典型生态保护发展区环境空气中二氧化硫浓度变化特征研究

杨芙蓉，张永江，冯艳红

（重庆市黔江区环境监测中心站，重庆409000）

1 引言

随着全球经济的发展、城市规模的不断扩大，全球各地大气环境问题引起人类的广泛关注，而二氧化硫则是大气中最常见的污染物之一。二氧化硫主要来源于火山喷发、含硫金属矿冶炼、煤炭和石油等化石燃料的燃烧，通过呼吸系统，会引起慢性呼吸道疾病，更重要的是形成酸雨和光化学烟雾，对植物和人类的生活造成严重危害。

在国内，对城市大气环境质量中的研究报道较多，主要集中于北京、上海、天津、银川等大中型城市，通过大气自动实时监测，综合分析城区空气质量中的PM10、SO2、NO2、CO、O3等主要污染物，而对单独的污染因子进行综合分析研究报道较少。因此，本研究以典型武陵山地区的生态保护发展区域的黔江区大气质量为研究对象，通过实时监测，分析城区大气中二氧化硫的变化规律及污染状况（图1），为黔江区城区大气污染防治提供参考。

2 监测点位及方法

监测点位为黔江区区政府站（107°47′4″N 29°31′33″）和下坝站点（108°47′5″N 29°31′30″），采取自动连续24h监测。按照《环境空气质量自动监测技术规范》（HJ/T193－2005），二氧化硫观测仪器采用瑞典OPSIS公司的长光程DOAS分析系统（AR500），通过OPSIS的控制软件，对二氧化硫监测数据进行统计分析。

3 二氧化硫监测结果与讨论

3.1 二氧化硫质量浓度变化特征

3.2 不同季节二氧化硫质量浓度变化

2014年下坝、区政府两个监测点的二氧化硫四季浓度值对比见图2。下坝监测点SO2浓度明显高于区政府监测站点SO2浓度值，SO2质量浓度随季节变化较明显。下坝站春季平均质量浓度为35.7μg/m3，夏季为24.3μg/m3，秋季为32.8μg/m3冬季为68.0μg/m3；区政府站春季平均质量浓度为28.2μg/m3，夏季为19.2μg/m3，秋季为16.7μg/m3，冬季为39.0μg/m3。下坝和区政府观测站点年均SO2质量浓度分别为39.7和25.8μg/m3。尽管黔江区从2013年起开始大力推进城区“推清”行动，但是从图3可以看出在冬取暖季，二氧化硫的值明显升高，这与刘晓刚［1］研究结果相似，冬季的SO2浓度值为夏季的两倍左右，且在城东片区（下坝监测点）SO2浓度值明显高于城西片区，主要原因是城东片区作坊式企业较多、人口密度较大，且两个居民安置区的燃煤取暖和地区习俗烟熏腊肉等原因导致。

图4绘出了不同季节的二氧化硫浓度日变化曲线。下坝和区政府二氧化硫小时浓度在四季均呈明显的双峰分布，其浓度从5时以后逐渐上升，在9时左右出现第一次高峰，随后逐渐降低，直到17时以后又开始上升，到19时达到第二次高峰。并且冬春两季的日变化幅度明显高于夏秋季节，其中夏季SO2日变化幅度最小。这与目前城市地区典型二氧化硫质量浓度日变化规律相符合［2］。黔江地区二氧化硫浓度季节变化趋势比较明显，冬季二氧化硫浓度明显高于春季、夏季、秋季。SO2双峰型日变化形成的成因，交通早晚高峰、取暖季煤炭燃烧以及24h中边界层结构引起的大气扩散能力的差异，一般在10～16时大气湍流旺盛，水平输送和垂直扩散能力强，大气处于不稳定状态，这时扩散条件非常有利于SO2稀释、输送；而10时前与17时后大气相对稳定，扩散能力较弱，不利于SO2扩散。而季节差异是由于排放源、大气扩散能力以及大气光化学反应的差异造成［1］。

3.3 空气污染指数API超标天与二氧化硫浓度变化

利用空气污染指数法，对二氧化硫监测数据进行计算分析，获得冬季取暖季API指数平均值超过国家二级标准有26d，API指数超标天API平均值101～139.5，SO2浓度范围50～84μg/m3，二氧化硫超出国家二级标准天数有19d，说明API指数超标天与高浓度SO2之间存在着十分密切的关系。冬季取暖季的风速低，不利于大气污染物扩散与传输，容易造成SO2积累，而积累造成的高浓度SO2也会通过气—粒转化过程，产生细粒子，进一步降低大气能见度［3］，加剧大气污染程度。此结果与温天雪［4］研究结果相似，均为阴霾天不利于污染物扩散的气象条件导致SO2积累。

3.4 下坝监测点冬季二氧化硫浓度持续超标案例分析

如图5所示，2014年1月中旬开始下坝监测点出现SO2持续高浓度值，其中有15d单点浓度值超过国家二级浓度值，虽然影响大气污染水平的因素有很多，但是单项污染物浓度持续偏高出现往往与不利气象条件下大气污染物的积累效应以及监测点范围居民生产生活污染物的排放有关。在冬季取暖季污染物浓度变化的天气过程，则为近乎周期性的局地累积—清除变化特征［5］。

因此下面主要针对1月14～31日的污染过程进行分析，尤其是结合气象要素重点讨论1月14～31日SO2持续偏高的成因。5～13日冷空气活动强，使积累数天的SO2浓度有所降低，13日均值降低到52μg/m3，14日浓度开始上升，在14～22日SO2持续积累，地面扬尘增大，23日最高值达183ug/m3；24～30日受冷空气影响，地面气压增强，SO2浓度呈现下降趋势，到12月30日浓度值下降到96.2μg/m3。其主要原因是：自14日开始气压逐渐减弱，风速逐渐降低，持续多日的晴天，而黔江区城市最主要建成区的地形四面环山属于“盆地”性，不利于污染的扩撒，从而滞留在城区上空，且SO2在城东与东南有较多的居民点和小型加工厂排放源，从而导致SO2浓度单点上上升快且持续较高。从图6可以看出SO2浓度变化与风速是成反比，风速越大污染物更容易扩散；气压越稳定越不利于SO2的扩散，同时SO2的浓度变化还与空气湿度有关［6］。

4 结论

通过对2014年黔江区大气中SO2时间分布特征及风速、风向对SO2浓度影响，API指数超标天与SO2的相互关系成因分析，得出以下结论。

（1）黔江区SO2浓度变化呈现冬季高、夏季低的“U”型分布；统计日变化呈双峰型，并且冬春季日较差，高于夏秋季节，取暖期SO2污染依然严重，其浓度为非取暖期的两倍以上。

（2）城区二氧化硫区域分布不均，污染较突出的是城东、东南片区，主要与城市建成区功能区布局和居民生产生活有较大关系。

（3）API指数超标天相对容易造成SO2浓度超标。

（4）黔江区城区SO2污染过程呈现周期性的局地累积—清楚特征，地形及风速、气压等不利于扩散的气象条件；“盆地形”城区、不利于扩散的气象条件造成短时间SO2连续超标。这些结论可对研究黔江区大气中SO2浓度的变化规律控制策略提供理论支持，同时对黔江区城区大气污染特征及污染物来源研究提供基础数据。

［1］刘晓刚.重庆市主城区二氧化硫地面浓度场分布特征及污染防治对策研究［D］.重庆：重庆大学，2007.

［2］吉东升，王跃思，孙 扬，等.北京大气中SO2浓度变化特征［J］.气候与环境研究，2009，14（1）：69～72.

［3］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，2006，46（2）：221～228.

［4］温天雪，王思跃，徐宏辉.采暖期北京大气PM10中硫酸盐与硫氧化率的观测研究［J］.中国科学院研究生院学报，2006（5）：584～589.

［5］孙 扬、王跃思，刘广仁.北京地区一次大气环境持续严重污染过程中SO2的垂直分布分析［J］.环境科学，2006，26（3）：408～414.

［6］林登华，沈 彪.浅析气象条件对大气污染时空分布的影响［J］.资源节约与环保，2015（3）：196.