黃仕英,馮日梅,羅美莉,馬韻

(廣西壯族自治區(qū)北海生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,廣西 北海 536000)

北海市位于廣西壯族自治區(qū)南部、北部灣東北岸,位于東經(jīng)108°50′45″～109°47′28″、北緯20°26′～21°55′34″[1],是連接我國大西南與東盟大市場的重要戰(zhàn)略樞紐和中國西南聯(lián)通非洲、歐洲的重要開放門戶[2]。環(huán)境空氣質(zhì)量的優(yōu)劣程度已成為一個地區(qū)和城市的軟實力和競爭力的重要體現(xiàn),直接影響到投資環(huán)境和居民健康[3-4]。自2015年新環(huán)保法頒布實施以來,北海市深入開展大氣污染防治攻堅戰(zhàn),協(xié)同防控細顆粒物(PM2.5)污染和臭氧(O3)污染,進一步推進產(chǎn)業(yè)結構、能源結構、運輸結構和用地結構調(diào)整優(yōu)化;持續(xù)開展城市揚塵綜合治理、秸稈禁燒和綜合利用、煙花爆竹禁燃限放、柴油貨車污染治理、工業(yè)窯爐大氣污染綜合治理、鋼鐵行業(yè)超低排放、揮發(fā)性有機物污染治理、污染天氣應對等8個專項治理行動,確保環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)位穩(wěn)居廣西壯族自治區(qū)14個地級城市前列,但因O3污染日益凸顯等問題,環(huán)境空氣優(yōu)良天數(shù)比例與環(huán)境空氣質(zhì)量整體改善并不同步。尤其是2022年,北海市環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)位于廣西壯族自治區(qū)第一位,但優(yōu)良天數(shù)比例僅有93.7%,位于廣西壯族自治區(qū)第九位,處于靠后水平。在此形勢下,亟需研究探索一條符合北海市大氣污染精準防控的路徑。

目前國內(nèi)外許多學者對環(huán)境空氣質(zhì)量的污染特征分析、污染來源與成因分析、區(qū)域傳輸?shù)确矫骈_展了大量研究,例如,潘潤西等[5]對廣西PM2.5時空分布特征及污染天氣類型進行研究,發(fā)現(xiàn)廣西PM2.5大氣污染具有地域性、季節(jié)性和南北輸送特征。付潔等[6]對2015～2019年廣西近地面大氣臭氧污染特征進行分析,發(fā)現(xiàn)低濃度臭氧主要本地生成,高濃度臭氧污染事件主要區(qū)域傳輸貢獻大。龐業(yè)等[7]對廣西臭氧時空分布特征及污染天氣類型進行研究,表明廣西O3污染受氣象條件影響較大。趙燕等[8]對2014～2021年珠海市環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢及污染特征進行研究,了解了珠海市的大氣污染變化趨勢和污染特征,但具體針對北海市環(huán)境空氣質(zhì)量長時間序列變化趨勢以及污染特征的研究相對較少,截至目前未見有北海市環(huán)境空氣質(zhì)量變化系統(tǒng)性的報道。對2015～2022年北海市環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢進行深入研究,分析大氣污染特征,識別改善環(huán)境空氣質(zhì)量的關鍵控制因子,以及主要污染時段。文章研究成果可為北海市深入打好藍天保衛(wèi)戰(zhàn)提供科學依據(jù),為實施大氣污染防治精細化管控措施提供技術參考。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究資料來源于2015～2022年北海市環(huán)境空氣國控自動監(jiān)測站的二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、可吸入顆粒物(PM10)、PM2.5、O3、一氧化碳(CO)等六項空氣污染物的監(jiān)測數(shù)據(jù),均為實況監(jiān)測數(shù)據(jù)。在日評價中,O3采取日最大8 h平均值(O3-8 h)為評價值,其他五項污染物均采取日均濃度評價;在月度和年度評價中,O3以日最大8 h平均濃度第90百分位數(shù)為評價值,CO以日均濃度的第95百分位數(shù)為評價值,其他四項污染物均采取日均濃度的平均值評價。

1.2 分析方法

環(huán)境空氣質(zhì)量評價依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB 3095—2012)及修改單,《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術規(guī)定(試行)》(HJ 633—2012)和《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術規(guī)范(試行)》(HJ 663—2013)。使用Excel、SPSS、Origin軟件對數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計和作圖分析;采用Spearman秩相關系數(shù)法對2015～2022年北海市環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢分析[9],時間周期為8 a,顯著性水平為0.05,秩相關系數(shù)γs的臨界值γ為0.643,如果γs絕對值大于臨界值,表明變化趨勢有顯著性意義;如果γs絕對值小于等于臨界值,表示變化趨勢不顯著。如果γs是負值,表示在評價時段內(nèi)有關統(tǒng)計量指標變化呈下降趨勢;如果γs是正值,表示在評價時段內(nèi)有關統(tǒng)計量指標變化呈上升趨勢。

2 結果與討論

2.1 環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

如圖1可知2022年,北海市環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比例為93.7%,較2021年下降2.5個百分點。從污染天數(shù)看,2022年北海市有6月份出現(xiàn)輕度污染天(累計23 d),其中污染天數(shù)最多的為10月,占10 d;其次4月、9月,分別污染4,5 d;再次1月、2月、5月,分別污染1,1,2 d。

圖1 2022年北海市環(huán)境空氣質(zhì)量日歷圖

如圖1可知2022年,北海市環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)為2.63,較2021年下降6.1%。從污染物濃度來看,2022年北海市環(huán)境空氣六項污染物年評價濃度均達到GB 3095—2012二級標準限值。SO2、NO2、PM10年均質(zhì)量濃度分別為6,10,36 μg/m3,均達到2015年以來同期最低水平;PM2.5年均質(zhì)量濃度為23 μg/m3,與2020年持平,達到最低水平;CO第95百分位質(zhì)量濃度為1.0 mg/m3,與2020年、2021年持平,達到最低水平;O3-8 h平均第90百分位質(zhì)量濃度為138 μg/m3,較2021年上升3.8%,處于高位波動。

2.2 環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢

2.2.1 綜合指數(shù)與優(yōu)良天數(shù)比例變化趨勢

如圖2所示,2015～2022年,北海市環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)變化范圍為2.63～3.05,年際變化呈顯著下降趨勢(γs=-0.667),這表明北海市環(huán)境空氣質(zhì)量總體呈明顯改善趨勢。然而北海市環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比例并未隨整體環(huán)境質(zhì)量的改善而提升,反而呈不顯著下降趨勢(γs=-0.374)。以2022年為例,北海市環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)達到2016年以來最低值,但其優(yōu)良天數(shù)比例與2019年持平,為歷史同期最差水平。由其可見,北海市環(huán)境空氣質(zhì)量整體改善與其優(yōu)良天數(shù)的提升呈現(xiàn)明顯不同步的問題。

圖2 2015～2022年北海市環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)和優(yōu)良天數(shù)比例變化

2.2.2 六項污染物濃度變化趨勢

如表1所示,根據(jù)Spearman秩相關系數(shù)法分析,2015～2022年北海市SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO的年評價值、中位數(shù)和最大值均呈下降趨勢,特別是SO2最大值、PM2.5評價值及中位數(shù),CO三項評價指標均呈顯著下降趨勢。以2015年為基準年,2022年北海市SO2年均濃度和CO日均值第95百分位數(shù)濃度分別下降25.0%,33.3%;PM10和PM2.5年均濃度分別下降18.2%,14.8%。作為O3的重要前體物—NO2,其年均濃度下降23.1%,但O3-8 h第90百分位數(shù)濃度和最大值均呈上升趨勢,其中O3-8 h第90百分位數(shù)濃度上升14.0%,平均每年上升2.12 μg/m3。由此可見,O3污染是北海市環(huán)境空氣質(zhì)量改善面臨的最主要問題。

表1 2015～2022年北海市環(huán)境空氣質(zhì)量污染物濃度及Spearman秩相關系數(shù)

2.3 污染特征分析

2.3.1 污染類型

如圖3所示,在2015～2022年北海市環(huán)境空氣質(zhì)量超標日中,兩項污染物同時超標的情況相對較少,僅占6.8%,主要以PM2.5、O3單項污染物超標為主。根據(jù)污染物對AQI超標的貢獻情況,可將北海市的大氣污染類型分為三個階段:一是PM2.5污染主導階段(2015～2016年),在該階段O3對AQI超標貢獻很小,超標天數(shù)保持在0～1 d之間;二是以O3和PM2.5為特征的大氣復合污染階段(2017～2018年),在該階段PM2.5和O3對AQI超標的貢獻率平均值分別為39.0%,69.5%;三是O3污染主導階段(2019～2022年),在該階段,PM2.5污染基本得到有效控制,全年PM2.5超標天數(shù)保持在1～9 d,而O3超標天數(shù)3～21 d,其對AQI超標的貢獻率平均值達71.9%,變化范圍42.9%～91.3%。由此可見,O3污染對北海市環(huán)境空氣質(zhì)量達標的制約作用日益凸顯。

圖3 2015～2022年北海市環(huán)境空氣質(zhì)量超標天數(shù)

如表2所示,2017～2022年,北海市O3污染以輕度污染(即101≤AQI<150)為主,占比為98.4%,中度以及污染極少。其中,O3超標主要趨向于輕微超標,即O3-8 h質(zhì)量濃度在161～182 μg/m3(即101≤AQI<120)范圍內(nèi)。O3輕微超標對AQI超標的貢獻率變化范圍為23.6%～75.0%,平均值達52.4%。付潔等[6]的研究表明,發(fā)生低濃度臭氧污染事件時主要為本地生產(chǎn)。假設O3輕微超標天數(shù)得以消除,北海市環(huán)境空氣優(yōu)良天數(shù)比例能實現(xiàn)0.8～4.7個百分點的提升。其中,2022年優(yōu)良天數(shù)比例最大(4.7個百分點),其次為2019年(3.8個百分點)。由此可見,防控O3輕微超標對于提升北海市環(huán)境空氣優(yōu)良天數(shù)比例成效顯著。

表2 2017～2022年北海市O3超標濃度分布情況

2.3.2 污染物濃度月際變化

如圖4所示,2015～2022年,北海市SO2、NO2和CO月評價濃度變化均為低濃度波動,各月均能保持穩(wěn)定達標。PM2.5和PM10月均濃度變化均呈明顯的“U”型分布,PM2.5和PM10濃度高值集中在冬季(1～2月、12月),冬季為主要污染時段;低值集中在夏季(6～8月)。這主要是北海地處于亞熱帶海洋性季風氣候區(qū)有關,夏季受偏南季風影響,帶來較為清潔的海洋性氣流以及較多的雨水,對污染物的消除作用明顯;而在冬季,在偏北風的影響下,北海市處于最南端城市,易受到上風向城市污染物的長距離輸送的影響[10]。此外,冬季露天秸稈焚燒火點較多,加上逆溫天氣出現(xiàn)頻繁,不利于污染物擴散。

圖4 2015～2022年北海市環(huán)境空氣質(zhì)量污染物月評價濃度變化

北海市O3月評價濃度呈波動變化,以單峰模式為主。O3評價濃度總體上1～8月基本可實現(xiàn)穩(wěn)定達標,在6月或7月達到最低值,污染時段主要集中在秋季(9～11月),這個現(xiàn)象與我國其他一些城市不同,成都市春季和夏季O3質(zhì)量濃度均高于秋季和冬季[11]。分析原因,主要是由于在秋季,北海市太陽輻射較強,云量少、風力弱,且熱帶氣旋和海陸風等天氣影響,容易引發(fā)O3污染,加上周邊城市傳輸影響,導致在該時段O3污染進一步加劇[6]。此外,值得注意的是,2022年北海市O3月評價濃度變化有趨向分散式發(fā)展,呈現(xiàn)雙峰變化特征。

2.3.3 污染天數(shù)月際變化

如圖5所示,2015～2022年北海市環(huán)境空氣發(fā)生污染累計117 d,主要污染集中1～2月、9～12月,占總污染天數(shù)的86.3%;而過去八年里北海市在7月、8月均未發(fā)生污染天氣。O3污染累計63 d,有9個月份出現(xiàn)污染天氣,其中9～11月的污染天數(shù)占總天數(shù)的66.7%;PM2.5污染累計59 d,有4個月份出現(xiàn)污染天氣,其中1～2月和12月的污染天數(shù)占總天數(shù)的98.3%。可見,北海市環(huán)境空氣污染主要集中在秋冬季,在該階段實施污染精準防控措施是持續(xù)改善北海市環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良比例的關鍵手段。

圖5 2015～2022年北海市環(huán)境空氣污染天數(shù)月際變化

3 結論

2015～2022年,北海市環(huán)境空氣質(zhì)量總體穩(wěn)中趨好,SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO濃度總體呈下降趨勢,但O3濃度呈上升趨勢。由于O3污染天氣形成原因較復雜、治理難度較大等因素影響,嚴重影響北海市環(huán)境空氣質(zhì)量的優(yōu)良天數(shù)比例,導致北海市環(huán)境空氣質(zhì)量整體的改善與優(yōu)良天數(shù)比例的提升不匹配。北海市大氣污染主要分為三個階段,一是2015～2016年,表現(xiàn)為以PM2.5污染為主導;二是2017～2018年,表現(xiàn)為O3和PM2.5污染的復合污染;三是2019～2022年,表現(xiàn)為O3污染為主導。PM2.5均濃度變化均呈明顯的“U”型分布,污染時段集中在1～2月和12月。O3濃度月變化以單峰分布為主,污染時段主要集中在9～11月,但2022年O3月評價濃度分布態(tài)勢趨向分散式變化,O3超標逐步趨于向輕微超標發(fā)展。防控O3輕微超標已成為提升北海市優(yōu)良天數(shù)比例的關鍵控制因子,抓住改善空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比例中臭氧污染這一牛鼻子,開展秋冬季污染精準防控是關鍵手段。