易丹

關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境治理；大氣污染物；濃度變化；特征監(jiān)測；二氧化氮

前言

大氣污染導(dǎo)致嚴重空氣質(zhì)量問題已經(jīng)嚴重威脅人類的正常生活，受到大氣污染影響，人類生活質(zhì)量明顯下降。大氣污染除了工業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的碳氣體排放以外，還有日常交通產(chǎn)生的碳排放。大氣環(huán)境本身具有自凈能力，但是目前人類向大氣排放單位污染性氣體已經(jīng)嚴重超過大氣自潔的能力，所以才會出現(xiàn)較為嚴重的空氣污染問題。氣象因素是實現(xiàn)大氣自凈的一個重要助力，降水、刮風(fēng)都會幫助大氣環(huán)境降低空氣污染濃度，但是以目前的污染形勢來看，僅靠大氣自潔，無法實現(xiàn)大氣環(huán)境治理，所以近年來中國也在積極采取措施開展生態(tài)環(huán)境治理工作，改善大氣污染問題。張娣等人以烏魯木齊作為研究對象，監(jiān)測歷年采暖期該區(qū)域的污染物水平變化，近年來在國家和政府的努力下，該地區(qū)的污染物濃度有所下降，說明環(huán)境治理取得初步成效；李楊勇等人以焦化某個區(qū)域為研究對象，利用氣體檢測儀，監(jiān)測該區(qū)域污染物濃度，通過監(jiān)測結(jié)果確定該區(qū)域污染物濃度最高的物質(zhì)。文章主要研究生態(tài)環(huán)境治理下，監(jiān)測大氣污染物濃度變化特征，根據(jù)該分析結(jié)果制定未來環(huán)境治理策略，獲得更加良好的治理效果。

1大氣污染物濃度變化特征監(jiān)測

1.1研究區(qū)域概況

文章所研究區(qū)域位于長江中下游區(qū)域，是中國中部區(qū)域重要城市，屬于交通樞紐城市，無論水運還是陸運均較發(fā)達，同時匯集多所科學(xué)研究中心，是主要科研基地。全區(qū)域面積為11408.48平方公里，常住人口779萬人。該區(qū)域除了中部和南部地勢較低以外，東部、北部以及西部地勢均較高，區(qū)域內(nèi)大部分地勢較為平坦，平均海拔達到30m。春秋兩季氣溫較為和煦，夏季濕熱冬季寒冷，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，全年平均降水量約為1000mm，雨熱同期，全年平均溫度在16℃上下，氣候較為適宜，全年平均光照能達到2100h。

作為重要交通樞紐及經(jīng)濟較為發(fā)達的一線城市，近年來建設(shè)速度較快，經(jīng)濟發(fā)展也穩(wěn)步提升，但是這種發(fā)展導(dǎo)致城市環(huán)境污染問題越來越嚴重。城市基礎(chǔ)建設(shè)造成的空氣污染，工業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的廢氣，日益增加的車輛數(shù)量導(dǎo)致碳排放量激增都是導(dǎo)致該區(qū)域發(fā)生空氣污染的原因。十年前，該區(qū)域經(jīng)濟迎來一個質(zhì)的飛躍，但是伴隨而來的是該地區(qū)霧霾問題日益嚴峻，最嚴重的幾個監(jiān)測日期顯示該區(qū)域空氣質(zhì)量指數(shù)均超過500。該區(qū)域三面高一面低，冬季空氣流動較弱，加上各種污染行為的發(fā)生，冬季霧霾問題尤為嚴重，一方面降低空氣質(zhì)量，同時也導(dǎo)致出行時的能見度較低，對于人們居住、健康均帶來很大困擾。

1.2數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)域空氣質(zhì)量的數(shù)據(jù)由國家環(huán)境監(jiān)測局提供，研究區(qū)域中的固定幾個區(qū)域布置大氣環(huán)境固定監(jiān)測點，這些監(jiān)測點功能各異，包括化工廠、造紙廠、煉鋼廠、醫(yī)院、學(xué)校、農(nóng)場等，監(jiān)測點數(shù)量達到10處。歷史空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)可以直接從當?shù)氐目諝赓|(zhì)量歷史數(shù)據(jù)查詢網(wǎng)站獲得，空氣污染物的類型包含二氧化氮、二氧化硫、PM2.5和PM10。

1.3大氣污染物濃度變化特征監(jiān)測方法

1.3.1監(jiān)測設(shè)備布置

在各個監(jiān)測點使用熱電431脈沖熒光法二氧化硫分析儀監(jiān)測二氧化硫濃度，利用二氧化氮一氮氧化物分析儀監(jiān)測二氧化氮的濃度特征。PM2．5和PM10的濃度特征使用B射線顆粒物監(jiān)測儀實現(xiàn)監(jiān)測。結(jié)合氣象監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測各個監(jiān)測點的風(fēng)向、氣壓、風(fēng)速、氣溫、風(fēng)向等信息。定時對各個儀器設(shè)備開展檢驗，校準量程、零點和流量等數(shù)據(jù)。監(jiān)測空氣中顆粒物濃度的設(shè)備需要定期清潔，濾膜每間隔一個星期清理一次。

1.3.2KZ濾波法的污染物濃度時間尺度特征分析

Kolmogorov-Zurbenko濾波法又稱KZ濾波法，是時間序列分析方法，通過提前設(shè)置不同參數(shù)，KZ濾波法能夠在不需預(yù)處理數(shù)據(jù)的情況下，獲得不同時間序列下的污染物濃度特征。使用X（t）描述初始時間序列：

1.3.3回歸模型分析污染物濃度關(guān)系

變量較多的回歸模型稱為多元線性回歸模型，使用式（3）描述回歸方程關(guān)系：

式（4）中，C表示各個污染物的濃度。由于一氧化碳和臭氧的濃度占比較小，因此此次研究忽略二者的影響，僅考慮二氧化氮、二氧化硫、PM2.5、PM10污染物的濃度，這些污染物是該地區(qū)大氣污染的主要成分，對人體健康和環(huán)境質(zhì)量的影響較為顯著。

2監(jiān)測結(jié)果

2.1生態(tài)環(huán)境治理下二氧化氮濃度變化特征監(jiān)測

通過監(jiān)測多元線性回歸模型獲得隨著時間變化二氧化氮濃度變化特征，監(jiān)測結(jié)果見圖1。

由圖1可知，生態(tài)環(huán)境治理前后二氧化氮濃度變化趨勢基本相同。生態(tài)環(huán)境治理后，二氧化氮的濃度明顯降低。受到不同季節(jié)和時間的氣象因素影響，不同時間序列下研究區(qū)域二氧化碳的濃度變化出現(xiàn)明顯差異。冬季氣溫較低，但是降水較少，且研究區(qū)域三面地勢較高，大風(fēng)天氣較少，所以冬季二氧化氮的濃度較高。夏季降水較多，氣溫較高，二氧化氮的濃度較低，且晝夜差異也不大。春季及冬季受到風(fēng)、雨等氣象因素影響，導(dǎo)致二氧化氮的濃度較低，其中秋季比春季二氧化氮的濃度較高，主要是由于秋季收獲農(nóng)作物，燃燒農(nóng)副產(chǎn)品，因此二氧化氮濃度有所上升，因此相比之下，秋季二氧化氮的濃度更高。

2.2生態(tài)環(huán)境治理下二氧化硫濃度變化特征監(jiān)測

二氧化硫是導(dǎo)致酸雨發(fā)生的主要原因，所以監(jiān)測二氧化硫濃度變化特征是未來環(huán)境治理的重點。生態(tài)環(huán)境治理前后二氧化硫月度濃度變化見圖2。

由圖2可知，無論是生態(tài)治理前還是生態(tài)治理后，二氧化硫的濃度變化月度特征變化趨勢基本一致，但是能夠明顯看出，生態(tài)環(huán)境治理以后，二氧化硫的濃度顯著下降，說明經(jīng)過生態(tài)環(huán)境治理，研究區(qū)域中二氧化硫這種污染物得到良好治理。從全年二氧化硫監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，冬季二氧化硫濃度較高，夏季二氧化硫濃度較低，春季與秋季的二氧化硫濃度也發(fā)生小范圍升高，這種濃度變化特征與二氧化氮的濃度變化特征基本相同。這種變化趨勢主要是由于秋冬兩季農(nóng)作物殘余物作為垃圾被大面積焚燒，產(chǎn)生大量有害氣體，所以污染物濃度有所上升，但是經(jīng)過生態(tài)環(huán)境處理，政府為降低這種焚燒導(dǎo)致的空氣污染，采取統(tǒng)一處理手段，避免大面積焚燒。工廠在秋冬兩季受到氣候、氣象因素影響，污染物不能及時被大氣環(huán)境自凈，所以污染濃度有所上升，經(jīng)過生態(tài)環(huán)境治理，這些工廠的排放量有所降低，所以二氧化硫的濃度明顯降低。經(jīng)過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)二氧化硫濃度呈現(xiàn)較為明顯季節(jié)變化特征。

經(jīng)過上文分析可以看出，氣象因素也會導(dǎo)致空氣中的污染物濃度上升，因此監(jiān)測不同天氣因素下二氧化硫的濃度變化的監(jiān)測結(jié)果見表1。

由表1可知，各個氣象因素對于二氧化硫濃度影響各不相同，水汽壓與氣溫變化會導(dǎo)致二氧化硫濃度較高，受到降水量、日照、風(fēng)速等氣象因素影響，二氧化硫的濃度較低，由此可以看出，二氧化硫的濃度變化體現(xiàn)出較為明顯的氣象特質(zhì)。

2.3生態(tài)環(huán)境治理下顆粒物濃度變化特征監(jiān)測

大氣中的細顆粒物濃度較高就會形成霧霾，霧霾會直接影響居民的身體健康，霧霾中主要為空氣中懸浮的顆粒物，其中最主要便是微塵（PM2．5）和飄塵（PM10），這兩種污染物也是大氣污染物治理的主要對象。在不同天氣狀況下，PM2.5和PM10的濃度變化情況見表2。

通過表2可知，即使出現(xiàn)沙塵、霧霾、秸稈燃燒的氣象情況，只要不發(fā)生嚴重污染，空氣中PM2.5和PM10的濃度并沒有較高。但是在這些天氣條件下，如果發(fā)生大氣污染，PM2.5和PM10的濃度會顯著上升。

選定某個霧霾較嚴重的日期，監(jiān)測全天顆粒物濃度變化情況，結(jié)果見表3。

從表3能夠看出，早晚高峰時期，顆粒物污染較為嚴重，在霧霾污染的背景之下，顆粒物日變化特征較為明顯。顆粒物主要在該空間中存在，空間的邊界層結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，地面也會積聚大量大氣污染物，所以白日顆粒污染物濃度較高。夜晚人類活動較少，車輛、工廠等排放顆粒污染物的源頭不再工作，顆粒物污染濃度有所降低。綜合以上監(jiān)測結(jié)果獲得PM2.4和PM10的污染物濃度呈現(xiàn)出明顯日變化特征。

3結(jié)束語

長江中下游地區(qū)是中國經(jīng)濟發(fā)展最為活躍的區(qū)域之一，但也是大氣污染較為嚴重的區(qū)域之一。以該區(qū)域作為研究對象，監(jiān)測研究生態(tài)環(huán)境治理下大氣污染物濃度變化特征。針對該區(qū)域常見污染物：二氧化氮、二氧化硫、PM2.5、PM10等受到各種因素影響，展現(xiàn)出較為明顯的季節(jié)特征、氣象特征、日變化特征。該區(qū)域早期為了提升經(jīng)濟水平，大力發(fā)展工業(yè)，導(dǎo)致該區(qū)域大氣環(huán)境發(fā)生嚴重污染，因此政府及相關(guān)機構(gòu)大力治理生態(tài)環(huán)境，在一定程度上改善了當?shù)卮髿猸h(huán)境。通過監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生態(tài)環(huán)境治理后，二氧化氮濃度均有所降低，日變化特征與季節(jié)變化特征均較明顯。二氧化硫經(jīng)過治理以后濃度也明顯降低，月度變化特征和季節(jié)變化特征顯著?？諝鈶腋☆w粒日變化特征明顯，經(jīng)過治理后PM2.5和PM10的濃度也明顯降低。