文昌市2019 年大气污染物特征分析

宿少锋，薛杨，杜珊，王小燕，林之盼，雷湘龄

1.海南省林业科学研究院(海南省红树林研究院)，海南海口571100；2.海南大学林学院，海南海口570000

随着中国经济的迅速发展，工业生产建设步伐的加快，大气污染物排放量明显增多，大气质量安全成为公众关注的重心和焦点[1-4]。目前，对大气污染相关研究主要集中于中国北方城市[5]，特别是北京、天津、上海、郑州等人口密度大、工业发达、交通便利的一线城市。Zhang 等[6]通过对中国190 个主要城市大气污染物特征研究发现，PM2.5 是大气污染的主要污染物，PM2.5 污染与多种污染物排放相关，尤其是冬季，煤炭使用与汽车尾气成为主要排放源。近年来，南方沿海地区也陆续开展大气污染物监测研究，张雪梅[7]2015 年对广州市某区气态污染物进行研究分析，PM2.5 与SO2、CO、NO2、O3全年质量浓度存在一定的线性正相关关系。梁娟珠等[8]2015 年对福州市大气污染空间分布特征进行研究发现，污染物高浓度区主要集中于主城区中心和近郊区，受工业和人口密集影响。

文昌市位于海南省东北部，东、南、北三面临海，是中国第4 座航天之城，也是海南省重要的旅游城市之一。随着社会经济的发展和城镇化建设的扩张，以及城市人口的急剧增加，机动车保有量的持续增加，文昌市生态状况和环境质量也面临着巨大的压力。通过对文昌市主要大气污染物的污染水平及变化规律进行研究，探析文昌市大气污染物的时空变化特征，对于文昌市大气污染预防具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 数据来源

文昌市2019 年6 种大气主要污染物(PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和O3)浓度来自文昌市环境质量监测站统计数据。

主要污染物日变化数据来源于实测数据平均值，前3 个季度变化幅度不大，研究以第4 季度的平均值加以说明。

1.2 空气质量分数

空气质量指数级别根据表1 规定进行划分。

表1 空气质量指数及相关信息Tab.1 Air Quality Index and related information

1.3 污染负荷系数

空气污染负荷系数[9]为各类大气污染物对空气综合污染程度的大小。

其中，Ci为第i 种污染物浓度；Si为第i 种污染物的二级空气质量评价标准；Fi为污染负荷系数，Fi值表示该污染物对空气质量的影响程度大小。

1.4 数据处理

使用Microsoft Office Excel 2010 进行数据整理，使用Orgion8.0 软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 文昌市2019 年大气污染物特征

根据《环境空气质量标准》(GB3095-2012)和《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ663-2013)评价要求，2019 年，文昌市空气质量有效监测天数为365d(表2)，空气质量总体优良，优良天数比例为96.7%，其中优级天数比例为77.5%，良级天数比例为19.2%，轻度污染天数比例为3.3%，无中度污染和重度污染，6 种大气污染物中主要污染物为臭氧(O3)，超标污染物为O3。SO2、NO2、PM10、PM2.5 浓度和CO 特定百分位浓度值达到国家一级标准，O3特定百分位浓度值达到国家二级标准，空气质量达标。

表2 文昌市2019 年主要污染物特征Tab.2 Characteristics of main pollutants in Wenchang City in 2019

2.2 文昌市2019 年大气污染物季度变化特征

文昌市2019 年大气主要污染物特征具有明显的季度变化（图1），6 种主要大气污染物均表现为第4 季度最大，不同的是大气PM2.5、PM10 污染物浓度季度变化呈现为第4 季度＞第1 季度＞第3 季度＞第2 季度，大气CO、NO2污染物浓度季度变化呈现为第4 季度＞第1 季度＞第2 季度＞第3 季度。文昌市大气PM2.5、PM10、CO、NO2等4 种主要污染物浓度均为第1、4 季度最高，主要受2 方面影响：一方面是受海洋性季风气候影响，冬季多为偏北风，会把湛江一带的大气污染物带入文昌市，造成污染物浓度上升；另一方面是由于候鸟型人口入住文昌，增加了文昌市化石燃料的使用和车辆尾气的排放，从而导致污染物上升。

SO2和O3浓度季节变化与其它4 种污染物不同，虽然也是在第4 季度呈现最大值，但这2 种大气污染物在第3 季度浓度明显高于第1 季度。

图1 文昌市2019 年大气污染物浓度特征Fig.1 Concentration characteristics of air pollutants in Wenchang City in 2019

2.3 文昌市2019 年主要污染物污染负荷系数变化

大气污染是受多种气体污染物共同作用的结果，为更好的评价大气污染物对空气质量的贡献度，主要采用大气污染负荷系数进行评价。通过对4 个季度大气污染物负荷系数计算可以看出(图2)，文昌市2019 年大气污染物负荷系数中，O3、PM2.5 以及PM10 这3 种大气污染物负荷系数占比较高，尤其是O3占比达到30%左右，其次为PM2.5 和PM10，占比分别在20%左右，SO2最小，占比为5%。PM2.5 和PM10污染负荷系数在第1、4 季度占比明显增加，对空气质量影响度较大，属潜在污染源。除PM2.5 和PM10外，其它4 种大气污染物负荷系数无明显季节差异，O3为文昌市大气污染主要污染源。

图2 文昌市2019 年大气主要污染物负荷系数季度变化Fig.2 Seasonal changes in the load coefficient of major air pollutants in Wenchang City in 2019

2.4 文昌市2019 年大气污染物的日变化特征

图3 为文昌市6 种大气主要污染物日变化特征，PM2.5 浓度介于26μg·m-3～45μg·m-3之间，PM10 浓度介于35μg·m-3～85μg·m-3之间，PM2.5 及PM10 浓度变化趋势一致，均在上午8：00～10：00、下午18：00～20：00 出现峰值，这主要受上下班峰潮汽车流动性大和居民化石燃料使用共同影响所致。

文昌市大气O3浓度介于71μg·m-3～125μg·m-3之间，O3浓度日变化特征呈单峰型变化特征，最高值出现在下午16：00。O3属于二次污染物，受太阳辐射强度、碳氢化合物和氮氧化物的综合作用影响[10]，夜间辐射强度弱，O3浓度较低，上午8：00，随着辐射强度的增强，O3浓度呈消耗状态，在上午10：00 达到消耗最大值，随后O3浓度逐渐升高，在下午16：00 达到最大值。O3浓度与NO2浓度呈负相关关系，随着O3浓度的上升，NO2浓度呈下降趋势，在上午9 时左右达到峰值，与PM2.5 和PM10 浓度达到峰值时刻一致，这主要也由上下班汽车尾气排放量增加所致。

文昌市大气SO2浓度介于6μg·m-3～11μg·m-3之间，变化幅度较小，文昌市属旅游型城市，重工业较少，第三产业发达，因此产生的废气SO2较少。大气CO 浓度介于0.553μg·m-3～0.866μg·m-3之间，呈双峰型变化特征，峰值出现在中午13 时和下午19 时，这与日间车流量的增加，导致交通拥堵以及家庭烹饪燃料不完全燃烧有一定的关系。

图3 大气主要污染物日变化特征Fig.3 Daily variation characteristics of major air pollutants

3 结论

文章通过对2019 年文昌市大气主要污染物主要特征进行分析研究发现：

（1）文昌市空气质量总体优良，优良天数比例为96.7%，其中优级天数比例为77.5%，良级天数比例为19.2%，轻度污染天数比例为3.3%，无中度污染和重度污染，大气污染主要污染物是O3，大气PM2.5、PM10、NO2、CO、SO2等5 种污染物均达到国家一级排放标准。

（2）文昌市大气主要污染物存在明显的季节变化，6 种污染物第4 季度浓度值均为最大，其中O3浓度轻度污染也出现在第4 季度。

（3）大气污染物负荷系数中O3、PM2.5 以及PM10这3 种大气污染物负荷系数占比较高，总比例达到70%以上，是大气污染源的主要因素。

（4）文昌市6 种大气污染物存在明显的日变化特征，在早8：00～10：00 和下午16：00～19：00 出现峰值，这与机动车尾气排放、化石燃料燃烧和气象条件有关。