措施使中國(guó)在2014年和2015年P(guān)M2.5濃度分別減少23.9μg/m3和43.5μg/m3；Ma等[41]的研究表明，2014～2016年期間減排使長(zhǎng)三角地區(qū)PM2.5、PM10排放量分別下降26.3%和29.2%.高超群等[42]對(duì)關(guān)中盆地大氣污染現(xiàn)狀及特征進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)具有高污染特征的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是大氣污染嚴(yán)重最主要的原因，因此產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和減排能一定程度上減輕空氣污染.在2019年底前陜西政府對(duì)關(guān)中盆地完成“散亂污”工業(yè)企業(yè)綜合治理四千多戶；完成了工業(yè)爐窯和企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)污染物的綜合治理達(dá)600多家，關(guān)?；虬徇w11家城市建成區(qū)的鋼鐵企業(yè)；關(guān)停了10萬(wàn)千瓦以下燃煤熱電機(jī)組4.8萬(wàn)千瓦.同時(shí)在疫情嚴(yán)控期，大部分企業(yè)停工停產(chǎn)，3月逐漸復(fù)工復(fù)產(chǎn)，全省工業(yè)停產(chǎn)、半停產(chǎn)及減產(chǎn)企業(yè)合計(jì)2753戶.關(guān)中盆地軍工、電力(火電)、石油化工、機(jī)械等重工業(yè)分布密集，其工業(yè)總產(chǎn)值占到全省60%以上，這些企業(yè)成為大氣污染的重要排放源[43].政府的大氣治理措施和停工停產(chǎn)的限制在一定程度上減少了污染源的排放體量,NOx和PM2.5等得到減排，這一結(jié)果對(duì)空氣質(zhì)量改善有重要意義.

(2)機(jī)動(dòng)車排放

應(yīng)陜西省政府疫情防控辦的要求，全省公共交通和私有汽車暫停服務(wù)或限制出行，這導(dǎo)致2月份全省的交通量下滑了20.49%，整個(gè)月份省干線公路的日均流量為9593輛/日，環(huán)比下降31.31%.其中高速公路日均交通量為22 051輛/日，同比下降3.25%，環(huán)比下降19.74%；普通國(guó)省道公路日均交通量為4 763輛/日，同比下降41.22%，環(huán)比下降43.88%.在三月份隨著疫情防控措施的調(diào)整，交通網(wǎng)的日均流量才逐漸恢復(fù)到平日的正常水平(13 389輛/日)，同比增長(zhǎng)0.11%，環(huán)比增長(zhǎng)230.09%.機(jī)動(dòng)車出行減少帶來(lái)汽車尾氣的減排，這能減少尾氣對(duì)大氣的直接和間接污染.工業(yè)生產(chǎn)和機(jī)動(dòng)車排放是關(guān)中盆地二氧化氮的主要來(lái)源.相關(guān)研究表明，機(jī)動(dòng)車尾氣排放對(duì)西安市大氣中的二氧化氮貢獻(xiàn)率占比達(dá)38%，2014～2016年西安市二氧化氮年均質(zhì)量濃度連續(xù)超標(biāo)[44]，在疫情前關(guān)中盆地二氧化氮整體超標(biāo)0.17倍，疫情期間則未超標(biāo).

3 結(jié)論

新冠疫情作為一個(gè)特殊的“減排空窗期”對(duì)區(qū)域空氣質(zhì)量產(chǎn)生了比較明顯的改善效果.本文基于氣象、工業(yè)、交通等數(shù)據(jù)和資料，運(yùn)用了數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)和空間分析等方法對(duì)關(guān)中盆地疫情期間的空氣質(zhì)量變化及其影響進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論：

(1)疫情期間較嚴(yán)格的防控措施使得大氣污染物源排放量快速降低，強(qiáng)度減弱，關(guān)中5市平均優(yōu)良天數(shù)較2019年同期增加27天，重污染天氣減少11天，空氣質(zhì)量整體得到改善.從空間上存在的差異性來(lái)看，中、東部的咸陽(yáng)和渭南改善率均在31%，西部的寶雞改善率為13%(最小改善率).疫情期間空氣質(zhì)量最好的是銅川(Isum為4.31)，其次是寶雞(Isum為4.72)、渭南(Isum為5.19)、咸陽(yáng)(Isum為5.46)，西安空氣質(zhì)量最差(Isum為4.53).

(2)從整體來(lái)看，關(guān)中盆地在疫情期間空氣質(zhì)量和各類污染物平均濃度同2019年同期相比變化情況不一致，但整體上仍處于下降趨勢(shì).降幅為PM10(25.6%)、PM2.5(17%)、CO(16.4%)、NO2(14.8%)、SO2(13.6%).污染物組成按貢獻(xiàn)率大小依次是PM10、PM2.5、O3、NO2，區(qū)域內(nèi)以顆粒物為主的復(fù)合型污染特征沒(méi)有發(fā)生變化，PM2.5/PM10的值大于0.6，粗顆粒物在疫情期間得到較好的控制.疫情期間O3濃度增長(zhǎng)了6%，隨著太陽(yáng)輻射通量增加逐漸成為首要污染物.關(guān)中盆地污染物呈現(xiàn)自東向西遞減，同時(shí)還包含以高濃度為中心向外輻射降低的特點(diǎn)，地勢(shì)較高的地市(如寶雞和銅川)污染物濃度要低于盆地內(nèi)的地市(如西安和咸陽(yáng)).

(3)關(guān)中盆地空氣質(zhì)量受地形、氣象條件、工業(yè)和機(jī)動(dòng)車排放、施工等因素的綜合影響.地形加上不利的氣象條件會(huì)加重空氣污染，較好的氣象條件則會(huì)改善空氣質(zhì)量(疫情期間2.3 m/s的平均風(fēng)速)；工業(yè)和交通排放的NOx和CO的量減少，再加上太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，5市O3平均濃度在嚴(yán)防嚴(yán)控期較疫情前上升1.5倍，在夏季成為主要的污染物.同時(shí)CO(16.4%)是PM10(25.6%)和PM2.5(17%)外下降幅度最大的污染物，其原因同路面交通量下滑20.49%有關(guān).因此，政府在治理大氣污染的過(guò)程中應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)高排放機(jī)動(dòng)車的淘汰和替換，繼續(xù)加強(qiáng)相關(guān)污染排放企業(yè)的監(jiān)管與設(shè)備升級(jí)，重視冬季采暖設(shè)備和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)區(qū)域大氣污染治理的聯(lián)防聯(lián)控.