四川盆地城市细颗粒物污染特征分类分析研究

刘培川，罗 彬，张 巍，曹 攀，周书华，吴 瑶

(1.四川省生态环境监测总站，成都 610000；2.宜宾市环境监测中心站，四川 宜宾 644000)

1 引 言

随着工业化、城市化进程的高速发展，城市人口和能源消耗的大量增加，污染物排放量逐年增加；同时受四川盆地特殊地形与气候条件影响，污染物在盆地内容易累积；受制于盆地外围高山的阻隔，污染物向外部空间无法有效输送，尤其在秋、冬季污染气象条件较差的静稳天气时期，易形成与城市群空间区域叠加的污染天气，进一步加大了四川盆地大气污染防治难度[1～4]。本文致力于构建对四川盆地大气污染特征的分析，尤其是近年来典型污染类型对四川盆地空气质量的影响及时空变化特征，提出大气污染防治措施。

2 资料与方法

2.1 资料介绍

利用四川盆地内21个城市的环境空气自动监测网络，对各城市PM10、PM2.5的质量浓度进行在线监测，并对2015年21个城市的PM10、PM2.5日均浓度发布数据进行分析统计。

2.1.1 烟花爆竹燃放污染主要集中在每年除夕、初一、十五等，基于燃放烟花爆竹时环境空气中SO2、NO2、PM10、PM2.5的质量浓度变化等进行判别[5]。

2.1.2 秸秆焚烧的识别基于PM10、PM2.5、CO等监测浓度变化、日常监测记录等进行统计[6]。

2.1.3 冬季不利气象条件下，区域污染天气的识别基于空气质量评价结果及日常工作记录。本文所统计的区域重污染天数是指出现AQI>200的5个及以上连片城市的天数(且持续时间超过3天)。

2.2 四川盆地PM2.5的贡献计算方法

PM2.5贡献量(Contribution Amount)、PM2.5贡献率(Contribution Rate) ：以细颗粒物( PM2.5) 监测日均浓度积分，计算区域污染、秸秆焚烧污染、烟花爆竹污染期间造成PM2.5升高部分对全年PM2.5浓度的贡献量。区域污染、秸秆焚烧污染、烟花爆竹污染对颗粒物PM2.5的贡献率计算方法见以下公式[7]。

式中，CR表述典型特征污染状态下的PM2.5贡献率，指扣除全省年平均值后的各类污染时段的所有城市PM2.5浓度增量的时间积分值与全省城市数乘以全年统计时间数的比值，无量纲；

NCPM2.5表示无特殊污染(通常)状态下各城市PM2.5的年均浓度，指各城市除秸秆焚烧、烟花爆竹燃放、区域污染等典型污染天气影响后的日平均浓度算术平均，各城市典型污染天数按照1.1的方法统计实际污染天数，μg/m3；

FDCPM2.5表示区域污染(区域污染、秸秆焚烧、烟花爆竹集中燃放)期间PM2.5日平均值浓度，μg/m3；

CPM2.5表示参与统计城市的PM2.5日平均值浓度；DAYfd表示各类型污染天数(区域污染、秸秆焚烧、烟花爆竹集中燃放)，μg/m3；

DAYtotal表示有效监测总天数，d。

全省PM2.5年平均浓度为21个城市年均浓度的算术平均，μg/m3。

3 结果分析

3.1 四川盆地PM2.5空间分布特征

2015年四川省包括攀西高原的21个市(州)城市的PM2.5浓度具有明显的区域性差异，平均浓度为47.5μg/m3；盆地内17个城市PM2.5浓度52.7 μg/m3(17个城市PM2.5年均浓度算术平均)，其中，盆地南部(包括泸州、宜宾、自贡、内江等4个城市)PM2.5浓度最高，为63.3 μg/m3，其次是盆地西部(包括成都、德阳、绵阳、眉山、资阳、乐山、雅安等7个城市)，为52.1 μg/m3，盆地东北部(包括南充、达州、广安、遂宁、广元、巴中等6个城市)最低，为46.8 μg/m3，比例为1.4∶1.2∶1(见图1)。

21个市(州)城市中有16个城市PM2.5浓度超过国家环境空气质量标准二级年均浓度限值35μg/m3要求。其中，9个城市超标20%以上，4个城市超标30%以上，1个城市超标50%以上。PM2.5浓度能够达标的城市仅有阿坝、甘孜、凉山、广元和攀枝花等5个城市，四川盆地PM2.5污染形势不容乐观。

图1 2015年四川省21个城市PM2.5对全省浓度的污染负荷Fig.1 The pollution load of PM2.5 in 21 cities of Sichuan province in 2015

3.2 四川盆地PM2.5时间序列特征

2015年四川省城市环境PM2.5与PM10的质量浓度具有明显的季节分布征:冬季>秋季> 春季>夏季；PM2.5与PM10浓度的比值介于0.585～0.678之间，其季节分布特征与质量浓度略有不同，即冬季>秋季>夏季>春季。这主要是由于春季易出现沙尘天气，导致PM10浓度升高，而PM2.5浓度因扩散条件好转而降低。从污染级别来看，污染级别越重，PM2.5与PM10浓度的比值越高，细颗粒物二次转化突出；城市空气质量为严重污染时，PM2.5占PM10比例达76.4%；城市空气质量为优、良时，PM2.5占PM10比例约59.0%，前者高出后者约17.4%。2015年四川省城市环境空气PM2.5、PM10浓度以及二者比值的季节变化见图2，2015年四川省城市环境空气各污染级别下PM2.5、PM10的浓度及二者的比值分布见图3。

图2 2015年四川省城市环境空气PM2.5、 PM10浓度以及二者比值的季节变化Fig.2 The concentration of PM2.5 and PM10 and the ratio in the urban environment of Sichuan province in spring and summer

3.3 各类污染对四川盆地PM2.5浓度水平影响及对全年贡献量

3.3.1 区域污染

四川省城市环境空气区域污染主要集中在污染气象条件相对最差的1月、2月和12月，分别出现19天、9天和6天，共计34天。区域污染期间，PM2.5平均浓度为140.7μg/m3，超过国家二级年平均标准浓度(35μg/m3)3倍；区域污染对全省PM2.5贡献比例为13.62%(区域污染对攀枝花、西昌、马尔康、康定4个城市影响甚微且不易识别，故本文不讨论对上述4城市的影响分析)，对PM2.5年均浓度贡献6.4μg/m3。受盆地不利扩散的气象条件，盆地内城市受区域污染影响时长基本一致，但是受影响程度还是有较大差异。从图4看出，区域污染对全省城市环境PM2.5年均贡献范围在1～10.2μg/m3，其中，成都、自贡、达州受区域污染影响最大，区域污染期间PM2.5浓度分别为167.9μg/m3、174.7μg/m3、167.5 μg/m3，说明城市污染影响程度本质还是城市污染排放体量基数、污染防治措施的开展。各城市区域污染对该城市PM2.5浓度水平影响及对全年PM2.5贡献量见图4。

图3 2015年四川省城市环境空气各污染级别下PM2.5、PM10的浓度及二者的比值分布Fig.3 The PM2.5 and PM10 concentration and the ratio distribution of them under different urban environmental pollution level in Sichuan in 2015

3.3.2 秸秆焚烧

2015年全年四川省共发生了14次秸秆大面积集中焚烧污染(主要发生在4～6月和8～10月)，共计48天，秸秆焚烧期间PM2.5平均浓度为77.5μg/m3，超过国家二级年平均标准浓度(35μg/m3)1.2倍；秸秆焚烧对全省PM2.5贡献比例为3.11%(秸秆焚烧对攀枝花、西昌、马尔康、康定4个城市影响甚微且不易识别，故本文不讨论对上述4个城市的影响分析)，对PM2.5年均浓度贡献1.5μg/m3。如图5所示，秸秆焚烧对全省城市环境PM2.5年均贡献范围在0.2～3.0μg/m3，秸秆焚烧对眉山、自贡、内江城市环境空气PM2.5浓度影响较大，影响期间宜宾市PM2.5浓度最高，达101μg/m3，自贡、眉山分别为96.8μg/m3、96.7μg/m3；成都市受秸秆影响时间最长，共持续30天。各城市生物质集中燃烧对该城市PM2.5浓度水平影响及对全年PM2.5的贡献量见图5。

3.3.3 烟花爆竹集中燃放污染

烟花爆竹集中燃放主要发生在除夕晚上至初一凌晨，短时间内排放大量污染物，对空气质量造成显著影响。烟花爆竹集中燃放期间PM2.5平均浓度为111μg/m3，超过国家二级年平均标准浓度(35μg/m3)2倍。烟花爆竹集中燃放对全省PM2.5贡献比例为0.75%，对PM2.5年均浓度贡献0.35μg/m3。四川省盆地城市PM2.5浓度受烟花爆炸集中燃放影响介于24～153μg/m3之间，其中内江、乐山、达州受影响最大，期间PM2.5平均浓度分别为153.0 μg/m3、153.0μg/m3、149.5μg/m3，对PM2.5年均浓度贡献也不容小觑，短短十多个小时贡献全年PM2.5浓度分别为0.57 μg/m3、0.59 μg/m3、0.53μg/m3。各城市烟花爆竹集中燃放对该城市PM2.5浓度水平影响及对全年PM2.5的贡献量见图6。

图4 区域污染对四川盆地PM 2.5浓度水平影响及对全年贡献量Fig.4 The influence of regional pollution on PM2.5 concentration in Sichuan basin and the annual contribution to PM2.5

图5 生物质集中燃烧对四川盆地PM2.5浓度水平影响及对全年的贡献量Fig.5 The influence of biomass combustion on PM2.5 concentration in Sichuan basin and the annual contribution to PM2.5.

图6 烟花爆竹集中燃放对四川盆地PM 2.5浓度水平影响及对全年的贡献量Fig.6 The influence of the pollution caused by the setting off of fireworks on PM2.5 concentration in Sichuan basin and the annual contribution to PM2.5

4 结论与防控建议

4.1 四川盆地PM2.5污染严重。2015年四川盆地内17个市(州)城市PM2.5平均浓度52.7 μg/m3。其中盆地南部PM2.5浓度最高，为63.3 μg/m3，盆地西部次之，为52.1μg/m3，盆地东北部最低，为46.8μg/m3。

4.2 空气污染级别越重，PM2.5细颗粒物的二次转化更加突出。严重污染时，PM2.5占PM10比例达76.4%；城市空气质量优、良时，PM2.5占PM10比例约59%。严重污染时PM2.5占PM10比例较优、良空气高约17.4%

4.3 四川省不同污染类型下PM2.5平均浓度差异较大，区域污染期间下PM2.5浓度最高，平均140.7μg/m3。区域污染、燃放烟花爆竹、秸秆焚烧等典型污染类型对四川省PM2.5年均值贡献比例分别为13.62%、0.75%、3.11%，未减排状态下非特殊污染天气对四川省PM2.5年均值贡献82.52%，贡献浓度分别6.46μg/m3、0.35μg/m3、1.47μg/m3,39.22μg/m3。

4.4 当前状态下，我省面临的PM2.5污染形势，是制约生态文明建设的重要因素。将常态下的PM2.5污染控制作为重要抓手，打好蓝天保卫战、建设美丽四川，是一项长期的工作；在环境空气质量改善方面，短期内要取得显著效果，则需要在典型污染上下重功夫，加大扬尘治理、秸秆禁烧、散乱排放等。特别是抓住关键月份，有针对性地采取控制措施，提前管控。秋冬季的重污染天气应急预警提前减排、春秋收获季节的秸秆禁烧、秋冬季节的落叶和烧荒、春节烟花爆竹、传统节日祭祀、城市建设期扬尘整治等是PM2.5精细化管控的关键。