2014—2015年关中地区环境空气质量状况对比分析

董娅玮，李杨扬，杜涛，唐小威，马震

陕西省环境监测中心站，陕西 西安 710054



2014—2015年关中地区环境空气质量状况对比分析

董娅玮，李杨扬，杜涛，唐小威，马震

陕西省环境监测中心站，陕西 西安 710054

利用2014—2015年关中地区6个城市6种大气污染物(PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3)监测数据，对比分析了全年环境空气质量变化特征及影响因素。结果表明：就全年的综合情况而言，影响关中地区空气质量的污染物依次为PM2.5、PM10、NO2和O3，呈现以颗粒物污染为主的复合型污染特征。PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO浓度的月变化特征均为冬季最高，夏季最低；O3浓度则表现为夏季最高，冬季最低。2015年关中地区各城市空气质量综合指数较2014年同比均有下降，但平均优良天数仅占全年的71.9%，污染现状仍然不容乐观。2015年关中地区SO2、NOx和烟(粉)尘总量的减排对减轻环境空气污染起到重要作用，采暖期内气象因素对空气质量的影响较为明显。

空气质量；对比分析；变化特征；影响因素；关中地区

目前，我国大气污染形势十分严峻，并已进入严重的区域复合污染阶段，区域型大气污染问题发生频率之高，影响范围之大，污染程度之重，严重威胁人民群众的身体健康和生态安全[1]。

陕西关中平原为暖温带半干旱或半湿润气候，空气干燥，降水量小，冬春季大风天气多，易造成严重的扬尘[2]。特别是以煤炭为主的能源消费和机动车辆的尾气排放，导致陕西关中地区以PM2.5和PM10为特征污染物的区域性复合型大气污染问题日益突出，区域内空气重污染现象大范围同时出现的频次日益增多，严重制约社会经济的可持续发展，威胁人民群众身体健康[3-6]，近些年来，由于关中地区城市化进程的加快，其环境问题受到关注，部分学者就关中地区污染物时空分布、影响因素等方面开展了一些研究工作[6-8]。但其研究大多面向某种污染物或某一季节的污染状况，鲜有针对多种污染物的全年浓度特征的研究。此外，目前国内外关于大气污染物浓度特征及影响因素的研究多以城市为对象，鲜有对某个城市群大气污染现状的相关研究。笔者依据2014—2015年关中地区5个设区市(西安市、宝鸡市、咸阳市、铜川市、渭南市)和杨凌区(示范区)的环境空气质量监测资料，采用环境空气质量综合指数、空气质量指数(AQI)等评价和分析方法，对关中地区近2年的环境空气质量变化情况及影响因素进行分析与研究，以期为关中地区大气污染防治工作提供决策依据。

1 研究方法

1.1 数据来源

采用2014—2015年关中地区西安市、宝鸡市、咸阳市、铜川市和渭南市5个设区市和杨凌区污染物监测国控点数据，以PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3(8 h)浓度的日均值(O3浓度为8 h平均值)进行年际和年内污染分析。所用数据来自陕西省2014—2015年环境空气质量公报、国家空气质量监测联网管理平台(省级版，网址：http:192.168.6.210:8000)。

1.2 评价标准

评价标准采用GB 3095—2012《环境空气质量标准》中的二级标准限值：PM10、PM2.5、SO2、NO2日均限值分别为150、75、150、80 μgm3，年均限值分别为70、35、60、40 μgm3；CO日均限值为4 mgm3；O3(8 h)平均浓度限值为160 μgm3。

1.3 评价方法

环境空气质量状况评价采用环境空气质量综合指数反映空气质量的年际变化特征，用污染负荷系数表征主要污染物对环境空气整体污染水平的贡献率。环境空气质量综合指数是描述城市环境空气质量综合状况的无量纲指数，其综合考虑了PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3等6项污染物的污染程度，数值越大表明综合污染程度越重。计算公式为：

Ii=CiSi

(1)

Isum=∑Ii

(2)

Fi=IiIsum

(3)

式中：Ci为污染物i的浓度〔当i表示PM10、PM2.5、SO2及NO2时，Ci为年均值；当i表示CO和O3时，Ci分别为CO日均值的第95百分位数浓度以及O3(8 h)平均浓度值的第90百分位数浓度〕；Si为污染物i年均浓度的二级标准限值(当i为CO时，为日均浓度的二级标准限值；当i为O3时，为8 h平均浓度的二级标准限值)；Isum为环境空气质量综合指数；Ii为污染物i的单项指数，i包括全部6项指数；Fi为第i项污染物对空气质量综合指数的贡献率，即污染负荷。

2 结果与分析

2.1 空气质量状况

2.1.1 污染物浓度水平

根据2014年和2015年关中地区5个设区市和杨凌区PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO和O3监测结果(表1)可知：2014年，关中地区PM10年均浓度为129 μgm3，超标0.84倍，各市及区的年均浓度均超标；PM2.5年均浓度为70 μgm3，超标0.99倍，各市及区的年均浓度均超标；SO2年均浓度为31 μgm3，各市及区均达标；NO2年均浓度为37 μgm3，西安市超标，其余5市及区均达标；CO日均浓度的第95百分位数为3.0 mgm3，各市及区均达标；O3(8 h)平均浓度的第90百分位数为133 μgm3，各市及区均达标。2015年，关中地区PM10年均浓度为113 μgm3，较2014下降12.7%，超标0.61倍，各市及区的年均浓度均超标；PM2.5年均浓度为59 μgm3，较2014年下降15.6%，超标0.68倍，各市及区的年均浓度均超标；SO2年均浓度为22 μgm3，较2014年下降29.0%，各市及区的年均浓度均达标；NO2年均浓度为36 μgm3，较2014年下降0.9%，除西安市超标外，其余5市及区的年均浓度均达标；CO日均浓度的第95百分位数为2.8 mgm3，较2014年下降7.8%；O3(8 h)平均浓度的第90百分位数为135 μgm3，较2014年上升1.6%，各市及区均达标。说明关中地区2015年大气污染较2014年总体有降低的趋势，但仍处在较高的水平。

表1 2014年和2015年关中6市及区主要大气污染物监测结果

Table 1 Concentrations of major air pollutants of six districts in Guanzhong area during 2014 and 2015 μgm3

表1 2014年和2015年关中6市及区主要大气污染物监测结果

市及区PM10浓度2014年2015年PM2.5浓度2014年2015年SO2浓度2014年2015年NO2浓度2014年2015年CO浓度1)2014年2015年O3(8h)浓度2)2014年2015年西安市1471267658322447443.03.4131145宝鸡市1211077057241436363.42.7120132咸阳市1331187163312438392.32.3131137铜川市1171046958352540363.42.5148132渭南市1281107260362337392.32.6123132杨凌区1281116057282221233.63.1144132平均1291137059312237363.02.8133135

2.1.2 空气质量综合指数

由表2和表3可知，各市及区空气质量综合指数整体相差不大，西安市相对较高，较低的是杨凌区和宝鸡市。主要是由于关中盆地南倚秦岭，北接渭北北山，渭河横贯盆地汇入黄河，河槽地势低平，基本地貌类型是河流阶地和黄土台塬，关中地区的特殊地形使局地回转风形成，不利于空气污染物的稀释，易造成空气污染。而且，关中四季分明，年均降水量较低，冬季逆温层厚，静风频率高，不利于污染物的稀释，易导致空气污染加重[7]。各市及区均以PM2.5污染负荷系数最高，其次为PM10，各市及区PM2.5、PM10指标污染负荷系数之和均达50%以上。就全年综合情况而言，影响关中地区空气质量的污染物依次为PM2.5、PM10、NO2和O3，呈现以颗粒物污染为主的复合型污染特征。

表2 2014年关中地区6市及区空气质量综合指数

表3 2015年关中地区6市及区空气质量综合指数

2.1.3 空气质量级别

根据HJ 633—2012《环境空气质量指数(AQI)》[9]分级方法得出：0

表4 2014—2015年关中地区空气质量比较

2.1.4 污染物月均浓度

2014—2015年关中地区6种污染物月均浓度变化见图1。

图1 2014—2015年关中地区6项污染物月均浓度变化特征Fig.1 Monthly average concentration of six kinds of pollutantsin Guanzhong area during 2014-2015

由图1可知，除O3外，其余5种大气污染物(PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO)月均浓度呈U型分布，均为夏季(6—8月)<秋季(9—11月)<春季(3—5月)<冬季(12—次年2月)，这一现象主要是由于冬季采暖，消耗大量化石燃料，春运期间交通运输量急剧增加，都会提升大气中PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO的浓度。同时，冬季温度低，大气层易出现辐射逆温现象，不利于污染物的扩散迁移，使污染物浓度上升，造成冬季污染明显重于其他季节[10-12]。O3浓度表现为夏季最高，春季次之，秋、冬季较低。O3的月变化特征与前5类污染物大致相反，最高和最低值分别出现在夏季和冬季。夏季太阳辐射强烈，有利于生成O3的光化学反应进行；秋季过后太阳光减弱，生成O3的光化学反应速率减缓。此外，夏季植被茂盛，能产生大量挥发性有机物(VOCs，O3的前体物)[13]。

2.2 空气质量对比分析

2.2.1 空气质量综合指数变化

图2 2014—2015年关中地区6市及区空气质量综合指数变化Fig.2 Variations of air quality comprehensive index of six city districts in Guanzhong area during 2014-2015

2014—2015年关中地区各市及区空气质量综合指数变化见图2。各市及区空气质量综合指数同比均下降，其中，铜川市、宝鸡市和西安市空气质量综合指数同比下降10%以上。

2.2.2 污染物浓度变化

图3为2014—2015年关中地区6市及区主要大气污染物的年际变化。由图3可知，2015年，关中地区PM10、PM2.5、SO2、NO2和CO年均浓度同比2014年分别下降12.7%、15.6%、29.0%、0.9%和7.8%，O3平均浓度同比上升1.6%。5市1区PM10年均浓度同比下降10%～15%；PM2.5年均浓度同比均下降，其中，西安市下降超过20%，杨凌区下降小于10%，其他市及区下降10%～20%；SO2年均浓度同比下降均在20%以上，其中，宝鸡市下降超过40%；NO2年均浓度除西安市、铜川市有小幅降低，宝鸡市基本保持不变，其他3市及区同比增加；CO年均浓度西安市、渭南市同比上升，其他市及区同比下降，其中宝鸡市、铜川市下降比例超过20%；O3浓度除铜川市、杨凌区有小幅降低，其他市及区同比增加。总体来看，各市及区降幅较大的污染物主要有SO2、PM2.5和PM10。

图3 2014—2015年关中地区6市及区主要大气污染物年际变化Fig.3 Annual variations of major air pollutants in Guanzhong area during 2014-2015

3 环境空气质量影响因素分析

根据国务院颁布的《大气污染防治行动计划》，2014年，陕西省也随之出台相应的实施细则，即《陕西省“治污降霾·保卫蓝天五年行动计划(2013—2017年)》，对关中地区的空气质量改善目标提出了“以2012年环境空气质量监测数据为基数，到2017年，关中地区PM10年均浓度下降15%以上；NO2年均浓度下降10%以上；SO2年均浓度零增长；西安市PM2.5年均浓度下降10%以上”的具体要求，并与环境保护部签署了《陕西省大气污染防治目标责任书》，各地市也分别与省政府签署了大气污染防治目标责任书。之后又陆续发布实施了《陕西省油气回收综合治理工作方案》、《陕西省建筑施工扬尘治理行动方案》、《陕西省能源行业加强大气污染防治工作实施方案》、《陕西省水泥工业结构调整工作方案(2013—2017年)》、《关中地区燃煤火电机组超低排放改造实施方案》、《陕西省大气污染重点防治区域联动机制改革方案》、《关中地区2015—2017年燃煤消费减量替代工作实施方案》等专项方案，开展能源结构调整、污染源综合整治等多项工作，对减轻关中地区空气污染、改善环境空气质量起到重要的作用。

3.1 污染物排放量

污染物排放量是影响全年空气质量的关键因素。根据陕西省环境保护厅统计数据，2015年，关中地区累计淘汰钢铁产能132万t、水泥产能439万t；实现燃煤锅炉拆改7 850台，共计20 236蒸吨，16台628万kW燃煤火电机组实现超低排放，占关中现役机组总台数的44%，燃煤消费量比2014年减少300万t，年排放SO2为35.89万t、NOx为34.22万t、烟(粉)尘为22.09万t，较2014年分别下降4.86%、11.96%、15.28%。

与2014年相比，2015年关中地区年均浓度PM10和PM2.5均下降了10%以上，SO2下降了20%以上，NO2降低了0.9%，说明工业减排、压煤、改气、抑尘等措施取得了一定的成效。但是杨凌区、渭南市、咸阳市等3市及区NO2浓度同比有所增加，这一方面是由于目前关中许多市及区集中供热站脱硝设施不完善，或者运行状况较差，导致氮氧化物减排力度不足；另一方面可能是由于机动车保有量的快速增加。

3.2 气象因素

气象因素对环境空气质量的影响也不容忽视。能够影响大气污染物浓度的气象要素主要为：日最高气温、日最低气温、日平均气温、平均风速、最大风速、气压、水汽压、总云量、相对湿度、混合层高度[14]。由于可用数据的限制，本文仅简要分析关中地区大气污染物日均浓度与风速、气温和相对湿度3种常规气象要素的关系。同时，风速、气温和相对湿度是除非常规气象要素外，对大气污染影响最主要的气象因素。关中地区2014年和2015年的气象要素相比，全年尺度上的风速、气温和相对湿度变化很小，不能客观地描述空气质量与气象因素对的关系。以2015年1月和2015年2月(采暖期)为例，分析空气质量与气象因素的关系。2015年1月和2月PM10、PM2.5、SO2和NO2的月均浓度和气象因子见表5。

表5 2015年影响空气质量的气象因子

由表5可知，2015年2月的空气质量明显好于1月，3个气象要素中差异最大的是温度，其次是风速和相对湿度。1月平均气温较2月低2.7 ℃，温度较高时，大气对流层内垂直对流运动强烈，有利于污染物的运输扩散[15]；除温度外差别最大的是风速，1月平均风速比2月低0.8 ms，占2月风速的27.6%，风速越大越有利于污染物的稀释扩散，相应的污染物浓度较低；1月相对湿度比2月高14.7%，邓利群等[16]研究认为，在一定湿度范围内，相对湿度越大越有利于形成颗粒物，在高湿度情况下更容易发生严重污染。由此可以得出，采暖期内气象因素对环境空气质量的影响较为明显。

4 结论

(1)2014年关中地区PM10、PM2.5年均浓度超标，2015年各项污染物除O3外年均浓度同比均有所下降，但仍处在较高的水平；影响关中地区空气质量的污染物依次为PM2.5、PM10、NO2和O3，呈现以颗粒物污染为主的复合型污染特征；2015年关中地区平均优良天数比2014年增加36 d，重污染天数比2014年减少10 d，但关中地区平均优良天数仅占全年的71.9%，污染形势仍不容乐观。

(2)2014—2015年关中地区PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO月均浓度总体变化趋势一致，表现为夏季<秋季<春季<冬季；O3浓度表现为夏季最高，冬季最低。

(3)2015年关中地区各市及区空气质量综合指数较2014年均同比下降。总体来看，各市及区降幅较大的污染物主要有SO2、PM2.5和PM10。

(4)2015年关中地区SO2、NOx和烟(粉)尘的减排对减轻空气污染起到重要的作用，采暖期内气象因素对空气质量的影响较为显著。

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Comparative Analysis of Air Environmental Quality during 2014-2015 in Guanzhong Area

DONG Yawei, LI Yangyang, DU Tao, TANG Xiaowei, MA Zhen

Shaanxi Province Environmental Monitoring Center, Xi'an 710054, China

Air quality and its trend during 2014-2015 were analyzed based on the monitoring data of six air pollutants of six districts in Guanzhong area. The analysis results showed that as the whole year was concerned, PM2.5was the major pollutant, followed by PM10, NO2and O3, exhibiting the complex pollution characteristics dominated with particulate pollution. The monthly change feature of PM10, PM2.5, SO2, NO2and CO concentrations were highest in winter and lowest in summer, while the feature of O3was highest in summer and lowest in winter. For each city of the Guanzhong area, the air quality comprehensive index in 2015 was lower than that in 2014. However, the average percentage of days that the air quality meets the Level Ⅱ ofNationalAirQualityStandardin the Guanzhong area is only 71.9%, indicating the status of still severe air pollution. The reduction of emissions in SO2, NOxand smoke (powder) dust in the Guanzhong area during 2015 played an important role in air quality improvement, and the air quality was more likely to be directly influenced by the meteorological conditions during the winter heating season.

air environmental quality; comparative analysis; variational characteristics; influence factors; Guanzhong area

2016-04-27

董娅玮(1983—)，女，工程师，硕士，主要从事大数据的分析评价，dongyawei029@163.com

X513

1674-991X(2016)06-0532-07

10.3969j.issn.1674-991X.2016.06.077

董娅玮，李杨扬，杜涛,等.2014—2015年关中地区环境空气质量状况对比分析[J].环境工程技术学报,2016,6(6):532-538.

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