趙 靜，倪 裳，田華婧，胡 振

(1.湖北省生態(tài)環(huán)境廳恩施州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，湖北 恩施 445000；2.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070；3.武漢湖振煜環(huán)境科技有限公司，湖北 武漢 430100)

1 引言

近年來，由于環(huán)境空氣質(zhì)量的逐步惡化，大氣污染的治理工作受到高度重視，如何提升環(huán)境空氣質(zhì)量被頻繁提及[1～5]。謝劍鋒等[6]研究冀南地區(qū)空氣質(zhì)量變化規(guī)律，說明機(jī)動車限行、工業(yè)企業(yè)停產(chǎn)等防控舉措確實(shí)有利于本地一次排放污染物濃度的降低。王翔等[7]分析京津冀、長三角及珠三角地區(qū)的空氣質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)NO2對京津冀、長三角、珠三角地區(qū)空氣綜合質(zhì)量提升都存在主要阻礙作用，京津冀、長三角、珠三角地區(qū)需加大金融支持、加強(qiáng)政策處罰力度，降低NO2排放量。王璐瑤[8]分析合肥市環(huán)境空氣質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)與NO2和PM2.5濃度有關(guān)的有綠化覆蓋率、總?cè)丝跀?shù)、廢氣污染物排放量、人均生產(chǎn)總值、生產(chǎn)總值、汽車擁有總量。戴楠珍[9]基于2016～2020年福建省國控環(huán)境空氣自動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析污染物的變化特征，發(fā)現(xiàn)“十三五”前后不同污染物呈明顯時空分布特征。丁鐳等[10]以湖北省17個城市2004～2013年的空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)分析城市環(huán)境空氣質(zhì)量的時空演化特征及主要影響因素，冬季的1月份和12月份是空氣污染最嚴(yán)重時期。眾多地區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量總體變好，但是依然存PM2.5和O3等污染物為特征的復(fù)合型污染日益突出的問題[10～13]。

“十三五”期間，恩施州環(huán)境空氣質(zhì)量逐年變好，環(huán)境空氣綜合指數(shù)逐年降低，環(huán)境空氣優(yōu)良率不斷提高。部分縣市環(huán)境空氣質(zhì)量常年保持較高水平，利川市、鶴峰縣“十三五”期間環(huán)境空氣優(yōu)良率全都保持在95%以上。恩施州作為武陵山區(qū)水土保持與生物多樣性生態(tài)功能區(qū)的重要組成部分[14～16]，也作為“十三五”全國337個地級及以上考核城市，同時也是“十三五”全省17個重點(diǎn)考核城市，為科學(xué)進(jìn)行“十四五”期間的大氣污染防治工作，對恩施州“十三五”期間的空氣質(zhì)量特征以及污染來源進(jìn)行了分析。

2 研究區(qū)域與研究方法

2.1 區(qū)域概況

恩施州全稱恩施土家族苗族自治州，位于湖北省西南部，E108°～110°，N29°～31°。恩施自治州所轄有恩施、利川、巴東、建始、宣恩、咸豐、來風(fēng)、鶴峰8個縣 (市)[17～20]?！笆濉逼陂g，恩施州8縣市均完成城市環(huán)境空氣自動監(jiān)測站六參數(shù)監(jiān)測指標(biāo)的任務(wù)或改造升級，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)傳輸，實(shí)時發(fā)布監(jiān)測數(shù)據(jù)。全州共建成3個國控監(jiān)測點(diǎn)，10個省控監(jiān)測點(diǎn)，所有空氣自動站均建設(shè)在環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)二類區(qū)。

2.2 研究方法

恩施州城市環(huán)境空氣質(zhì)量評價方法采用環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)法，依照《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定》(HJ 633-2012)來評價城市綜合指數(shù)、優(yōu)良天數(shù)及污染物濃度。恩施州城市環(huán)境空氣質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)依照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095-2012)執(zhí)行，選取“年平均”值及“日平均值”進(jìn)行評價。

3 結(jié)果討論

3.1 “十三五”環(huán)境空氣質(zhì)量特征

2020年恩施州環(huán)境空氣質(zhì)量總體良好。全州8個縣市城市環(huán)境空氣質(zhì)量均達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)率100%。各縣市主要污染物濃度值均符合環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，部分污染物濃度已達(dá)到空氣質(zhì)量一級標(biāo)準(zhǔn)。詳見表1。

表1 2020年恩施州主要污染物年均濃度

全州城市空氣質(zhì)量平均優(yōu)良天數(shù)為352 d，平均優(yōu)良天數(shù)比例為97.6%，8個縣市城市優(yōu)良天數(shù)比例均在95%以上。

全州累計發(fā)生污染天氣68 d次，其中輕度污染53 d次，中度污染13 d次，重度污染2 d次。污染天氣發(fā)生時，PM2.5為首要污染物共有67 d次，O3為首要污染物1 d次。全州環(huán)境空氣質(zhì)量各級別天數(shù)比例見圖1。

圖1 2020年全州環(huán)境空氣質(zhì)量各級別天數(shù)比例

3.2 污染來源分析

在打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的政策背景下，恩施州于2018年啟動了州城顆粒物源解析研究項(xiàng)目。該研究項(xiàng)目主要探究恩施州城PM2.5及臭氧不同季節(jié)特征水平及污染成因，選擇在2018年3月至2019年2月期間的春、夏、秋、冬季對環(huán)境大氣進(jìn)行觀測。

3.2.1 細(xì)顆粒物(PM2.5)來源解析結(jié)果

通過污染物來源結(jié)構(gòu)分析。如圖2所示，對比各個季節(jié)來源結(jié)構(gòu)及源貢獻(xiàn)占比，恩施州城春、夏、秋、冬季對細(xì)顆粒物貢獻(xiàn)最大的均為機(jī)動車尾氣源，占比分別為36.5%、26.4%、34.0%、57.3%，年均占比為38.5%，為最主要的污染源，尤以冬季占比最高。因此針對汽車尾氣排放這類最主要的污染物來源，制定長期的、穩(wěn)定的管控策略是有效降低恩施州城PM2.5污染濃度的關(guān)鍵舉措。

圖2 受體模型法各季節(jié)顆粒物來源占比

利用數(shù)值模式對PM2.5進(jìn)行來源解析。分析發(fā)現(xiàn)區(qū)域傳輸對恩施州細(xì)顆粒物的影響在10%～20%左右，但是在污染過程中區(qū)域傳輸對細(xì)顆粒物的貢獻(xiàn)高達(dá)50%。本地排放源中，對細(xì)顆粒物影響較為明顯的是機(jī)動車，具體貢獻(xiàn)為21%～49%，其次分別為居民源(21%～35%)、工業(yè)源(13%～24%)和農(nóng)業(yè)源(1%～9%)。如圖3所示。

圖3 數(shù)值模式法各季節(jié)顆粒物來源占比

這2種方法得到的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)動車尾氣均為PM2.5最主要的排放源，且都呈現(xiàn)類似的季節(jié)波動趨勢。冬季機(jī)動車尾氣貢獻(xiàn)占比明顯高于春、夏、秋三季。數(shù)值模式方法中居民源與受體模型中生物質(zhì)燃燒源存在一定包含關(guān)系，即居民源包括生物質(zhì)燃燒源，這2個來源均在春、夏季貢獻(xiàn)率較高，呈現(xiàn)趨勢一致性，說明這類源在春夏兩季需引起關(guān)注。數(shù)值模式結(jié)果中工業(yè)源的貢獻(xiàn)占比明顯高于受體模型中工業(yè)工藝源結(jié)果，這是由于數(shù)值模式基于排放清單中的工業(yè)源囊括的范圍比受體模型解析的工業(yè)工藝源更廣。

3.2.2 臭氧污染特征及來源解析

根據(jù)模擬得到的臭氧生成等濃度曲線(圖4)，夏季恩施州處于臭氧等濃度曲線的拐角“脊線”附近，為VOCs和氮氧化物協(xié)同控制區(qū)域附近，且偏向于氮氧化物控制區(qū)。因此，控制氮氧化物濃度及降低VOCs濃度均能降低臭氧生成的速率。

圖4 研究區(qū)城臭氧等濃度曲線

如圖5所示。春、夏、秋季VOCs濃度相當(dāng)，而冬季VOCs濃度遠(yuǎn)高于其他三季，這是由于冬季溫度低日間幾乎沒有光化學(xué)反應(yīng)過程，VOCs消耗受到抑制，加之冬季大氣穩(wěn)定且邊界層較低，導(dǎo)致VOCs濃度累積。VOCs各組分中，烷烴貢獻(xiàn)占比均為最高。4個季節(jié)中各組分含量相對穩(wěn)定，其中秋季烯烴、乙炔含量高于其他3個季節(jié)，而芳香烴含量低于其他3個季節(jié)，說明秋季較其他季節(jié)化石燃料的燃燒這一類排放源對VOCs貢獻(xiàn)率增加，工業(yè)類排放源對VOCs貢獻(xiàn)率降低。

圖5 各季節(jié)VOCs平均濃度及組分分布

春、夏、秋、冬季觀測期間，恩施VOCs來源貢獻(xiàn)率最高的均是機(jī)動車尾氣排放，貢獻(xiàn)占比分別為：24.0%、26.3%、46.1%、26.0%，年均占比為30.6%，為主要污染源，其中秋季機(jī)動車尾氣排放貢獻(xiàn)率較其他三季更高。如圖6所示。

圖6 研究區(qū)各季節(jié)VOCs行業(yè)來源占比

4 結(jié)語

“十三五”末，恩施州空氣質(zhì)量已整體達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)。2020年，恩施州平均優(yōu)良天數(shù)已達(dá)352 d，平均優(yōu)良天數(shù)比例為97.6%，首要污染物為細(xì)顆粒物(PM2.5)。州城恩施市達(dá)到了“十三五”國家空氣質(zhì)量考核目標(biāo)，全年優(yōu)良天數(shù)比例96.4%，主要污染物濃度值均達(dá)到環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，無重度污染天氣發(fā)生。

分別將“十三五”期間州城恩施市春、夏、秋、冬四季的空氣污染物來源進(jìn)行分析，可以看出，州城恩施市細(xì)顆粒物(PM2.5)主要來源于機(jī)動車尾氣排放，汽車尾氣污染源在4個季節(jié)里始終都排在貢獻(xiàn)率首位，年均占比為38.5%，為最主要的污染源。恩施州城VOCs 4個季節(jié)里來源貢獻(xiàn)率最高的也是機(jī)動車尾氣排放，年均占比為30.6%。