恩施市空气质量变化特征及污染成因分析

余红林，王婧青，杨 丽，黄光鑫，卢婷婷

（湖北省生态环境厅恩施州生态环境监测中心，湖北 恩施 445000）

引言

空气质量和人类健康息息相关，空气污染会对人体健康产生危害，增加心脑血管疾病和呼吸系统疾病的死亡率与发病风险。近年来，随着城市化建设和工业化进程的加快，很多城市出现了雾霾天气、能见度和空气质量状况下降等问题，严重影响了人们的生活，本文采用2015—2022年恩施市环境空气质量监测数据资料，对PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3、CO六项常规参数的变化情况进行研究，整体评价和分析恩施市的环境空气质量状况、变化特征，为制定恩施市大气污染防治及管理策略提供参考。

1 数据来源和评价依据

空气质量数据来源于2015年1月1日—2022年12月31日的恩施市城区3个大气国控站点自动监测数据。

本文利用统计分析方法，分析恩施市空气质量状况及变化特征。恩施市环境空气质量评价依据为《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）及《环境空气质量指数（AQI）技术规定》（HJ 633—2012）。

2 监测结果与分析

2.1 2015—2022年恩施市空气质量状况及变化特征

空气质量指数AQI级别根据表1规定进行划分。

表1 空气质量指数级别

由图1可知，2015—2022年恩施市AQI年均值均在80以下，达到空气质量二级标准的要求。2015—2022年AQI平均值为58.4，日AQI最大值为278，是平均值的4.78倍；最小值为13，是平均值的22.3%。自2015年以来，尽管恩施市AQI平均值在2016—2017年和2018—2019年呈现上升趋势，2020—2022年略有上升，但整体AQI年平均值在50.3～71.6，呈波动下降趋势，2019—2020年AQI年平均值下降趋势较为明显，主要原因是2019年12月湖北省武汉市疫情爆发，湖北省从2020年1月下旬开始实施严格的限制措施，随着公共交通骤减，工厂减产，空气污染亦随之骤减，空气质量明显改善。但随着经济的复苏，2021—2022年AQI年平均值有小幅上升。总体看，近年来AQI年均值均达到“良”的水平，恩施市环境空气质量总体向好[1]。

图1 2015—2022年恩施市AQI平均指数的年际变化

2015—2022年，AQI为优的天数有1 392 天、良的天数为1 281天、轻度污染171天、中度污染44天、重度污染13天，无严重污染发生。恩施市空气质量优良天数占97.9%，中度污染及以上的天数占2.1%。由表2可知，2015—2022年优良天数呈波动上升趋势，优的天数增幅明显，2021年优的天数较2015年显著增加，多了98天，轻度污染及以上的天数降幅显著。总体上，恩施市的空气质量有明显好转[2]。

表2 2015—2022年恩施市不同空气质量类别发生天数 单位：天

AQI＞50时空气质量分指数（IAQI）最大的污染物为首要污染物。2015—2022年恩施市首要污染物为PM2.5的天数共有831天，占总天数54.28%，首要污染物为PM10的天数一共有364天，占总天数23.78%，以O3（8 h）为首要污染物的天数共有336天，占总天数的21.95%。由表3可知，2015—2022年以PM2.5、PM10为首要污染物的天数整体呈下降趋势，而以O3（8 h）为首要污染物的天数整体呈波动上升趋势，恩施市污染物结构发生变化，特别是PM2.5污染天数下降明显，主要是近几年我国实施了更严格的大气环境监管措施。恩施市臭氧污染天数整体呈上升趋势，这主要是由于近地面O3浓度增加造成的，近地面臭氧是一种二次污染物，是由人类活动排放的挥发性有机物（VOCs）和氮氧化物（NOx）等臭氧前体物经光化学反应所产生的，工业污染和汽车尾气排放的增加也进一步导致了臭氧前体物的增加[3]。下一步，恩施市应建立健全VOCs污染防治管理体系，加强重点区域、重点行业VOCs的管控，降低NOx和VOCs的排放，减少恩施市近地面O3的生成。

表3 2015—2022年恩施市首要污染物发生天数 单位：天

由图2恩施市季节平均AQI的变化可知，冬季平均AQI指数明显高于其他季节，说明冬季是恩施市一年中污染最严重的时期。春季和秋季次之，夏季平均AQI指数最小，波动也较小，说明夏季的空气质量在四季中最好。

图2 2015—2022年恩施市季节平均AQI指数箱形图

由图3可知，恩施市2015—2022年的AQI月变化相似，除2020年外，皆呈现出先下降再上升的趋势，AQI月平均值的峰值均出现在每年的1月和12月，说明恩施市空气污染最严重的时期出现在冬季。受疫情封控影响，2020年AQI月变化最为平缓，且AQI月平均值的峰值仅出现在12月。2018—2022年AQI月变化的较为平缓，2015—2017年AQI月变化的波动较为剧烈，2016年12月AQI月平均值增幅明显，12月出现轻度污染及以上的天数为17天。

图3 2015—2022年恩施市AQI指数月变化

由图4可知，恩施市空气污染物PM10、PM2.5及O3（8 h）浓度随季节较为明显，其中以PM2.5首要污染物的天数最多，PM2.5的浓度在冬季最高，秋季和春季次之，夏季最低。恩施市冬季首要污染物为PM2.5的天数最多，有499天。春季和秋季首要污染物为PM2.5的天数也较多，分别为138天和171天。夏季是四季中首要污染物为PM2.5天数最少的季节。恩施市是个山区盆地，四面环山，静风频率高达73%，每年冬春之际干旱少雨，天气静稳，大气污染扩散条件差，本地污染积累及外来污染源输入叠加共同影响，导致冬春是一年中污染最严重的时期，其中冬季的1月和12月以PM2.5为首要污染物的污染天数最多[4]。春季首要污染物为PM10的天数最多，这是因为春季是我国沙尘天气的高发期，上游地区沙尘输送造成PM10浓度出现峰值。夏季PM10和PM2.5作为首要污染物的天数最少，浓度也最低，这主要是由于夏季大气垂直运动活跃，气旋活动频繁，不易出现逆温现象，恩施市夏季降水天气较多，频繁的降雨对空气中污染物的冲刷效果明显。O3（8 h）的浓度整体呈现夏季＞春季＞秋季＞冬季的特征，夏季O3（8 h）的浓度高，夏季首要污染物是O3（8 h）的天数是四季中最多的，为178天。夏季日照强、温度高、云量少，利于空气中的VOCs和NOx发生光化学反应生成O3，导致O3浓度升高。虽然不同季节首要污染物不同，但恩施市空气质量的首要污染物仍为PM2.5。

图4 2015—2022年恩施市四季首要污染物发生天数

2.2 污染原因分析

2.2.1 地理因素影响

恩施州地势三山鼎立，四周高，中间低。恩施市地处凹陷山谷，在周围高山的阻挡作用下，排放到山谷的污染物扩散受阻，导致污染物质聚集。恩施市属亚热带季风和季风性湿润气候，冬少严寒，夏无酷暑，雨水较多，湿度较大，静稳天气出现概率较大，利于颗粒物污染形成。

2.2.2 区域传输影响

受北方沙尘天气影响，由于恩施市未处在主要传输通道，同时受武陵山脉阻隔影响，历次沙尘天气经襄阳-荆门-荆州过境时，恩施市细颗粒及颗粒物浓度有一定影响，但影响不大。

2.2.3 城市建设影响

“十三五”期间是恩施市经济发展飞跃的时期，在此期间，城市建设迅猛发展，建设工地增多，同时城区居民生活水平不断提升，汽车保有量逐年增加。包装印刷、工业涂装、石油储存和运输（储油库、加油站、油罐车）、中大型餐饮、汽车维修喷涂、家具制造及木材加工、建筑类涂料等VOCs综合治理重点行业发展迅速[5]。以上因素一定程度上对城市环境空气质量带来不利影响。

3 结论

本文利用2015—2022年恩施市三个大气国控站空气质量自动监测数据，使用统计分析方法对恩施市空气质量状况及变化特征进行分析，得出以下结论。

（1）2015—2022年恩施市AQI年均值均在80以下，达到空气质量二级标准的要求，AQI年均值整体呈下降趋势。2015—2022年恩施市空气质量优良天数占97.9%，中度污染及以上的天数占2.1%，空气质量以优良为主。虽然首要污染物为PM2.5的天数降幅明显，但恩施市首要污染物仍为PM2.5。而O3（8 h）污染呈加重趋势。

（2）AQI月平均值的峰值均出现在每年的1月和12月。恩施市空气污染物PM10、PM2.5及O3（8 h）浓度随季节变化较为明显，冬季PM2.5浓度最高，春季PM10浓度最高，夏季O3（8 h）的浓度最高。总体上看，恩施市冬季空气污染最严重，夏季空气质量最好。

（3）2015—2022年，恩施市不断健全完善当地大气管控机制，为大气污染防治工作提供依循，强化产业结构调整，深入挖掘减排潜力，围绕重点区域、关键环节、突出精细化管控、为全市环境空气质量持续性改善提供了坚实的保障基础。