成都市城区春节期间燃放烟花爆竹对空气质量的影响

贺光艳，罗 彬，陈建文，张 巍，廖乾邑，刘培川

(四川省环境监测总站，成都 610091)

燃放鞭炮短时间内排放大量污染物，可导致空气质量明显恶化。国内外的相关研究表明［1～5］:大量燃放烟花爆竹对大气中颗粒物浓度、二氧化硫和二氧化氮浓度增加有明显影响，特别是对细粒子浓度贡献最大，燃放期间PM10和PM2.5质量浓度分别可达平时的4倍和6倍。细粒子浓度的升高及其组成不仅对人体健康造成危害，而且对大气能见度的降低有很大影响［6］。本文分析成都城区春节期间空气污染特征，并重点分析燃放烟花爆竹时环境空气中 SO2、NO2、PM10、PM2.5的质量浓度变化，引起人们更多关注燃放烟花爆竹对空气污染的影响，为烟花爆竹燃放政策的修订及污染控制措施的改进提供技术依据，以及春节期间城市空气污染防治和污染预测预警具有重要意义。

1 实验部分

1.1 仪器

EC9850二氧化硫分析仪;EC9841氮氧化物(NOX)分析仪;EC9810臭氧分析仪;EC9830一氧化碳分析仪;Met One BAM-1020 β衰减PM10检测仪;Met One BAM-1020 β 衰减 PM2.5检测仪。

1.2 样品采集

采样点设在四川省环境监测中心站楼顶(20m)，周围地势开阔，无高大建筑物。实时在线监测气态污染物、颗粒物等，同时记录温度、湿度、风速和风向等各种气象数据，观测大气边界层实时情况。

2 结果与讨论

通过对2013年春节期间 (2013年2月9日～2月14日，即农历大年三十～正月初五)空气中的污染物进行监测，对CO、O3影响极小，本文主要探讨了污染物 SO2、NO2、PM10、PM2.5的浓度变化规律及PM10与PM2.5相关性分析。

2.1 SO2的浓度变化规律

从2012年大年三十12:00～2013年初一11:00 SO2浓度变化图 (图1)看出，夜间从22:00开始浓度急剧上升，较前几小时跃升约4倍，凌晨1:00 SO2的浓度最大。从大年三十22:00开始，是燃放烟花爆竹的高峰期，燃放频率较其他时间段高很多，这与SO2的浓度变化趋势符合的很好。由此看出，烟花爆竹的燃放直接影响了SO2的浓度值，这是引起SO2污染的重要因素。

图1 2012年除夕SO2的浓度变化趋势图Fig.1 Variation trend of SO2 concentration during the New Year′s Eve in 2012

2.2 NO2的浓度变化规律

从2012年大年三十12:00～初一11:00 NO2浓度变化 (图2)看出，夜间从20:00开始浓度变大，并逐渐上升，较前几小时跃升约1倍，凌晨1:00 NO2的浓度最大，浓度值明显高于其他时间，凌晨2:00以后NO2的浓度逐渐下降。烟花爆竹的燃放频率与NO2的浓度变化趋势符合的很好，只是NO2的浓度变化不如SO2那样明显，这说明烟花爆竹的燃放稍微影响NO2的浓度值，是引起NO2污染的部分因素。

图2 2012年除夕NO2的浓度变化趋势图Fig.2 Variation trend of NO2 concentration during the New Year′s Eve in 2012

2.3 PM10的浓度变化规律

从2012年大年三十12:00～初一11:00PM10浓度变化 (图3)看出，夜间从20:00开始浓度变大，并逐渐上升，初一0:00、1:00较前几小时跃升约5倍，凌晨2:00PM10的浓度最大，浓度值明显高于其他时间，随后PM10的浓度急剧下降。夜间PM10的浓度明显高于其他时段，而夜间恰好是燃放烟花爆竹的时段，烟花爆竹的燃放频率与PM10的浓度变化趋势符合的很好。由此看出，烟花爆竹的燃放直接影响了PM10的浓度值，这是引起PM10污染的重要因素。

2.4 PM2.5的浓度变化规律

图3 2012年除夕PM10的浓度变化趋势图Fig.3 Variation trend of PM10 during the New Year′s Eve in 2012

从2012年大年三十12:00-初～11:00PM2.5浓度变化 (图4)看出，夜间从20:00开始浓度变大，并逐渐上升，初一0:00、1:00较前几小时跃升约5倍，凌晨2:00PM2.5的浓度最大，浓度值明显高于其他时间，随后PM2.5的浓度急剧下降。夜间PM2.5的浓度明显高于其他时段，而夜间恰好是燃放烟花爆竹的时段，烟花爆竹的燃放频率与PM2.5的浓度变化趋势符合的很好。由此看出，烟花爆竹的燃放直接影响了PM2.5的浓度值，这是引起 PM2.5污染的重要因素。

图4 2012年除夕PM2.5的浓度变化趋势图Fig.4 Variation trend of daily average concentration of the main pollutants during the Spring Festival 2013

2.5 污染物的日均浓度变化规律

将每天各污染物的24个小时均值进行计算，得到2013年春节期间各污染物的日均浓度 (见表1)，其变化趋势见图5。通过分析2013年春节期间各污染物日均浓度变化趋势图 (图5)发现，空气中的主要污染物是颗粒物 (PM10和PM2.5)，在燃放烟花爆竹最多的初一PM10和PM2.5污染因子更为突出，NO2、SO2、CO、O3的日均浓度变化不明显，为中度污染，春节期间污染最重一天，主要是由于除夕夜集中燃放烟花爆竹，污染物急剧升高所致。其余几日为良和轻度污染，春节期间空气质量相对较好。

图5 2013年春节期间NO2、SO2、PM10、PM2.5日均浓度变化趋势图Fig.5 Variation trend of daily average concentration of main pollutants during the Spring Festival 2013

表1 2013年春节期间各污染物日均浓度Tab.1 Concentrations of the main pollutants during the Spring Festival 2013 (mg/m3)

气象条件是影响春节期间空气质量的主要因素。如表2所示，2月9日～2月14日成都地区平均湿度约67%，风速二级，同时从激光雷达测得的大气边界层 (PBL)的厚度来看，扩散高度约为600～1000m左右，有利于空气的扩散，燃放烟花爆竹产生的大量污染物在短时间内就急剧下降，所以春节期间空气质量相对较好。

表2 2月9日～2月14日气象条件Tab.2 Meteorological conditions during Feburary 9 ～14 in 2013

2.6 春节期间 PM10与 PM2.5相关性分析

烟花爆竹燃放时由于急剧膨胀，会有大量的PM2.5与PM10产生，春节期间 (2013年2月9日～2 月 14 日)PM2.5与 PM10相关系数为 0.966(见图6)，呈现出非常显著的正相关性。表明燃放烟花爆竹时PM10浓度急剧增加时，PM2.5的浓度也迅速增高，对人体的危害程度也大幅度增强。人若生活在这种高污染的环境空气中极可能引发各种疾病，尤其对儿童及年老体弱者等敏感人群的健康危害更加突出，应尽量减少外出。

3 结论

黑火药是烟花爆竹的主要填充物。火药的成份主要是硝酸钾、硫磺和木炭，有的还含有氯酸钾。燃放烟花爆竹时，产生CO2、SO2、NO、NO2等气体及金属氧化物的粉尘，瞬时产生大量的气体，并伴随着大量光和热。

图6 2013年春节期间PM10和PM2.5相关性Fig.6 The correlation between PM10 and PM2.5 during the Spring Festival 2013

通过对2013年春节期间成都城区空气中的污染物进行监测，并总结污染物随时间的变化规律发现，除夕夜烟花爆竹的大量集中燃放造成污染物浓度迅速升高，PM10和PM2.5有很大影响，并呈现出非常显著的正相关性，对NO2、SO2影响相对较小。由于SO2和NO2是气态分子，受分子运动和空气流动的影响，扩散的快，污染持续时间短;PM10和PM2.5是飘尘，其粒径远远大于SO2和NO2，所以扩散的慢，污染持续时间相对较长。

［1］ 李令军，李金香，辛连忠，等.北京市春节期间大气污染分析［J］.中国环境科学，2006，26(5):537-541.

［2］ Drew nick F，Hings S S，Curtius J，et al.Measurement of fine particulate and gas-phase species during the NewYear，s fireworks in 2005 in Mainz，Germany［J］.Atmospheric Environment，2006，40:4316-4327.

［3］ 徐 敏，丁国安，颜 鹏，等.燃放烟花爆竹对北京城区气溶胶细粒子的影响［J］.安全与环境科学，2006，6(5):79-82.

［4］ Moreno T，Quevol X，Alasluey A，et al.Recreational atmospheric pollution episodes:Inhalable met alliferous particles from firework displays［J］.Atmospheric Environment，2007，41:913-922.

［5］ Wehner B，Wiedensohler A，Heintzenberg J.Submicrometer aerosol size distributions and mass concentration of the millenium fireworks 2000 in Leipzig ，Germany［J］.Journal of Aerosol Science，2000，31:1489-1493.

［6］ 王京丽，刘旭林，北京市大气细粒子质量浓度与能见度定量关系初探［J］.气象学报，2006，64(2):221-228.