聊城市2020年空气质量特征分析

赵修敏 王绪新 王 莉

（山东省聊城生态环境监测中心 山东聊城 252000）

引言

聊城市位于山东省西部，地处冀鲁豫三省交界处，是京津冀大气污染传输通道“2+26”城市，保障生态环境安全特别是环境空气质量尤为重要。

针对聊城大气特征的分析研究较少。王成祥[1]等利用2006-2014 年大气质量监测数据，分析了聊城市大气质量年变化、季节变化和日变化特征。张敬巧[2]等对聊城市2016 年一次重污染过程开展PM2.5 样品采集并分析了其中水溶性离子、碳成分及无机金属元素这三种化学组分，并对污染特征及成因进行了分析。庞博[3]对聊城市2016 年环境空气质量数据进行统计分析。纪凡华[4]等采用气候倾向趋势法、皮尔逊相关系数法对2009-2017 年聊城空气污染日数据和静稳天气的气候特征进行分析，探究聊城市空气质量状况和相关大气污染事件的发展规律。

1 研究方法

本文以2020 年聊城市5 个国家空气自动监测站（华润纺织、区政府、九州社区、监控中心、聊大东校）PM10、PM2.5、O3、SO2、NO2、CO 等6 项空气污染物的数据为基础，对环境空气质量变化特征进行分析。在计算空气污染物日均质量浓度时，以臭氧最大8小时滑动平均（O3-8h）代表O3的日均质量浓度。

图1 聊城市国控空气站点分布图

2 结果与讨论

2.1 统计特征

对2020 年聊城市SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3-8h和CO 的日均质量浓度进行统计，见表1。结果显示：日浓度变化范围分别为3～39、9～93、14～288、7～288、6～320μg/m3和0.3～3.0mg/m3。全年污染物质量浓度变化区间较大，其中颗粒物的差异最为明显，PM10 和PM2.5 浓度最高值分别是最低值的21 倍和33 倍。各项污染物的中位数浓度均低于平均值，说明平均值中污染天气值的贡献较大。

表1 聊城市主要空气污染物统计特征

统计分析2020 年聊城市空气污染物日质量浓度超标情况，结果见表2，其中轻中重度污染分别为101 天、18 天和16 天，共计135 天。首要污染物次数最多的是O3-8h，达到63 次，其次为PM2.5，达到55次，其它因子（SO2、NO2和CO）均未出现超标情况。说明O3和PM2.5 是聊城市空气污染面临的主要问题。轻度污染中O3天数最多，为49 天，重度污染天气中PM2.5 的天数最多，为15 天。说明做好O3污染的防治可以减少轻度污染，从而提高优良天数比例。做好PM2.5 的防治可以减少重污染天气的发生。

表2 聊城市首要污染物统计特征

2.2 空气质量状况

聊城市PM10、PM2.5、SO2和NO2在2020 年的年均质量浓度分别为94、53、12、33μg/m3，CO 95%分位浓度、O3-8h 90%分位浓度分别为1.6mg/m3和174μg/m3。PM10 和PM2.5 年均质量浓度和O3-8h 90%分位浓度都超过了国家空气质量二级标准。山东省2020 年PM2.5 和PM10 的平均浓度为分别为46μg/m3和80μg/m3；山 东 省 内7 个 传 输 通 道 城 市PM2.5 和PM10 的平均浓度为分别为52μg/m3和88μg/m3，都比聊城市的值低。从城市排名情况来看，聊城市在168 个重点城市中居倒19 位，在山东省内16 城市中排名倒4 位。

2018-2020 年聊城市空气三种主要超标因子PM10、PM2.5 和O3-8h 的年度变化趋势图见图2。可见近年开展的污染治理取得成效，三种污染物的质量浓度都在逐年降低[5]。

图2 2018—2020 年聊城市主要污染物年均质量浓度变化

2.3 月均质量浓度变化趋势

分析聊城市主要超标因子PM10、PM2.5 和O3-8h的月度变化。其在2020 年1～12 月份的变化趋势如图3 所示。三种因子表现出明显的季节变化特征。颗粒物（PM10、PM2.5）月均浓度在夏季（6～8 月）相对较低，在冬季（1～2 月、10～12 月）较高[6]；O3月均浓度的时间变化趋势与之相反，表现为夏秋季明显高于冬春季的特征，其中，5～9 月为O3高浓度阶段，最高峰出现在6 月[7]。

图3 聊城市2020年PM10、PM2.5和O3-8h月度变化

2.4 综合指数分担率

定义某项污染物的分担指数为其年平均浓度与国家空气质量二级标准要求年均浓度的比值，各项分担指数相加得到综合指数，分指数与综合指数之比即为该污染物的分担率。各项污染物分指数分担率可定量表现各项污染物对空气质量的贡献[8]。

图4 是聊城市各项污染因子在综合指数中的分担情况。由图4 可见，PM10 和PM2.5 是在聊城市2020 年空气污染中综合指数分担率最高的因子，分别为25%和28%；O3分担率为20%；最低为SO2，仅为4%。整体而言，气态污染物（NO2、SO2、O3和CO）和颗粒物（PM10 和PM2.5）在分担率比重中各占一半。

图4 聊城市2020年综合指数分担率

2.5 相关性分析

对聊城市在2020 年各月份NO2与SO2浓度比值进行分析（见图5），1 月和10～12 月份相对较高，这一方面是因为随着气温的降低，机动车出行的概率增高，移动源排放增大；另一方面也与近几年推动的“煤改气”有关，使用天燃气取暖的家庭大量增加。在二月份有个明显的低谷值，这与疫情期间限制人员流动导致的车辆使用减少有关。

图5 NO2/SO2月度变化图

3 结论

（1）全年污染物质量浓度变化区间较大，PM10和PM2.5 浓度最高值分别是最低值的21 倍和33 倍。（2）影响聊城市空气质量最主要污染因子是PM10、PM2.5 和臭氧。污染物在一年中随季节变化明显，冬季主要的超标因子是颗粒物（PM10 和PM2.5），夏季主要的超标因子是臭氧。（3）颗粒物和气态污染物在综合指数分担率中各占约一半。受移动源和 “煤改气”影响，在采暖季NO2和SO2比值显著升高。

结语

大气中的PM10、PM2.5 和臭氧污染是由多种因素共同造成的[9][10]，包括污染源排放、大气化学反应和气象扩散条件等。所以要进一步提高空气质量，还需要改进治理模式，推动区域联防联控从而减少来自多种源的多种前体物排放。同时，在污染治理过程中，必须把颗粒物和臭氧的控制有机结合起来，才能更加精准高效地改善生态环境[11]。