摘 要：利用2016—2020年英德市逐日污染物監(jiān)測(cè)濃度、地面氣象觀測(cè)資料，分析英德市空氣質(zhì)量污染特征，并探討了英德市空氣質(zhì)量首要污染物與氣象要素的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：空氣污染特征；臭氧；PM2.5；氣象要素

中圖分類號(hào)：P42 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）07–0-03

英德市是廣東省最大的縣級(jí)行政區(qū)，地勢(shì)北高南低，以山地、丘陵為主，其中市區(qū)位于英德市中部，地處北江中游西岸，多為群山環(huán)抱。近年來，英德市經(jīng)濟(jì)、城市建設(shè)快速發(fā)展和人口的集聚，這些活動(dòng)不可避免地增加了污染物排放總量，對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量造成了一定程度的污染[1]?；谟⒌率?016—2020年污染物濃度數(shù)據(jù)和同期氣象數(shù)據(jù)，分析英德市城區(qū)污染物特征，包括臭氧和PM2.5分別與氣象要素之間的關(guān)系，初步探討其污染成因，為英德市污染防控及治理提供理論依據(jù)和參考。

1 資料與方法

使用的環(huán)境數(shù)據(jù)是來自英德市環(huán)境保護(hù)局設(shè)立在英德市城區(qū)的2個(gè)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站采集的數(shù)據(jù)，具體是2016—2020年逐日污染物濃度、空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）、首要污染物、空氣質(zhì)量指數(shù)級(jí)別。氣象資料是英德市國家基本氣象站觀測(cè)的逐日氣象要素實(shí)況數(shù)據(jù)，包括氣溫（平均氣溫、最高氣溫）、相對(duì)濕度、風(fēng)向風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)等。其中，2019—2020年風(fēng)速、風(fēng)向、污染物濃度為逐小時(shí)數(shù)據(jù)。

空氣質(zhì)量等級(jí)劃分是根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》（JH 633—2012）執(zhí)行[2-5]。此外，季節(jié)劃分根據(jù)《英德市氣象志》將3—4月歸為春季，5—9月為夏季，10—11月為秋季，12月至翌年2月為冬季。

2 結(jié)果與分析

2.1 年變化特征

英德市2016—2020年的空氣質(zhì)量優(yōu)良率均在90%以上，最高是2017年為98.1%，最低是2018年為91.8%，呈現(xiàn)大幅下降后緩慢上升的趨勢(shì)（圖1）。

統(tǒng)計(jì)分析2016—2020年英德市空氣質(zhì)量指數(shù)級(jí)別達(dá)到輕度污染（三級(jí)）以上的天數(shù)，空氣質(zhì)量指數(shù)級(jí)別達(dá)到輕度污染以上的天數(shù)共89 d，平均每年空氣質(zhì)量達(dá)到輕度污染以上的天數(shù)為22.2 d，其中輕度污染等級(jí)83 d，中度污染等級(jí)4 d，重度污染等級(jí)2 d，沒有出現(xiàn)嚴(yán)重污染。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2018、2019年達(dá)到輕度污染及以上分別為30、26 d，均超出了平均水平，并且均出現(xiàn)了重度污染，導(dǎo)致英德市2018年空氣質(zhì)量是最差的，其次是2019年。

2016—2020年英德市空氣質(zhì)量首要污染物是PM2.5和臭氧，由表1可知，臭氧作為首要污染物的天數(shù)最多為51 d，而PM2.5是38 d。從每年分布看，臭氧出現(xiàn)的天數(shù)總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，PM2.5反而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，到2020年首要污染物只有臭氧，這情況與其他城市一致，隨著人口激增和汽車數(shù)量的增加，以臭氧為特征的大氣光化學(xué)污染逐漸明顯，甚至有取代PM2.5成為首要污染物的趨勢(shì)。

進(jìn)一步分析2018、2019年全年污染日發(fā)現(xiàn)，2018年污染日中臭氧作為首要污染物大部分是出現(xiàn)在5—10月。其中，2018年10月1—6日，連續(xù)6 d出現(xiàn)臭氧作為首要污染物，天氣晴好干燥，無明顯冷空氣和強(qiáng)降水過程，紫外線強(qiáng)，天氣條件十分有利于臭氧污染物出現(xiàn)。而2019年全年主要污染日數(shù)共有26 d，其中，1—3月污染日數(shù)達(dá)10 d，首要污染物均為PM2.5，2月5日為重度污染；5—11月污染日數(shù)達(dá)16 d，首要污染物均為臭氧。通過分析發(fā)現(xiàn)夏、秋季首要污染物是臭氧，冬、春季主要是PM2.5。

2.2 月變化特征

分析英德市2016—2020年AQI指數(shù)，AQI指數(shù)隨季節(jié)變化，在春、夏季空氣質(zhì)量最好，AQI指數(shù)基本在40～55之間，秋、冬季空氣質(zhì)量較差，介于60～80之間。從月均AQI來看，最低出現(xiàn)在6月為50.8，最高出現(xiàn)在1、12月，分別為62.5、62.4。

根據(jù)英德市2016—2020年空氣質(zhì)量指數(shù)級(jí)別達(dá)到輕度污染（三級(jí)）以上的日數(shù)逐月分布（表2）顯示，1月和9月污染天數(shù)最多均為14 d，其中，1月出現(xiàn)的空氣質(zhì)量首要污染物為PM2.5，9月則是臭氧。此外，5—10月的影響空氣質(zhì)量的首要污染物臭氧為主，但其對(duì)空氣質(zhì)量總體影響程度相對(duì)較輕，均為輕度污染。而在11月至翌年4月，首要污染物以PM2.5為主，且容易出現(xiàn)污染程度較高的級(jí)別，出現(xiàn)了中度到重度污染。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，一是臭氧主要出現(xiàn)在溫度高、日照時(shí)間長的夏、秋季，顆粒污染物主要出現(xiàn)在冬季。二是整體上冬季污染天數(shù)最多，其次是春秋季，夏季最少，主要因?yàn)橄募敬髿獯怪边\(yùn)動(dòng)活躍，降水較多，對(duì)污染物具有沖刷作用；而冬季靜穩(wěn)天氣多，降水量少，尤其是春節(jié)煙花、爆竹等燃燒物增多，以及空氣中揚(yáng)沙和浮塵增多導(dǎo)致的。

2.3 日變化特征

根據(jù)2019—2020年臭氧和PM2.5逐日逐時(shí)濃度變化，分析其日變化特征。由圖2可知，臭氧和PM2.5日濃度變化均呈現(xiàn)單峰形，在06：00～07：00時(shí)段濃度達(dá)到日低值，隨后不斷上升，在15：00～16：00達(dá)到最高峰。這可能是因?yàn)橐归g市民活動(dòng)轉(zhuǎn)為靜態(tài)，污染物排放減少，從氣象條件上看，日間氣溫升高，氣溫升高促使地面空氣湍流加強(qiáng)，有利于局地污染物的擴(kuò)散。其中，臭氧日濃度變化更劇烈，06：00其濃度為24 μg/m3，隨后快速增加，在16：00濃度為93 μg/m3，相差近4倍。

受日照和太陽輻射影響，臭氧日間濃度明顯高于夜間，且16：00左右近地面溫度一般達(dá)到日最大值，根據(jù)相關(guān)性分析臭氧與日最高氣溫呈顯著正相關(guān)，當(dāng)氣溫越高，越有利于臭氧的生成。

2.4 污染物濃度與氣象因子的關(guān)系

從前面研究發(fā)現(xiàn)，2016—2020年英德的首要污染物是臭氧和PM2.5，并且臭氧作為首要污染物主要是出現(xiàn)在夏季和秋季，細(xì)顆粒物出現(xiàn)在春季和秋季，因此為進(jìn)一步找出臭氧和細(xì)顆粒物各自與氣象因子的關(guān)系，將11月至翌年4月劃分為冬半年，5—10月劃分為夏半年。用污染物濃度（臭氧、PM2.5）分冬、夏半年與上述同期地面氣象要素（日平均氣溫、最高氣溫、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)向風(fēng)速）進(jìn)行相關(guān)性分析。

2.4.1 氣溫、日照和濕度對(duì)污染物濃度的影響

在夏半年，隨著日平均氣溫、最高氣溫逐漸上升，臭氧濃度逐漸增加，隨日照時(shí)數(shù)的增加臭氧濃度緩慢增加。臭氧濃度與日平均氣溫、最高氣溫、日總?cè)照諘r(shí)數(shù)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.314、0.416和0.612，均通過了0.01的顯著性檢驗(yàn)。氣溫的變化能較好地反映太陽輻射強(qiáng)度的變化，在氣溫升高時(shí)太陽輻射增強(qiáng)，有利于大氣光化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致臭氧濃度增加。日照時(shí)間長也意味著太陽輻射強(qiáng)，能加快大氣光化學(xué)反應(yīng)，有利于臭氧的生成。

臭氧濃度隨相對(duì)濕度增大而逐漸減小，臭氧濃度與相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.60，通過了0.01的顯著性檢驗(yàn)。相對(duì)濕度高是形成濕清除的重要指標(biāo)，濕度高會(huì)增加大氣中的顆粒物含量，這些顆粒物會(huì)吸附或催化臭氧的分解，從而減少臭氧的形成，且大氣高濕度時(shí)，一般云量較多，并吸收太陽輻射，不利于光化學(xué)反應(yīng)[6-8]。

在冬半年，可以看到相對(duì)濕度與PM2.5質(zhì)量濃度呈現(xiàn)弱負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.221，日照時(shí)數(shù)、最高氣溫、日平均氣溫與PM2.5質(zhì)量濃度呈現(xiàn)弱正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.150、0.250和0.114，通過了0.01的顯著性檢驗(yàn)。這是因?yàn)榭諝鉂穸却髸r(shí)，出現(xiàn)降水概率增加，可以對(duì)空氣中的PM2.5產(chǎn)生沖刷作用；冬季氣溫越高代表冷空氣活動(dòng)較弱甚至無冷空氣影響，大氣污染物容易積聚在本地，因此最高氣溫與PM2.5質(zhì)量濃度呈現(xiàn)弱的正相關(guān)；冬季日照時(shí)長多往往表明天氣靜穩(wěn)晴好（冷空氣過后，風(fēng)速減弱）有利于污染物的積累，因此與PM2.5呈現(xiàn)弱的正相關(guān)。

2.4.2 風(fēng)對(duì)污染物濃度的影響

風(fēng)場(chǎng)主要影響污染物的清除過程，對(duì)空氣中污染的擴(kuò)散和分布產(chǎn)生影響[9-13]。夏半年P(guān)M2.5質(zhì)量濃度普遍低于25 μg/m3，只有在處于偏西北風(fēng)場(chǎng)、風(fēng)速介于1.0～2.0 m/s時(shí)，PM2.5質(zhì)量濃度可達(dá)到45 μg/m3左右的水平。相對(duì)而言，冬半年P(guān)M2.5質(zhì)量濃度明顯較高，首先，當(dāng)風(fēng)速低于2.0 m/s時(shí)，不同風(fēng)向下PM2.5質(zhì)量濃度基本達(dá)45 μg/m3左右；其次，當(dāng)風(fēng)速介于4.0～6.0 m/s、風(fēng)向?yàn)槠巷L(fēng)時(shí)，其PM2.5濃度也有增大的現(xiàn)象。綜上所述，在冬半年P(guān)M2.5作為空氣質(zhì)量污染物比在夏半年更為明顯。

臭氧無論是冬半年還是夏半年質(zhì)量濃度均處于較高水平，表明以臭氧污染為特征的大氣光化學(xué)污染已經(jīng)成為全年污染物的主要成分，而且數(shù)值明顯高于PM2.5[14]。此外，在夏半年，臭氧高于75 μg/m3的分布在不同風(fēng)向時(shí)均有出現(xiàn)，而在偏南風(fēng)、風(fēng)速處于2.0～6.0 m/s時(shí)最為突出。冬半年，處于西南風(fēng)和南風(fēng)場(chǎng)、風(fēng)速2.0～4.0 m/s時(shí)臭氧污染物濃度有增加，當(dāng)處于偏北風(fēng)場(chǎng)、風(fēng)速介于6.0～8.0 m/s時(shí)，臭氧處于高值區(qū)。

3 結(jié)論

（1）英德市2016—2020年的空氣質(zhì)量總體是以優(yōu)良為主，空氣質(zhì)量優(yōu)良率均在90%以上。平均每年空氣質(zhì)量達(dá)到輕度污染以上的天數(shù)為22.2 d，沒有出現(xiàn)嚴(yán)重污染級(jí)別。空氣質(zhì)量首要污染物是PM2.5和臭氧，并且以臭氧污染為特征的大氣光化學(xué)污染漸趨明顯。

（2）英德市空氣質(zhì)量主要影響因素具有明顯的季節(jié)性特征。夏半年（5—10月）臭氧對(duì)英德市空氣質(zhì)量影響大，首要污染物均為臭氧影響；而冬半年（11月—翌年4月），PM2.5作為空氣質(zhì)量污染物比在夏半年更為明顯。

（3）英德市首要污染物臭氧和PM2.5日濃度變化均呈現(xiàn)單峰形，在06：00～07：00濃度達(dá)到日低值，隨后不斷上升，在15：00～16：00達(dá)到最高峰。

（4）臭氧和PM2.5質(zhì)量濃度與日平均氣溫、最高氣溫與日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)，與相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。但臭氧質(zhì)量濃度與氣象要素的相關(guān)性更顯著。

（5）相對(duì)而言，冬半年P(guān)M2.5濃度明顯較高，首先是在風(fēng)速低于2.0 m/s時(shí)，以及當(dāng)風(fēng)速介于4.0～6.0 m/s之間、風(fēng)向?yàn)槠巷L(fēng)時(shí)，需加強(qiáng)對(duì)PM2.5污染物的防治，減少顆粒物、粉塵排放。

（6）臭氧無論是冬半年還是夏半年質(zhì)量濃度均處于較高水平，表明以臭氧污染為特征的大氣光化學(xué)污染已經(jīng)成為全年污染物的主要成分。尤其是在夏半年，處于偏南風(fēng)場(chǎng)控制、風(fēng)速介于2.0～6.0 m/s時(shí)最突出。而在冬半年，處于西南風(fēng)和南風(fēng)場(chǎng)、風(fēng)速2.0～4.0 m/s時(shí)臭氧污染物濃度有增加，當(dāng)處于偏北風(fēng)場(chǎng)、風(fēng)速介于6.0～8.0 m/s時(shí)，臭氧也處于高值區(qū)，采取路面灑水增加濕度、降低地面氣溫、抑制揚(yáng)塵等防治措施。

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