劉 穩(wěn)，詹慶明，戴文博，金章昌

（1. 武漢大學(xué)a.城市設(shè)計(jì)學(xué)院；b. 數(shù)字城市研究中心，武漢 430072；2. 深圳大學(xué)智慧城市研究院，廣東 深圳 518060；3. 廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣州 510060；4. 武漢市規(guī)劃研究院，湖北 襄陽(yáng) 441000）

人類(lèi)活動(dòng)是空氣污染的主要驅(qū)動(dòng)力，節(jié)假日慶?；顒?dòng)中燃放煙花爆竹會(huì)在短時(shí)間內(nèi)釋放大量污染物，導(dǎo)致污染物濃度急劇攀升（Godri et al., 2010;Dutschke et al., 2011; Jiang et al., 2015; Lai et al.,2017）。國(guó)外早在20世紀(jì)90年代，就對(duì)不同節(jié)假日活動(dòng)期間大氣污染物化學(xué)組分及其濃度變化特征進(jìn)行研究，如對(duì)美國(guó)獨(dú)立日（Seidel et al.,2015）、英國(guó)蓋伊?？怂怪梗≒ope et al.,2016）、印度排燈節(jié)（Barman et al., 2008）、荷蘭新年（Greven et al.,2019）以及馬耳他群島密集節(jié)日（Camilleri et al.,2010）等相關(guān)研究均表明，煙花爆竹的大量燃放會(huì)使得近地面大氣污染物濃度出現(xiàn)顯著上升、氣溶膠粒子化學(xué)組分及濃度發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致空氣質(zhì)量在短時(shí)間內(nèi)急速惡化，進(jìn)而對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害（Dyke et al.,1997;Fleischer et al.,1999）。

以往人們常會(huì)在新春佳節(jié)期間的除夕、初一以及元宵等中國(guó)重要傳統(tǒng)節(jié)日時(shí)段燃放大量煙花爆竹，若遭遇到不利擴(kuò)散的氣象條件，則會(huì)形成持續(xù)數(shù)日的污染天氣，造成嚴(yán)峻的空氣污染問(wèn)題（郭新喬等，2017；Singh et al.,2019）。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者也逐漸開(kāi)展了圍繞新春佳節(jié)前后期間空氣污染變化及煙花爆竹燃放對(duì)空氣質(zhì)量的影響等研究，一些研究（Tang et al., 2016; Zhang et al., 2017）表明，采取燃放煙花爆竹方式慶祝新春佳節(jié)，會(huì)釋放出遠(yuǎn)高于常規(guī)濃度的大氣顆粒物以及SO2、NO2、O3等氣態(tài)污染物，且導(dǎo)致顆粒物中水溶性離子（如SO2-4和NO-3等）及特征元素（如K+等）含量出現(xiàn)明顯升高。有學(xué)者（Kong et al.,2015;Yao et al.,2019）對(duì)新春佳節(jié)期間空氣污染物濃度進(jìn)行量化測(cè)度發(fā)現(xiàn)，該時(shí)期50%及以上的PM2.5污染來(lái)源于煙花爆竹的燃放，而除夕夜集中燃放的貢獻(xiàn)更大。還有研究（金軍 等，2007；趙素平 等，2012；郝天依 等，2019）進(jìn)一步對(duì)春節(jié)期間空氣污染的具體過(guò)程進(jìn)行分析得出，大氣污染最嚴(yán)重時(shí)段主要出現(xiàn)在大年初一T 00:00-01:00，該時(shí)段大氣顆粒物濃度會(huì)在短時(shí)間內(nèi)增長(zhǎng)數(shù)倍之多。煙花爆竹燃放不僅會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的大氣污染，還容易引發(fā)火災(zāi)和傷亡事故，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成諸多負(fù)面效應(yīng)（趙振英，2010）。因此，學(xué)者們（王繁強(qiáng)等，2008；Lai et al.,2017）呼吁采取禁鞭舉措，改用掛燈籠、寫(xiě)春聯(lián)、賞大戲以及燈光表演等方式營(yíng)造節(jié)日氣氛，慶祝新春佳節(jié)，以降低該時(shí)期空氣污染水平，減少對(duì)健康的危害。

當(dāng)前有關(guān)新春佳節(jié)期間煙花爆竹燃放對(duì)空氣質(zhì)量的影響研究主要集中在北京（金軍等，2007；Cheng et al., 2014;Lai et al., 2017）、天津（Tang et al., 2016；郝天依 等，2019）、上海（Feng et al.,2012;Yao et al., 2019）、南京（王紅磊 等，2014；Kong et al.,2015）、西安（王繁強(qiáng)等，2008；周變紅 等，2013）、蘭州（趙素平 等，2012）、重慶（韓余等，2014）等大城市，較少涉及中部地區(qū)的中等城市；研究多基于空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)國(guó)控站（Tang et al.,2016；郝天依等，2019）或?qū)I(yè)采樣儀器設(shè)備（Feng et al.,2012;Cheng et al.,2014；石琳琳等，2017）等少量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行新春佳節(jié)期間較大尺度或地區(qū)空氣污染的分析表征和解析溯源，較少對(duì)該時(shí)期空氣污染分布特征進(jìn)行空間刻畫(huà)，更少涉及局地尺度空氣污染變化過(guò)程的精細(xì)識(shí)別。此外，由于官方空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)或自主監(jiān)測(cè)采樣站點(diǎn)較少且稀疏以及站點(diǎn)周邊環(huán)境復(fù)雜等影響，監(jiān)測(cè)結(jié)果還可能存在站點(diǎn)代表性有限、時(shí)空污染特征識(shí)別不精準(zhǔn)等問(wèn)題。

空間插值分析是城市空氣污染空間變化研究的重要方法（郭新喬等，2017），可以利用特定空間范圍內(nèi)部分監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)推算同一區(qū)域其他未知位置的數(shù)據(jù)，從而了解整個(gè)區(qū)域空氣污染物的空間變化情況。但該方法在監(jiān)測(cè)站點(diǎn)明顯較少時(shí)，推算結(jié)果精度會(huì)顯著降低；同時(shí)受空間范圍大小、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)密度以及模型參數(shù)設(shè)置等綜合影響，空間插值結(jié)果也不能完全代替實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，只有在監(jiān)測(cè)站點(diǎn)達(dá)到一定數(shù)量且站點(diǎn)均勻分布的基礎(chǔ)上，插值結(jié)果才越接近真實(shí)情況（趙晨曦等，2014）。近些年，在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶和長(zhǎng)江中游城市群的建設(shè)驅(qū)動(dòng)下，中部地區(qū)快速城市化發(fā)展日漸產(chǎn)生突出的空氣污染問(wèn)題，襄陽(yáng)市作為長(zhǎng)江中游城市群的重要成員和漢江流域的中心城市，更是頻繁遭遇霧霾或灰霾天氣，以秋冬季尤甚（湖北省生態(tài)環(huán)境廳，2020），嚴(yán)重危害人們的身心健康。為此，襄陽(yáng)市在國(guó)控、省控空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)基礎(chǔ)上，開(kāi)展實(shí)施大氣污染防治網(wǎng)格化監(jiān)管示范區(qū)建設(shè)，并于2018年在襄陽(yáng)市中心城區(qū)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“襄陽(yáng)市區(qū)”）完成180個(gè)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)微型站的布設(shè)，建成“國(guó)—省—市”三級(jí)高密度、全方位的大氣環(huán)境監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)大了城市空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)范圍。高站點(diǎn)密度的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，不僅提高了空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)精度，也為高時(shí)空分辨率的污染物過(guò)程分析以及特殊污染時(shí)期大氣污染特征的精準(zhǔn)識(shí)別提供了可能。

因此，本文利用密集空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)微型站、氣象監(jiān)測(cè)站以及國(guó)控站等數(shù)據(jù)，借助高頻率空間插值分析、相關(guān)性分析、濃度特征比較等方法，探討2018年新春佳節(jié)期間局地尺度下襄陽(yáng)市區(qū)大氣污染時(shí)空規(guī)律特征，評(píng)估歷年春節(jié)期間煙花爆竹禁燃舉措的實(shí)施成效，以期為更精準(zhǔn)地制定春節(jié)期間襄陽(yáng)市大氣污染防控策略及應(yīng)對(duì)方案提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

作為中部地區(qū)湖北省新型工業(yè)基地和鄂西北中心城市，襄陽(yáng)市區(qū)被劃分為樊城、襄城、襄州、東津以及魚(yú)梁洲“四城一心”5 個(gè)片區(qū)，漢江、唐白河、小清河等水系于城市中間交匯。本文所用數(shù)據(jù)主要包括襄陽(yáng)市區(qū)微型站污染物濃度和同期氣象監(jiān)測(cè)要素，以及國(guó)控站污染物濃度等數(shù)據(jù)。其中，微型站污染物濃度數(shù)據(jù)來(lái)源于襄陽(yáng)市城區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站布設(shè)的微型站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包含2018 年2 月180個(gè)站點(diǎn)的PM2.5、PM10顆粒污染物和18 個(gè)站點(diǎn)的SO2、NO2、CO 氣態(tài)污染物逐時(shí)質(zhì)量濃度，用于分析局地尺度下新春佳節(jié)期間大氣污染物的時(shí)空變化；同期氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象局氣象信息中心①http://data.cma.cn/襄樊站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包含溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速以及能見(jiàn)度等氣象參數(shù)的每3 h 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，用于新春佳節(jié)期間大氣污染物對(duì)氣象變化的響應(yīng)分析；國(guó)控站污染物濃度數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站②http://www.cnemc.cn/的襄陽(yáng)市國(guó)控站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包含2016—2019 年4 個(gè)國(guó)控站的PM2.5、PM10顆粒污染物和SO2、NO2、CO 氣態(tài)污染物逐時(shí)質(zhì)量濃度，用于評(píng)估歷年煙花爆竹禁燃效果。各類(lèi)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位置如圖1所示。

1.2 研究方法

城市空氣污染的影響因素復(fù)雜多樣，空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)密度的高低、時(shí)間粒度的粗細(xì)，都決定著大氣污染規(guī)律特征識(shí)別的精準(zhǔn)程度（趙晨曦等，2014；宋潔等，2020）。通過(guò)在襄陽(yáng)市區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)微型站中隨機(jī)均勻選取20個(gè)站點(diǎn)作為驗(yàn)證點(diǎn)，并在A(yíng)rcGIS中選取反距離加權(quán)（IDW）、規(guī)則樣條函數(shù)（RS）以及普通克里金（OK）3種空間插值方法對(duì)剩余站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算和誤差比較，最終確定采用各項(xiàng)誤差均最小的普通克里金插值方法進(jìn)行新春佳節(jié)期間局地尺度下襄陽(yáng)市區(qū)大氣污染的空間變化分析。其中，除了常規(guī)刻畫(huà)新春佳節(jié)期間大氣污染物逐日質(zhì)量濃度空間分布外，在除夕至初一等重要時(shí)段提高空間插值分析頻率以刻畫(huà)該時(shí)段空氣污染物的逐時(shí)濃度空間分布，識(shí)別空氣污染的變化過(guò)程。在新春佳節(jié)期間空氣污染對(duì)氣象變化的響應(yīng)分析中，基于襄陽(yáng)市區(qū)微型站數(shù)據(jù)和同期氣象監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)，采用非參數(shù)相關(guān)分析中最經(jīng)典的斯皮爾曼（Spearman）秩相關(guān)系數(shù)分析新春佳節(jié)期間與整個(gè)二月份2個(gè)時(shí)間段各污染物變化與氣象要素的相關(guān)關(guān)系，探討新春佳節(jié)期間空氣污染物對(duì)氣象變化的響應(yīng)特征。最后，基于襄陽(yáng)市區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)國(guó)控站數(shù)據(jù)，進(jìn)行不同年份新春佳節(jié)期間污染物濃度變化的特征比較，分析歷年新春佳節(jié)期間空氣質(zhì)量變化情況，評(píng)估煙花爆竹禁放政策的實(shí)施效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 春節(jié)期間氣象條件分析

氣象要素對(duì)大氣污染物的生成、擴(kuò)散以及消減等具有重要的影響（Li et al.,2019），而氣象條件的多變性和隨機(jī)性造就污染物濃度變化的復(fù)雜性，因此有必要分析氣象條件變化。從表1 可以看出，2018年春節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)天氣雖無(wú)明顯冷空氣和降雪影響，但以多云、陰雨天氣為主，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠憋L(fēng)，除大年初一（2 月16 日）晝夜溫差較大外，其余日期溫度、風(fēng)速、氣壓均處在較穩(wěn)定狀態(tài)。具體地，除夕（2月15日）以北風(fēng)為主，風(fēng)速相對(duì)較大，相對(duì)濕度較小，整體有利于污染物的擴(kuò)散，能見(jiàn)度達(dá)16.8 km；初一（2 月16日）天氣多云轉(zhuǎn)晴，無(wú)持續(xù)風(fēng)向，晝夜溫差為春節(jié)期間最大，易引起城區(qū)熱島環(huán)流，使得城區(qū)外圍大氣污染物容易傳輸至城區(qū)；初二至初三（2月17日至18日）天氣由多云轉(zhuǎn)小雨，相對(duì)濕度均在80%以上，并出現(xiàn)持續(xù)北風(fēng)，有利于污染物的消減和擴(kuò)散；初四（2月19日）天氣從小雨轉(zhuǎn)多云，整體不利于污染物的擴(kuò)散，且能見(jiàn)度降至春節(jié)期間最低（2.8 km）；初五（2月20日）出現(xiàn)小雨和持續(xù)北風(fēng)，有利于污染物的消減和擴(kuò)散，相對(duì)濕度為85.4%而能見(jiàn)度為11.1 km；初六（2月21日）天氣轉(zhuǎn)陰，風(fēng)速較小，無(wú)持續(xù)風(fēng)向，氣象擴(kuò)散條件整體較差。

表1 2018年春節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)氣象條件逐日變化特征Table 1 Daily variation of meteorological factors in Xiangyang during Spring Festival in 2018

2.2 春節(jié)期間空氣污染時(shí)間分布特征分析

2.2.1 逐日濃度特征 襄陽(yáng)市區(qū)2018 年新春佳節(jié)期間（初五除外）空氣質(zhì)量整體較差，PM2.5和PM10顆粒污染物日均質(zhì)量濃度均較高（圖2-a），而SO2、NO2、CO 等氣態(tài)污染物日均質(zhì)量濃度僅在除夕至初一有明顯上升，過(guò)后SO2、NO2質(zhì)量濃度逐漸下降，CO 則無(wú)明顯變化（圖2-b）。具體地，盡管除夕當(dāng)天（2月15日）氣象條件整體有利于污染物擴(kuò)散，但受本地企業(yè)未完全停工、市民返鄉(xiāng)出行等影響，空氣質(zhì)量為輕度污染；初一（2 月16 日）天氣不利于污染物消減擴(kuò)散，PM2.5和PM10日均質(zhì)量濃度突然上升至183.1 和231.3μg/m3，增幅分別高達(dá)69.4%和31.9%，空氣質(zhì)量變?yōu)橹囟任廴?，可能是受除夕夜跨年和初一清晨開(kāi)門(mén)集中燃放煙花爆竹的影響；隨后初二至初三（2月17至18日）氣象擴(kuò)散條件稍微變好，空氣質(zhì)量稍有好轉(zhuǎn)，但仍為中度污染水平；初四（2 月19 日）氣象擴(kuò)散條件變差，空氣質(zhì)量又變?yōu)榕c初一基本相當(dāng)?shù)闹囟任廴?；初五? 月20 日）擴(kuò)散條件變好，PM2.5和PM10日均質(zhì)量濃度迅速下降至88.2和115.9μg/m3，空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)為良好，說(shuō)明除夕夜至大年初一煙花爆竹燃放的影響到此結(jié)束；初六（2月21日）氣象擴(kuò)散條件整體較差，空氣質(zhì)量又轉(zhuǎn)為中度污染，排除燃放煙花爆竹的影響后，可以斷定污染主要源于本地污染排放的累積。

進(jìn)一步對(duì)更長(zhǎng)時(shí)間尺度——2018年2月大氣污染物日均質(zhì)量濃度變化（圖3）分析發(fā)現(xiàn)，整個(gè)2月份出現(xiàn)2 次明顯污染過(guò)程：第一次嚴(yán)重污染過(guò)程（9-11日）主要受到全國(guó)性強(qiáng)冷空氣南下造成的沙塵傳輸影響（李曉蘭等，2018），隨后在12日較大晝夜溫差引起較強(qiáng)熱島環(huán)流等有利氣象條件作用下，顆粒物質(zhì)量濃度逐漸降低；第二次重度污染過(guò)程（15-19日）無(wú)明顯冷空氣影響，可能主要是除夕夜跨年和大年初一清晨開(kāi)門(mén)時(shí)段大量煙花爆竹集中燃放所致，并在不利擴(kuò)散氣象天氣下持續(xù)4 d 達(dá)到中度或重度污染。相比大氣顆粒物污染，氣態(tài)污染物日均質(zhì)量濃度在第一次嚴(yán)重污染過(guò)程中波動(dòng)不明顯，而在第二次重度污染過(guò)程中，SO2、NO2日均質(zhì)量濃度從除夕至初一均出現(xiàn)上升，但因大部分工業(yè)生產(chǎn)停工、機(jī)動(dòng)車(chē)出行減少等的影響，初一過(guò)后SO2、NO2質(zhì)量濃度均呈逐漸下降趨勢(shì)。

2.2.2 逐時(shí)濃度特征 2018年新春佳節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)PM2.5和PM10逐時(shí)質(zhì)量濃度波動(dòng)明顯，二者變化特征基本一致（Spearman秩相關(guān)系數(shù)為0.936），二者具有同源性（圖4-a）；SO2和NO2對(duì)集中燃放煙花爆竹的響應(yīng)較明顯，逐時(shí)質(zhì)量濃度變化有一定差異，整體呈下降趨勢(shì)（圖4-b）。具體地，從除夕夜T 19:00開(kāi)始，為迎接新年的到來(lái)，燃放煙花爆竹陸續(xù)增加，使得PM2.5和PM10質(zhì)量濃度逐步升高；而在跨年時(shí)刻和初一清晨開(kāi)門(mén)時(shí)段又會(huì)出現(xiàn)集中且大量煙花爆竹的燃放，導(dǎo)致PM2.5和PM10質(zhì)量濃度在T 00:00過(guò)后直線(xiàn)升高，并在初一早上T 08:00達(dá)到春節(jié)期間的峰值（246.6、290.8μg/m3），個(gè)別單站最高值達(dá)400、748μg/m3，午后隨著燃放煙花爆竹的結(jié)束和氣象擴(kuò)散條件的改善，顆粒物質(zhì)量濃度逐漸下降；盡管初二至初四顆粒物逐時(shí)質(zhì)量濃度有波動(dòng)，但整體仍處于較高污染水平；初五在濕沉降作用下，顆粒物質(zhì)量濃度在凌晨迅速下降，全天大部分時(shí)間質(zhì)量濃度＜100μg/m3；而初六又回升至較高污染水平，這可能因?yàn)榘菽曜哂H戚帶來(lái)的機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放、土壤揚(yáng)塵、餐廚油煙以及不利氣象條件所導(dǎo)致。相比PM2.5和PM10顆粒物污染，SO2和NO2質(zhì)量濃度對(duì)除夕夜至初一集中燃放煙花爆竹的響應(yīng)較明顯，也在初一T 00:00 過(guò)后出現(xiàn)瞬時(shí)上升；而在初一T 10:00—18:00，SO2、NO2、CO等氣態(tài)污染物質(zhì)量濃度均出現(xiàn)明顯下降，這可能是受到白天市區(qū)氣溫迅速升高產(chǎn)生熱島環(huán)流對(duì)氣態(tài)污染物的擴(kuò)散影響；在T 18:00—22:00，氣態(tài)污染物質(zhì)量濃度又出現(xiàn)大幅上升，以NO2最為顯著，這可能是因?yàn)樵摃r(shí)段受到襄陽(yáng)古城舉辦廟會(huì)活動(dòng)及走親訪(fǎng)友導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車(chē)出行增加等的影響。

為進(jìn)一步確定襄陽(yáng)古城舉辦廟會(huì)活動(dòng)對(duì)空氣質(zhì)量的影響，分別選取位于襄城、樊城、襄州區(qū)3個(gè)典型監(jiān)測(cè)站點(diǎn)在除夕至初一時(shí)段的污染物逐時(shí)質(zhì)量濃度作分析（圖5）發(fā)現(xiàn)：3 個(gè)典型站點(diǎn)的PM2.5和PM10逐時(shí)質(zhì)量濃度變化與襄陽(yáng)市區(qū)的總體變化特征基本一致，但位于襄城區(qū)古城片區(qū)的惠安巷東街微型站在初一T 18:00—22:00，SO2、NO2、CO等氣態(tài)污染物逐時(shí)質(zhì)量濃度出現(xiàn)急劇上升，而襄州、樊城的2個(gè)典型站點(diǎn)逐時(shí)質(zhì)量濃度波動(dòng)變化并不大，這反映出大年初一晚上襄城區(qū)古城廟會(huì)活動(dòng)及該時(shí)段內(nèi)交通出行增加對(duì)周邊空氣環(huán)境造成了一定影響。

2.3 春節(jié)期間空氣污染空間分布特征分析

分析污染物的空間分布特征，可進(jìn)一步了解空氣污染的空間差異，進(jìn)而確定大氣污染規(guī)律特征及其影響因素。受篇幅限制，僅顯示襄陽(yáng)市區(qū)PM2.5和PM10日均質(zhì)量濃度空間分布。從圖6 可以看出，2018 年新春佳節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)PM2.5與PM10日均質(zhì)量濃度整體空間分布基本一致，在除夕、初二至初五的PM2.5和PM10日均質(zhì)量濃度均呈現(xiàn)“南高北低”污染態(tài)勢(shì)，而初一、初六則呈現(xiàn)污染連綿成片、大范圍覆蓋等特點(diǎn)。具體地，除夕當(dāng)天，在持續(xù)北風(fēng)作用下，顆粒物污染空間分布呈“南高北低”態(tài)勢(shì)下的輕度污染；初一受城區(qū)外圍在除夕夜和初一早上集中燃放煙花爆竹影響，在西北風(fēng)和東南風(fēng)的交替作用以及熱島環(huán)流作用下將污染物傳輸至城區(qū)，疊加本地生活污染排放后，造成襄陽(yáng)市區(qū)大范圍的重度污染；初二、初三（2月17—18日）在雨水的濕沉降作用和持續(xù)偏北風(fēng)作用下，污染物質(zhì)量濃度稍有降低并向南擴(kuò)散，在襄城區(qū)峴山諸峰北側(cè)出現(xiàn)明顯集聚，同時(shí)向東西兩側(cè)延展，但因本身環(huán)境濃度較高，空氣質(zhì)量仍呈現(xiàn)明顯以漢江與唐白河為界、“南高北低”態(tài)勢(shì)下的中度污染；初四（2月19日）在背景環(huán)境污染水平較高的基礎(chǔ)上，疊加走親訪(fǎng)友帶來(lái)機(jī)動(dòng)車(chē)出行增加的尾氣排放和道路揚(yáng)塵的影響，加之不利氣象擴(kuò)散條件，市區(qū)呈現(xiàn)明顯“南高北低”態(tài)勢(shì)下的重度污染；初五（2月20日）在小雨和持續(xù)北風(fēng)作用下，顆粒物污染得到有效消除和疏散，空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)為良好，這與馬小會(huì)等（2015）得出在正月初五（“破五”習(xí)俗）空氣污染會(huì)突然加劇的研究結(jié)果稍有不同；初六（2月21日）天氣轉(zhuǎn)陰，風(fēng)速較小，作為重要?jiǎng)?wù)工返程日，機(jī)動(dòng)車(chē)出行明顯增加，加之氣象擴(kuò)散條件較差，交通尾氣、土壤揚(yáng)塵等污染持續(xù)累積，導(dǎo)致市區(qū)大范圍的中度污染。

進(jìn)一步對(duì)除夕夜至初一重要時(shí)段逐時(shí)質(zhì)量濃度空間分布（圖7）分析得出，襄陽(yáng)市區(qū)外圍城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村地區(qū)從除夕夜T 19:00 左右開(kāi)始陸續(xù)燃放煙花爆竹，在持續(xù)北風(fēng)作用下，污染物先從西北方向逐漸傳輸至城區(qū)；隨后在跨年時(shí)刻T 00:00 與初一T 06:00—09:00 開(kāi)門(mén)時(shí)段集中燃放煙花爆竹，在西北風(fēng)和東南風(fēng)的交替作用以及熱島環(huán)流作用下，污染物以“農(nóng)村包圍城市”態(tài)勢(shì)“侵襲”城區(qū)，并在T 12:00 左右越過(guò)城區(qū)南部連綿山體，逐漸覆蓋城區(qū)絕大部分區(qū)域；隨著市區(qū)外圍煙花爆竹結(jié)束燃放，在T 12:00 過(guò)后顆粒物質(zhì)量濃度逐漸下降，并在東南風(fēng)作用下逐步擴(kuò)散。不管是春節(jié)期間顆粒物污染日均質(zhì)量濃度空間分布，還是除夕夜至大年初一的逐時(shí)質(zhì)量濃度空間分布，均可看出襄城區(qū)峴山諸峰北側(cè)（尤其是襄陽(yáng)古城片區(qū)）、樊城區(qū)建華路與七里河路生活片區(qū)、襄州區(qū)鉆石大道與奔馳大道交叉口周邊生活片區(qū)以及其他居住商業(yè)集中區(qū)域是PM2.5和PM10顆粒物質(zhì)量濃度的常見(jiàn)高值區(qū)域，說(shuō)明除外來(lái)污染傳輸外，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣、土壤揚(yáng)塵、以及餐廚油煙等本地污染也是春節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)空氣污染的主要來(lái)源。

2.4 春節(jié)期間空氣污染對(duì)氣象變化的響應(yīng)分析

從表2看，春節(jié)期間與整個(gè)二月份大氣污染物逐時(shí)質(zhì)量濃度對(duì)氣象要素的響應(yīng)存在明顯差異，前者各污染物與大部分氣象要素不存在顯著相關(guān)性，而后者各污染物與大部分氣象要素存在顯著或正或負(fù)的相關(guān)關(guān)系，反映春節(jié)期間氣象要素對(duì)襄陽(yáng)市區(qū)空氣污染的影響較小，而煙花爆竹燃放、特殊節(jié)慶活動(dòng)以及非常規(guī)機(jī)動(dòng)車(chē)出行等非氣象要素的影響顯著。具體地，春節(jié)期間各污染物與溫度、風(fēng)速均不存在顯著相關(guān)性，而從整個(gè)二月份看，PM2.5和PM10顆粒物與溫度均呈顯著正相關(guān)，與氣壓呈顯著負(fù)相關(guān)，與風(fēng)速不存在顯著相關(guān)關(guān)系，而SO2和NO2氣態(tài)污染物與溫度、風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)，與氣壓呈顯著正相關(guān)，這說(shuō)明風(fēng)速不是影響春節(jié)期間和整個(gè)二月襄陽(yáng)市區(qū)顆粒物污染的主要?dú)庀笠?，但風(fēng)速對(duì)該期間氣態(tài)污染物的輸運(yùn)擴(kuò)散作用較明顯。從整個(gè)二月份看，PM2.5、PM10以及CO 與相對(duì)濕度呈顯著正相關(guān)，而SO2、NO2與相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，而春節(jié)期間僅SO2、PM2.5/PM10與相對(duì)濕度分別呈顯著負(fù)、正相關(guān)，這反映在冬季二月份濕沉降作用有利于SO2和NO2氣態(tài)污染物的消減，而在未降雨情況下，一定范圍內(nèi)的相對(duì)濕度有利于顆粒物污染的二次生成。春節(jié)期間PM2.5、PM2.5/PM10與能見(jiàn)度呈顯著負(fù)相關(guān)，SO2與能見(jiàn)度呈顯著正相關(guān)，這與二月份相應(yīng)污染物對(duì)氣象要素的響應(yīng)較為一致，反映相比氣態(tài)污染物，顆粒物污染對(duì)大氣能見(jiàn)度的削弱作用更為明顯。

表2 2018年春節(jié)期間與整個(gè)二月份襄陽(yáng)市區(qū)大氣污染物逐時(shí)質(zhì)量濃度與氣象要素的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis between hourly concentration of air pollutants and meteorological elements in Xiangyang during Spring Festival and February in 2018

2.5 春節(jié)期間空氣污染的影響因素分析

從外來(lái)污染傳輸、本地污染排放、氣象條件以及地理環(huán)境等方面分析2018年春節(jié)期間局地尺度下襄陽(yáng)市區(qū)空氣污染的影響因素。

1）市區(qū)外圍煙花爆竹燃放是造成春節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)除夕夜至初一空氣污染突變嚴(yán)峻并持續(xù)至初四的主要原因。由于春節(jié)期間工業(yè)生產(chǎn)、建筑工地、交通出行等人為活動(dòng)明顯減少，且襄陽(yáng)市區(qū)早在2016年就對(duì)春節(jié)期間實(shí)施全面禁鞭并持續(xù)擴(kuò)大禁鞭區(qū)域，因此可以推斷2018年春節(jié)期間（尤其是除夕夜至初一）大氣顆粒物質(zhì)量濃度整體較高，空氣質(zhì)量較差，主要是因?yàn)槭袇^(qū)外圍周邊非禁鞭地區(qū)燃放煙花爆竹造成污染物向市區(qū)傳輸所致，而SO2和NO2污染逐時(shí)質(zhì)量濃度在除夕至初一重要時(shí)段雖有明顯上升但漲幅較小，這可能是因?yàn)橥鈦?lái)氣態(tài)污染物在傳輸過(guò)程中逐漸產(chǎn)生二次轉(zhuǎn)化或被城區(qū)建成環(huán)境要素逐漸稀釋所致。

2）交通尾氣、道路揚(yáng)塵、居住商業(yè)餐廚油煙等也是春節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)空氣污染的重要源頭。襄陽(yáng)地區(qū)秋冬季節(jié)易受西北沙塵南下、秋季焚燒秸稈以及春節(jié)期間煙花爆竹燃放等影響，從而出現(xiàn)典型污染天氣。而2018 年春節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)空氣質(zhì)量由初四重度污染突轉(zhuǎn)為初五良好，表明燃放煙花爆竹影響的結(jié)束，而作為春節(jié)假期重要返程日的初六空氣質(zhì)量又突然變?yōu)橹卸任廴?，在無(wú)外源污染輸入的情況下，說(shuō)明該期間空氣污染主要來(lái)源于機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣、道路揚(yáng)塵、居民生活等本地污染排放。

3）特殊的地理環(huán)境和復(fù)雜多變的氣象條件是春節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)空氣污染的重要因素。襄陽(yáng)市區(qū)位于東部丘陵與西部山地之間的廣闊地帶，外加城南群山疊翠而形成三面環(huán)山的特殊地理環(huán)境，北部是漢江河谷的低平口，同時(shí)也是北方氣流南下的必經(jīng)之道。當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)時(shí)，不利于襄陽(yáng)市區(qū)空氣污染的擴(kuò)散稀釋?zhuān)髿馕廴疚锿S風(fēng)南下而被城區(qū)南部連綿山體“攔截”，在峴山諸峰北側(cè)累積，造成明顯的“南高北低”污染態(tài)勢(shì)，而攜帶西北沙塵污染的北風(fēng)南下時(shí)，還會(huì)進(jìn)一步加重空氣污染；當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)時(shí)，有利于襄陽(yáng)市區(qū)空氣污染的擴(kuò)散消減，南風(fēng)經(jīng)過(guò)市區(qū)會(huì)將大氣污染物向北部開(kāi)闊區(qū)域吹散，持續(xù)的南風(fēng)途經(jīng)市區(qū)南部山間河谷，在“狹管效應(yīng)”作用下還會(huì)進(jìn)一步加快風(fēng)速，促進(jìn)污染物的擴(kuò)散和稀釋?zhuān)鴶y帶外來(lái)污染的南風(fēng)也會(huì)被南部連綿諸峰阻擋和過(guò)濾。

2.6 歷年春節(jié)期間空氣質(zhì)量的比較分析

從2016—2019年不同時(shí)間尺度下襄陽(yáng)市區(qū)大氣污染物平均濃度對(duì)比結(jié)果（圖8）看，近4年襄陽(yáng)市區(qū)空氣污染狀況整體有所改善，這與襄陽(yáng)市持續(xù)采取大氣污染防治舉措密切相關(guān)；但當(dāng)前空氣污染仍處在較高水平，冬季空氣污染較為突出，明顯高于全年均值；各年份空氣污染具有明顯“春節(jié)效應(yīng)”。具體地，2016—2019 年春節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)PM2.5和PM10平均質(zhì)量濃度均高于同年二月份和全年的相應(yīng)均值，呈現(xiàn)“春節(jié)效應(yīng)”，這與一些學(xué)者（胡丙鑫等，2019）的研究結(jié)果類(lèi)似；2017 和2018 年新春佳節(jié)期間PM2.5和PM10平均質(zhì)量濃度高于同年冬季均值，而2016 和2019 年低于同年冬季均值，這主要是因?yàn)?016 和2019 年冬季遭遇多次西北沙塵南下侵襲及不利擴(kuò)散的氣象天氣；2016—2019年新春佳節(jié)期間SO2和NO2平均質(zhì)量濃度低于二月份、冬季以及全年均值，主要是因?yàn)樵摃r(shí)期大部分工業(yè)生產(chǎn)停工、機(jī)動(dòng)車(chē)出行減少等造成的氣態(tài)污染物排放減少；春節(jié)期間CO 平均質(zhì)量濃度與其他時(shí)期大致相當(dāng)，則反映CO相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)特性。

從1995年開(kāi)始襄陽(yáng)市就對(duì)中心城區(qū)實(shí)施過(guò)禁鞭政策，隨后2006年國(guó)務(wù)院及地方政府有關(guān)煙花爆竹燃放的管理規(guī)定相繼出臺(tái)（中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院，2006；湖北省人民政府，2006），全國(guó)多數(shù)大中型城市于2007 年對(duì)煙花爆竹實(shí)施由“禁”改“限”的管理政策；經(jīng)過(guò)近10年的有限“開(kāi)禁”，襄陽(yáng)市政府又于2016年對(duì)市區(qū)重新施行全面禁鞭，并逐年擴(kuò)大禁鞭范圍區(qū)域（襄陽(yáng)市人民政府，2015），此舉有效地改善了春節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)整體空氣質(zhì)量（圖9）。從表3 可以看出，隨著禁鞭舉措的嚴(yán)格落實(shí)，2016 年春節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)空氣質(zhì)量相對(duì)較好，2017年有所反彈，但過(guò)后整體空氣質(zhì)量逐步有所改善。而2016—2019年春節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)大氣污染物日均濃度變化（圖10）表明，盡管春節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)空氣質(zhì)量整體有所改善，但PM2.5、PM10、SO2日均質(zhì)量濃度受除夕至初一市區(qū)外圍集中煙花爆竹燃放的影響仍較為明顯，一般會(huì)持續(xù)3 d 左右，初四逐漸轉(zhuǎn)為本地污染排放影響主導(dǎo)，而NO2、CO的響應(yīng)不明顯。具體地，從除夕至初一，PM2.5、PM10日均質(zhì)量濃度均顯著升高，在初二、初三仍保持較高污染水平，初四以后逐漸下降（2018年除外）；SO2日均質(zhì)量濃度變化與PM2.5、PM10較為一致；NO2日均質(zhì)量濃度雖有波動(dòng)，但整體呈下降趨勢(shì)，反映工業(yè)生產(chǎn)停工、機(jī)動(dòng)車(chē)出行減少等的影響；CO 日均質(zhì)量濃度變化總體較為穩(wěn)定，無(wú)明顯規(guī)律，這與王哲等（2014）的研究基本一致。

表3 2016—2019年春節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)逐日空氣質(zhì)量對(duì)比分析Table 3 Daily air quality in Xiangyang during Spring Festival from 2016 to 2019

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

基于近地面空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)密集微型站、氣象監(jiān)測(cè)站以及國(guó)控站等數(shù)據(jù)，分析了中國(guó)中部地區(qū)典型中等城市局地尺度下襄陽(yáng)市區(qū)2018年新春佳節(jié)期間大氣污染物時(shí)空規(guī)律特征，評(píng)估了該期間煙花爆竹禁燃舉措的實(shí)施成效。主要結(jié)論為：

1）2018 年新春佳節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)天氣總體平穩(wěn)，空氣質(zhì)量整體較差，受市區(qū)外圍周邊地區(qū)在除夕至初一燃放煙花爆竹影響，空氣質(zhì)量由除夕輕度轉(zhuǎn)為初一重度污染；從除夕夜T 19:00 開(kāi)始，PM2.5和PM10質(zhì)量濃度逐步上升，初一T 00:00 過(guò)后直線(xiàn)升高，至早上T 08:00 達(dá)到春節(jié)期間峰值（246.6、290.8μg/m3），SO2、NO2質(zhì)量濃度在煙花爆竹集中燃放時(shí)段也有明顯上升，而CO的響應(yīng)不明顯。

2）2018 年春節(jié)期間局地尺度下的襄陽(yáng)市區(qū)PM2.5和PM10日均質(zhì)量濃度空間分布整體較為一致，在除夕、初二至初五，均呈現(xiàn)以漢江與唐白河為界、“南高北低”中度以上污染態(tài)勢(shì)，而初一、初六則呈現(xiàn)污染連綿成片、大范圍覆蓋等特點(diǎn)。

3）市區(qū)外圍周邊地區(qū)煙花爆竹燃放是造成新春佳節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)除夕夜至大年初一空氣污染突變嚴(yán)峻并持續(xù)至初四的主要誘因；交通尾氣、道路揚(yáng)塵、居住商業(yè)餐廚油煙等是新春佳節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)空氣污染的重要源頭；獨(dú)特的地理環(huán)境和復(fù)雜多變的氣象條件是造成襄陽(yáng)市區(qū)空氣污染的重要因素。

4）2016—2019 年襄陽(yáng)市區(qū)空氣污染整體有所改善，這與持續(xù)采取大氣污染防治舉措密切相關(guān)；各年份空氣污染具有明顯“春節(jié)效應(yīng)”，受煙花爆竹燃放影響一般會(huì)持續(xù)3 d 輕度以上污染，初四逐漸轉(zhuǎn)為本地污染排放影響主導(dǎo)；逐年擴(kuò)大禁鞭區(qū)域，有效地改善了新春佳節(jié)期間襄陽(yáng)市區(qū)整體空氣質(zhì)量。

本文揭示了相比采用稀疏站點(diǎn)的局地尺度大氣污染研究，采用高密度站點(diǎn)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合高時(shí)間分辨率的污染物時(shí)空分布刻畫(huà)，可用于局地尺度下大氣污染時(shí)空變化的精準(zhǔn)識(shí)別和過(guò)程推導(dǎo)，為特殊時(shí)期和污染天氣下大氣污染防控治理提供更可靠的參考依據(jù)。

3.2 建議

1）考慮到襄陽(yáng)市獨(dú)特地理環(huán)境以及秋冬季盛行偏北風(fēng)，應(yīng)逐步實(shí)現(xiàn)中心城區(qū)禁鞭全覆蓋并向外圍（尤其是北部）進(jìn)一步擴(kuò)大煙花爆竹禁燃范圍。如新增北部襄州區(qū)張家集鎮(zhèn)、雙溝鎮(zhèn)、伙牌鎮(zhèn)等區(qū)域?yàn)榻迏^(qū)域，逐步實(shí)現(xiàn)二廣高速公路、福銀高速公路、襄陽(yáng)東南外環(huán)繞城高速合圍區(qū)域的禁鞭全覆蓋；考慮城市發(fā)展速度和污染傳輸規(guī)律，及時(shí)更新和擴(kuò)大煙花爆竹禁放范圍，適當(dāng)新增煙花爆竹活躍區(qū)域?yàn)榻迏^(qū)域，減少周邊農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及縣市煙花爆竹燃放對(duì)襄陽(yáng)市區(qū)空氣質(zhì)量的傳輸影響。

2）結(jié)合襄陽(yáng)市傳統(tǒng)文化習(xí)俗，利用高密度大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)節(jié)假日重點(diǎn)時(shí)段禁鞭宣傳、監(jiān)管及整治力度。尤其是在除夕團(tuán)圓飯（T 11:00至14:00和17:00至19:00）、除夕夜跨年（T 20:00至初一凌晨02:00）、初一開(kāi)門(mén)迎新（T 06:00 至09:00）、初五店號(hào)開(kāi)張（T 08:00 至10:00）以及元宵節(jié)（T 19:00至24:00）等重要時(shí)段，提倡發(fā)揚(yáng)綠色環(huán)保方式營(yíng)造節(jié)日氣氛，慶祝新春佳節(jié)。

3）依托襄陽(yáng)市級(jí)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，進(jìn)一步加強(qiáng)除春節(jié)等傳統(tǒng)節(jié)假日以外時(shí)間的大氣污染監(jiān)管治理，綜合改善城市空氣質(zhì)量。結(jié)合襄陽(yáng)市下一階段加密空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)微型站、新增大氣污染超級(jí)站和邊界站等建設(shè)工作，進(jìn)一步開(kāi)展大氣污染重點(diǎn)區(qū)域識(shí)別、污染物組分解析以及顆粒物光學(xué)特性分析，確定春節(jié)等節(jié)假日期間污染物具體來(lái)源區(qū)域及其貢獻(xiàn)，為制定更精準(zhǔn)、更全面的大氣污染防治舉措提供依據(jù)和參考。

致謝：感謝襄陽(yáng)市城區(qū)生態(tài)環(huán)境環(huán)境監(jiān)測(cè)站和襄陽(yáng)市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；感謝中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院鄒濱教授提供的修改意見(jiàn)。