2017年安阳市环境空气质量特征分析

陈旭华，李晓军，王海鹏

(1.河南省安阳生态环境监测中心，河南 安阳 455000； 2.安阳市城市管理执法支队，河南 安阳 455000)

改革开放以来，中国逐渐进入经济高速增长和城镇化快速推进时期，城市社会经济发展日新月异。中国城市化率由1949年的10.64%上升至2018年的59.58%，比1949年末提高48.94个百分点，年均提高0.71个百分点。经济发展和城镇化水平提升无疑推动国民经济持续快速增长，城市经济实力持续增强，城市面貌焕然一新，但随之而来出现了严重的生态环境问题，中国大范围空气污染问题频繁发生，尤其是大气污染、灰霾、光化学烟雾等复合型大气污染问题日益突出[1-2]，我国主要城市发生多次区域性灰霾污染事件[3-7]，国内外学者用不同的方法从不同的角度对我国的空气质量情况进行了分析。Kunwar P.Singha等[8]利用主成分分析和决策树理论对空气质量问题进行了研究；毛宁等[9]利用全国31个主要城市的空气质量影响因子SO2、NO2、PM10进行主成分分析，得出影响城市空气质量的主要因素。赵婉君等[10]运用主成分分析、因子分析、Bayes判别等统计方法对2009年全国31个主要城市空气质量影响因子SO2、NO2、PM10的年平均浓度进行分析，得出31个城市的空气质量等级，对各城市的空气质量进行了比较，并找出了影响各城市空气质量的主要污染物。空气质量优劣程度与一个城市的综合竞争力密切相关，它直接影响到投资环境和居民健康，因此越来越受到政府和公众的关注[11]。目前，全国已有 180 个地级以上城市(109 个重点城市) 实现了环境空气质量日报。其中， 90 个地级城市(83个重点城市) 还实现了环境空气质量预报，并通过电视台、电台、报纸等媒体向社会发布[12]。

近年来，虽有专家对河南省大气污染特征做了一些研究[13-15]，但其开展得比较晚，且关于安阳市空气质量特征方面的成果也较少。本文主要基于安阳市大气环境自动监测站的在线监测数据分析安阳市空气质量，监测指标包括SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3共6项污染物。安阳市城区及周边区县目前共设有5个环境空气质量自动监测国控站点，点位覆盖安阳城区，不同区域的监测结果平均值分别代表安阳市5个区域的空气质量，所有监测站点的平均值代表整个安阳市环境空气质量的总体水平。此外，采用生态环境部全国城市空气质量发布平台发布数据，对安阳市与全国169个已公布全部6项污染物监测数据的地级市2017的环境空气质量水平进行了分析比较。

1 安阳市空气质量总体状况

以SO2、NO2、PM2.5和PM10四项主要大气污染物年均浓度为基础，分别在全国地级以上城市、河南省2个不同尺度分析安阳市空气质量状况，评估其在同类城市中空气质量水平。为准确评估安阳市环境空气质量的总体状况，排除气象条件等自然因素对空气质量的偶然作用，本研究基于2014—2018年环境空气质量监测数据，对比分析安阳市SO2、NO2、PM2.5和PM10等主要大气污染物浓度与同类城市之间的差距。

安阳市2014—2018年6项污染物浓度水平如图1所示。由图1可以看出，污染物整体呈下降趋势。SO2下降最为明显、NO2浓度下降幅度很小；PM2.5浓度呈现稳步下降趋势；PM10在2014—2016年呈上升趋势，2017、2018年呈大幅度下降；CO浓度除2015年外一直处于下降趋势，2014—2018年下降了43.9%；臭氧浓度2017年较2016年下降了30.39%，但2018年较2017年又上升了66.98%，是一个值得关注的复杂环境问题。

图1 安阳市2014—2018年6项污染物平均浓度Fig.1 Average concentration of 6 pollutants in Anyang City from 2014 to 2018

2 区域空气质量状况

2017年，全国进行环境空气质量监测的地级以上城市共338个，其中监测PM2.5浓度的城市共有169个。安阳市在地级以上城市中空气质量较差，4项主要大气污染物在全国范围均处于较高浓度水平，PM2.5污染尤其突出。其中，安阳市2017年SO2平均浓度为31.1 μg/m3，NO2年均值为49.9 μg/m3；PM2.5和PM10的污染水平较严重，年均值分别为82.2、139.4 μg/m3(表1)。总体看来，安阳市空气质量较差，在地级城市中空气质量综合指数排名处于倒数5名，尤其是PM2.5和PM10污染相对较严重，在地级以上城市中浓度排名极为靠后。

表1 2017年全国169城市空气质量排名后10名Tab.1 In 2017,the air quality of 169 cities in the country ranked the bottom 10

3 河南省空气质量状况

2017年，河南省空气质量总体较差，绝大多数城市存在空气质量超标情况。PM2.5、PM10和O3浓度均存在超标情况，为影响河南省城市空气质量的主要因素。安阳市在河南省城市综合指数排名倒数第1。

3.1 2017年安阳市空气质量情况

2017年，安阳市空气质量优良达标时间累计156 d，PM10、PM2.5年均浓度同比下降，PM2.5较上年下降4.4%，PM10下降了10%。2017年6种常规污染物的浓度水平及同比变化结果见表2。由表2可知，SO2下降了39%，下降幅度最大，表明双替代、清洁能源政策、散煤管控以及工业企业的烟气治理等措施，均取得了较好的成效；NO2下降了2.1%；O3是唯一浓度不降反升的污染物，其前体物NOx和VOCs的过量排放是造成O3浓度升高的重要原因，同时区域性的O3浓度升高也给本地O3的控制增加了难度。

表2 安阳市2017年空气质量Tab.2 Air quality in Anyang in 2017

2016年、2017年PM2.5浓度区间分布变化如图2所示。PM2.5在36～75 μg/m3(空气质量二级)占比最多，其次76～115 μg/m3(空气质量三级)。与2016年相比，2017年PM2.5日均值在0～35 μg/m3(空气质量一级)的时间减少了27 d，日均值在36～75 μg/m3的时间增加了43 d；日均值在76～115 μg/m3的时间减少了13 d；日均值在116～150 μg/m3(空气质量四级)的时间减少了34 d；日均值在151～250 μg/m3的时间减少了7 d；日均值在51～350μg/m3的时间增加了4d；日均值在351～500 μg/m3的时间增加了2 d；日均值>500 μg/m3的时间减少了3 d。

总体而言，安阳市2017年的空气质量的好转，主要是由于日均值36～75 μg/m3(空气质量二级)的时间增加和空气质量爆表时间的减少，但日均值0～35 μg/m3(空气质量一级)的时间有所减少，表明空气质量实现根本改善还有很大空间。

图2 2016年和2017年PM2.5浓度区间分布变化Fig.2 Interval distribution changes of PM2.5 concentration in 2016 and 2017

2017年月度首要污染物中，1月、2月、3月、11月、12月细颗粒物PM2.5作为首要污染物占比最大，表明秋冬季PM2.5的治理依然是工作的重点。4、9、10月PM10作为首要污染物占比最大，以上月份天气较为干燥，风力较大，扬尘管控仍然是重点。5—8月，由于天气炎热，紫外线照射强烈，臭氧成为主要污染物。

3.2 2017年PM2.5月均变化情况

安阳市2017年PM2.5同比箱线如图3所示。2017年除了3月、10月和12月以外，其他月份的谷值浓度均高于2016年；2017年3—4月、9—12月的峰值浓度均低于2016年，其中2月和5月的峰值浓度较上年同期升高很多，与该月份发生极端天气有关。1月、2月、5月和12月的峰值浓度和谷值浓度相差较大，表明这几个月的天气形势较为不稳定，造成了污染物浓度波动较大，同时可表明针对部分月份的管控还有上升空间。

图3 安阳市2017年PM2.5同比箱线Fig.3 PM2.5 year-on-year box line in Anyang City in 2017

2017年10—12月PM2.5的均值和峰值浓度较上年有大幅降低，表明秋冬季的管控措施很大程度上控制了污染形势，对PM2.5的削峰效果明显。

3.3 污染等级对比

2016—2017年PM2.5等级贡献比较统计如图4所示。综合2016—2017年PM2.5不同污染等级月均浓度贡献程度来看，五级和六级污染等级对秋冬季各月份的浓度贡献较大。相比2016年，六级污染等级对1月、2月的贡献明显增加，对11月、12月贡献明显降低，表明2017年秋冬季错峰生产和应急管控等措施对PM2.5的削峰效果明显；4月至9月的月均浓度较2016年明显升高，尤其是5月和8月，二级污染等级对4月至9月的贡献明显增加。由此可见，与上年相比，1月、2月、5月、8月改善潜力较大，1月和2月的改善潜力在于减少六级空气质量的时间，5月和8月的改善潜力主要在于增加一级空气质量的时间。从月均浓度来看，1月、2月、11月和12月的PM2.5浓度较高，很大程度上拉高了年均值。因此，以上4个月份是改善空气质量，特别是降低细颗粒物浓度的关键月份。

图4 2016—2017年PM2.5等级贡献比较统计Fig.4 Comparative statistics of PM2.5 level contribution from 2016 to 2017

4 空间分布情况

对比5个国控点位的PM2.5日均值及空间距平值变化，相较而言，棉研所和银杏小区点位的PM2.5的浓度相对较低，红庙街点位PM2.5浓度相对较高，尤其是在夏秋季节。环保局点位在1月至4月中旬浓度较其他站点浓度高。

红庙街和铁佛寺PM10浓度相对较高，拉高了平均值；棉研所点位PM10浓度相对较低，拉低了平均值，但棉研所11月下旬至12月个别时间出现高值，同期其他点位的浓度则相对偏低，表明冬季的错峰生产对棉研所点位的影响较小。

5 常规污染物污染特征

由于安阳市国控点都分布在市区内，各站点SO2/NO2、CO/NO2及PM10/PM2.5比值差异不大，所以直接从整个安阳市的情况分析。

2017年安阳市秋冬季SO2/NO2、CO/NO2及PM10/PM2.5比值如图5所示。2017年10月至2018年2月，SO2/NO2的值为0.2～1.0，表明气态污染物中NOx对空气质量的影响远大于SO2，同时也表明控制NOx排放是未来发展的必然趋势。10月份以来，SO2/NO2的比值呈增加，主要是由于天气转冷，采暖需求增加，导致煤炭的消费量逐渐增加，尤其在春节前后SO2无组织排放增加，导致SO2/NO2的比值变大。2月下旬开始，温度回升，采暖减少，燃煤量减少，SO2/NO2的比值呈下降趋势。

图5 2017年安阳市秋冬季SO2/NO2、CO/NO2及PM10/PM2.5比值Fig.5 SO2/NO2,CO/NO2 and PM10/PM2.5 ratios in autumn and winter in Anyang City in 2017

秋冬季PM2.5/PM10比值与PM2.5相关性分析如图6所示。

图6 秋冬季PM2.5/PM10比值与PM2.5相关性Fig.6 Correlation between PM2.5/PM10 ratio and PM2.5 in autumn and winter

从图6可以看出，不同区间PM2.5/PM10比值与PM2.5有不同的相关性，PM2.5/PM10比值的变化范围比较大，在0.20～0.99都有分布。当PM2.5浓度小于100 g/m3时，PM2.5/PM10比值与PM2.5的浓度呈正比，而当PM2.5浓度大于150 g/m3时，PM2.5/PM10比值与PM2.5相关性不强。

6 结论

(1)安阳市2014—2018年6项污染物整体呈下降趋势。

(2)2017年安阳市空气质量优良达标时间累计156 d，PM10、PM2.5年均浓度与上年相比都有所下降，其中，PM2.5较2016年下降4.4%，SO2同比下降了39%，NO2同比下降了2.1%。

(3)1—3月和11—12月的细颗粒物PM2.5作为首要污染物占比最大，表明秋冬季PM2.5的治理依然是工作的重点。4月、9月、10月的PM10作为首要污染物占比最大，5—8月臭氧为主要污染物。

(4)棉研所和银杏小区点位PM2.5浓度相对较低，红庙街点位PM2.5浓度相对较高，尤其是在夏秋季节。环保局点位在1月至4月中旬浓度较其他站点的浓度高。

(5)铁佛寺点位PM2.5浓度与其他点位差异不大，但PM10浓度明显偏高，粗颗粒污染特征显著。

(6)10月份以来，SO2/NO2的比值呈增加，主要是由于天气转冷，采暖需求增加，导致煤炭的消费量逐渐增加，尤其在春节前后SO2无组织排放增加，SO2/NO2的比值变大。