“十三五”期间泸州市城市环境空气质量分析

张洪文,肖旖旎

(四川省泸州生态环境监测中心站，四川 泸州 646000)

前 言

随着我国城市化进程加快，城市环境尤其是城市大气环境成为人们关注的焦点。当前，我国大气环境形势十分严峻，泸州市也不例外。泸州市属于组团型结构山地城市，城市用地被长江、沱江所分割，属于地形起伏、山水相间的丘陵地带。独特的地形结构使得泸州地区冬季容易出现逆温天气，加之静稳天气较多，使得大气中污染物不易扩散，从而产生极大的危害[1～3]。

在这种特殊的地形和气象条件下，为详细掌握泸州市的城市环境空气质量，本文选取泸州市“十三五”期间基本6项污染物(SO2、NO2、CO、O3-8h、PM10、PM2.5)监测数据，系统分析各项污染物的时间变化趋势，探讨其成因及变化规律，以期为泸州市、川南片区以至成渝地区其他城市进行大气污染治理提供基础性技术依据[4～6]。

1 数据资料与处理方法

1.1 监测点位

“十三五”期间，泸州市城区有市环监站、小市上码头、兰田宪桥和九狮山4个国控站，九狮山为对照点；各区县有纳溪区环保局、泸县环保局、合江县城关中学、叙永县中医医院和古蔺县农业局5个省控站；黄舣长江大桥和茜草园艺路2个市控站，共有空气自动监测站点11个。

1.2 监测项目

“十三五”期间，泸州市国控点、省控点及市控点均实现对二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧、细颗粒物和可吸入颗粒物6项污染指标的自动监测。

1.3 研究方法

本文采用浓度分析、综合指数计算和趋势变化3种方法进行分析研究，各项污染物的数据统计有效性要求根据《环境空气质量标准》(GB3095-2012)[7]有关规定执行。

浓度分析采用城市日均值为基础数据，按照《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ 663-2013)[8]对年数据进行统计分析，季节和月度参照年进行统计。综合指数按照《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ 663-2013)中环境空气质量状况比较评价方法进行计算，环境空气质量综合指数越低，说明环境空气质量越好，反之即越差。趋势变化采用环境空气质量评价规范的Spearman秩相关系数法。将计算秩相关系数法绝对值与其相近临界值进行比较。如果秩相关系数绝对值大于表中临界值，表明变化趋势有统计意义。γS为正值表示上升趋势，负值表示下降趋势。如果秩相关系数绝对值小于等于表中临界值，表示基本无变化。

2 结果和分析

2.1 城市环境空气质量年际变化

2.1.1 城市环境空气污染物

“十三五”期间泸州市环境空气污染物浓度如图1所示。

图1 “十三五”期间泸州市环境空气污染物浓度及综合指数变化趋势Fig.1 The concentration of ambient air pollutants in Luzhou City and the change trend of comprehensive index during the "13th Five-Year Plan" period

SO2年均浓度均达标，整体呈下降趋势，浓度从2016年的16μg/m3下降到2020年的10μg/m3，五年共计下降37.5%。特别是2017年～2019年呈加速下降趋势，年平均降幅为11.3%。说明SO2减排[9-10]、城市能源结构调整及工业企业超低排放举措取得明显成效。

NO2年均浓度整体达标，呈先升后降趋势。从2016年的26μg/m3上升到2020年的27μg/m3，五年共计上升3.8%。2016年～2017年呈缓慢上升趋势，年均浓度从26μg/m3上升到32μg/m3，2018年浓度保持不变，2019年～2020年浓度逐年小幅下降。这与近几年泸州市机动车保有量急速增加，尾气排放量上升有关。

PM2.5年均浓度未达标，整体呈下降趋势。从2016年的58μg/m3下降到2020年的38μg/m3，五年共计下降34.5%。2016年～2018年逐年下降，2019年受不利气象条件影响，PM2.5浓度有小幅反弹；2020年PM2.5浓度较2019年下降3μg/m3。这说明近年来主城区扩大城市精细化管控[11]范围，加强对道路源、工业源的治理范围，降低PM2.5二次转化所需的前体物排放量等举措取得成效。

PM10年均浓度达标，整体呈下降趋势。从2016年的78μg/m3下降到2020年的48μg/m3，五年共计下降38.5%，实现PM10达标。2016年～2018年急速下降，三年下降24μg/m3,尤其是2018年，首次下降到60μg/m3以下，年均浓度为54μg/m3，2019年受不利气象条件影响，PM10浓度不变，2020年在精细化管控力度加强的条件下，PM10浓度下降到48μg/m3。这说明泸州市PM10减排、工业企业扬尘控制[12]以及精细化管理成效显著。

CO日均值第95百分位数浓度达标，整体呈缓慢上升趋势。从2016年的0.8mg/m3上升到2020年的1.0mg/m3，上升幅度达25.0%。2016年～2017年CO浓度呈上升趋势，上升幅度达12.5%，2017～2018年年均浓度保持不变，2018～2019年CO浓度再次上升，上升幅度11.1%，至2020年，CO浓度维持在1.0 mg/m3不变，这与近年泸州市机动车保有量急速增加、生物质不完全燃烧等有关。

O3日最大8小时平均值第90百分位数浓度达标，呈“V”型变化特征。从2016年的140μg/m3上升至2020年的142μg/m3，五年共计上升1.4%。2016年由140μg/m3下降到2017年的134μg/m3，自2017年起连续三年上升，至2019年达到峰值147μg/m3，2020年夏季加强精细化管控，浓度较2019年下降了5μg/m3。这与近三年来氮氧化物、挥发性有机物等臭氧前体物排放增加以及高温低湿强光照[13]等不利气象条件有关。

2.1.2 综合指数和变化趋势

“十三五”期间泸州市环境空气污染物综合指数如图1和表1所示，泸州市环境空气综合指数为4.77～3.77，整体呈波动下降的趋势，2019年有小幅反弹，但2020年较2016年降幅达到26.5%，空气质量整体趋好。从单项污染物指数来看，SO2单指数逐年下降，2020年较2016年下降了0.1，污染负荷降低了1.2%；NO2单指数先升后降，前三年缓慢上升，2019～2020年缓慢下降，但2020年仍较2016年上升了0.02，污染负荷升高了4.2%；CO单指数逐年缓慢上升，2020年较2016年上升了0.05，污染负荷升高了2.4%；O3单指数呈波动上升趋势，2017年和2020年均较前一年有小幅下降，但2020年仍较2016年升高了0.02，污染负荷升高了5.4%；PM2.5单指数整体呈下降趋势，其中2019年较2018年上升了0.17，其余年份均较前一年不同程度下降，2020年较2016年下降了0.57，污染负荷降低了5.9%；PM10单指数逐年下降，2020年较2016年下降了0.42，污染负荷下降了4.9%。

表1 “十三五”期间泸州市环境空气污染物单指数及综合指数Tab.1 Single index and comprehensive index of Luzhou ambient air pollutants during the "13th Five-Year Plan" period

采用Spearman秩相关系数法对泸州市“十三五”期间主要污染物浓度年度变化趋势进行检验如表2所示，“十三五”期间泸州市环境空气中SO2浓度下降趋势显著，NO2浓度有上升趋势但不显著，CO浓度上升趋势显著，O3浓度有上升趋势但不显著，PM10浓度下降趋势显著，PM2.5浓度有下降趋势但不显著。

表2 环境空气质量趋势检验Tab.2 Ambient air quality trend testing

2.2 城市环境空气质量季节变化

按照泸州市气候特点，将四季划分为春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)和冬季(12月～次年2月)。“十三五”期间泸州市环境空气主要污染物各季节平均浓度如图2所示(其中CO和O3各季节浓度按照《环境空气质量评价技术规范》(HJ 663-2012)统计要求，将“十三五”期间CO和O3污染物的日均值按照四季进行划分，再计算其24小时平均第95百分位数和90百分位数)。

由图2可看出，SO2、NO2、CO、PM2.5和PM10浓度均呈现出冬春季明显高于夏秋季的现象，O3浓度则呈现出春夏季高，秋冬季低的现象，季节差异明显。总体来说，冬季空气污染最为严重，夏季空气质量较好。“十三五”期间，SO2、NO2、CO、PM2.5和PM10浓度冬季分别比夏季高31.6%、49.2%、41.7%、162.9%和134.0%，O3夏季比冬季高出156.3%，差异十分明显。

图2 泸州市“十三五”期间污染物各季节平均浓度Fig.2 The average concentration of pollutants in different seasons during the "13th Five-Year Plan" in Luzhou

城市的局地气象要素和城市大气污染关系密切，而各种气象因素对于空气污染程度的影响不是彼此独立，而是相互联系和影响的。泸州市独特的地理地形环境与鲜明的亚热带季风气候的协同作用是造成大气污染物浓度季节性差异明显的原因。独特的组团型山地结构地形使得冬季冷风不易进入夏季暖风不易出，加之降水夏季多，冬季少，湿清除过程对颗粒物的作用存在季节差异；风速、逆温和雾罩影响污染物的扩散，冬季静风频率、逆温频次以及雾罩日数明显多于其他季节，不利于污染物的扩散，极易造成污染物的二次生成与近地面累积；夏秋季节日照辐射充足，对流活动较强，边界层较高，污染物垂直扩散条件较好，相反冬季边界层高度低且较稳定，污染物的扩散能力明显降低。这些因素制约的环境承载力差异决定了泸州市大气中污染物浓度存在明显的季节性差异。

2.3 城市环境空气质量月度变化

“十三五”期间各项污染物月变化情况如图3所示。

图3 “十三五”期间环境空气污染物月变化情况Fig.3 Monthly changes of ambient air pollutants during the 13th Five-Year Plan

SO2月变化整体呈“先降后升”趋势，1～3月SO2月均浓度先降后升，自4月起SO2月均浓度逐月下降，7月降到最低，8月开始缓慢上升，11月起进入冬季，SO2浓度大幅上升。

NO2月变化整体呈“先降后升”趋势，1～3月NO2月均浓度先降后升，自4月起，NO2月均浓度逐月下降，8月降到最低，之后开始稳步上升。

CO月变化整体呈“V”型变化趋势，CO浓度较高的月份集中在1～2月及11～12月，3～10月CO浓度较低且相对稳定，变化幅度较小。

O3月变化呈明显的“倒V”型变化趋势，O3浓度较高的月份集中在3～9月，这是由于3～9月属于春夏季，气温升高，光照增强，大气自由基活性较高，O3浓度逐月升高；浓度较低的月份集中在1～2月及10～12月，这是由于秋冬季节气温较低，光照较弱，O3浓度较低。

PM10月变化呈现明显的季节性差异，冬春高，夏秋低。PM10浓度较高的月份集中在1～5月及11～12月，1月最高；相对较低的月份集中在6～10月，7月最低，这是因为冬春季大气扩散条件较差，污染物累积迅速，且不易消散，而夏秋季大气扩散条件较好，污染物不易累积，且夏秋季降水较多，有利于污染物消散。

PM2.5月变化趋势同PM10保持一致，呈现明显的季节差异，冬春高，夏秋低。PM2.5相对较高的月份集中在1～5月及11～12月，1月最高；相对较低的月份集中在6～10月，7月最低。

2.4 城市环境空气质量特征分析

2.4.1 颗粒物污染改善明显，但二次颗粒物贡献增大

“十三五”期间，泸州市颗粒物浓度大幅下降，尤其是PM10下降明显。2016年， PM2.5污染负荷为34.7%，PM10污染负荷为23.4%，颗粒物总体污染负荷为58.1%。2020年PM2.5污染负荷为28.9%，PM10污染负荷为18.3%，颗粒物总体污染负荷为47.2%，五年间颗粒物总体负荷降低10.9个百分点。

2016～2020年， PM2.5在PM10中的占比分别为74.4%、65.8%、64.8%、75.9%、79.2%，呈先降后升的趋势，这是由于近年来泸州市加大工业企业扬尘治理，PM10浓度逐年下降，但同时氮氧化物、挥发性有机物等促进PM2.5二次生成的前体物排放量增大，PM2.5浓度下降幅度放缓。分季节来看，“十三五”期间泸州市PM2.5在PM10中的占比最大的为冬季，为76.4%，其次为秋、春季的71.3%、68.2%，夏季最低，为68.0%，这与夏季暴雨频繁，细颗粒物得到有效沉降有关。冬季逆温增多，高湿度，容易形成二次粒子的累积和生成。泸州市所在的川南区域比例均高于其他区域，这与该区域地处四川盆地南缘，北方沙尘对川南区域影响有限有关。

2.4.2 大气污染类型以复合型污染为主

泸州市NO2/SO2值变化情况如图4所示。“十三五”期间NO2浓度呈“倒V”型变化特征，前三年缓慢上升，从2016年的26μg/m3上升到2018年最高值的32μg/m3，近两年由于气候条件好转及精细化管控深挖细琢，年均浓度略有下降。“十三五”期间，泸州市NO2/SO2值由1.63逐年升高至2.73，这说明城市能源结构调整，SO2减排效果明显，而随着机动车保有量持续上升，机动车尾气的排放量不断增加，氮氧化物浓度持续上升，同时随着挥发性有机物等臭氧前体物的排放增加，臭氧污染加重的态势也不容乐观。值得注意的是，在细颗粒物污染还未有效解决的情况下，臭氧以及机动车尾气排放等污染问题又突显出来，大气污染物之间还存在相互作用、相互转化，表明泸州市大气污染类型已完全转变为机动车尾气型、细颗粒物、臭氧污染等并存的复合型污染。

图4 泸州市“十三五”期间NO2/SO2值变化情况Fig.4 Changes of NO2/SO2 values during the 13th Five-Year Plan in Luzhou

3 结 论

3.1 “十三五”期间，泸州市环境空气SO2、PM2.5和PM10浓度整体呈下降趋势，分别下降37.5%、34.5%和38.5%；NO2、CO和O3浓度整体呈缓慢上升趋势，分别上升3.8%、25.0%和1.4%。

3.2 “十三五”期间，泸州市城区空气质量呈明显的季节特征差异，冬季空气污染最为严重，夏季空气质量较好。整个“十三五”期间，SO2、NO2、CO、PM2.5和PM10浓度冬季分别比夏季高出31.6%、49.2%、41.7%、162.9%和134.0%，O3夏季比冬季高出156.3%，差异十分明显。

3.3 “十三五”期间颗粒物总体负荷降低10.9%。2016～2020年，泸州市PM2.5在PM10中的占比分别为74.4%、65.8%、64.8%、75.9%、79.2%，呈先降后升的趋势，这是由于近年来泸州市加大工业企业扬尘治理，PM10浓度逐年下降，但同时氮氧化物、挥发性有机物等促进PM2.5二次生成的前体物排放量增大，PM2.5浓度下降幅度放缓。“十三五”期间泸州市PM2.5/PM10比例最大的为冬季，为76.4%，其次为秋、春季的71.3%、68.2%，夏季最低，为68.0%。

3.4 “十三五”期间，泸州市大气污染类型以复合型污染为主。值得注意的是，在细颗粒物污染还未解决的情况下，臭氧以及机动车尾气排放等污染问题也突显出来，加之大气污染物之间还存在相互作用、相互转化，使得泸州市大气污染问题愈发复杂化。通过对“十三五”期间空气监测数据的分析，找出主要污染物、污染时段、污染季节，为泸州市今后进行大气污染防治提供强有力的技术支撑，对川南及成渝地区其他同污染类型的城市进行大气污染治理也具有指导和借鉴意义。