宜昌市2019—2021年空气质量特征分析

＊袁连新 刘伟璇 张婉婷 吴萍

（1.湖北省生态环境监测中心站 湖北 430070 2.湖北省生态环境厅随州生态环境监测中心 湖北 441399 3.武汉市生态环境宣教中心 湖北 430079)

由于现代化与城市化进程加快，人类生活、生存的规模不断扩大，以及人口数量的持续增长，人类的衣食住行都在悄无声息地影响着空气质量问题。空气质量监测是预防、治理环境问题的关键一环。利用完善的监测系统，对城市空气污染物进行实时监测，信息化和数据化处理，为城市的空气环境优化提供了科学、准确的指导。宜昌市位于湖北省西南部、地处长江中下游，地势西高东低，依山而建，长江从城市中穿行而过。我国生态环境部于2018 年出台了《环境影响评价技术导则 大气环境》（HJ 2.2—2018），宜昌市环境监测中心据此深入分析并优化调整现有的监测方案和监测布点，进一步完善环境空气质量的监测工作。现根据2019—2021 年三年的实时监测数据统计分析，探究宜昌市空气质量状况及规律。

1.研究方法

本文以2019—2021 年宜昌市6 个国家空气自动监测站（伍家岗、夷陵区、白龙岗、猇亭区张家湾站、点军区、云深路），以二氧化硫SO2、二氧化氮NO2、一氧化碳CO、臭氧O3、细颗粒物PM2.5和可吸入颗粒物PM106 项空气污染物为监测指标的小时浓度值（计算各点位O3日最大8 h 平均值浓度）和空气质量指数AQI，对宜昌市环境空气质量变化特征进行分析。空气质量评价标准采用《环境空气质量标准》（GB 3095－2012）、《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行)》（HJ 633－2012）和《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ 633－2013）。

城市空气质量指数（AQI）是用来表示空气质量的指数，比较六项污染物的实际监测值和浓度的限制则可以得到城市空气质量分指数（IAQI）。各种污染物的空气质量分指数的最大值就是空气质量指数的值，计算公式为：

根据AQI 数值的大小，可以将空气质量划分为6个不同的级别和类别。当AQI 数值在0～50 之间，AQI为一级，空气质量为优，表明无空气污染；当AQI 数值在51～100 之间，AQI 为二级，空气质量为良，某些污染物可能对极少数敏感人群产生较弱的影响；当AQI 数值在101～150 之间，AQI 为三级，轻度污染，易感人群应减少外出活动；当AQI 数值在151～200 之间，AQI为四级，中度污染，一般人群应减少户外运动；当AQI数值在201～250 之间，AQI 为五级，重度污染，健康人群可能会出现不适的症状；当AQI 数值在251～300之间，AQI 为六级，严重污染，应避免户外运动[3]。

2.结果与讨论

根据宜昌市2019—2021 年的六项污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3的日均值浓度进行分析统计，见表1。三年来，宜昌市的空气环境六项污染物的日浓度变化范围较大，且各污染物的中位值浓度均低于平均值浓度，细颗粒物PM2.5和可吸入颗粒物PM10的变化最为明显。但随着时间和外部多因素的影响，2020年和2021 年相较于2019 年，除了SO2的日均浓度保持不变外，其他各项污染物的日均浓度值均有所下降。

表1 宜昌市2019—2021 年六项污染物统计特征

根据各项污染物的日均浓度，计算各项污染物的I 和AQI，分析得到2019—2021 年宜昌市的空气质量情况：2019 年，宜昌市全年空气质量等级优共有54 天，占全年天数的14.8%；全年空气质量等级良的天数最多，为197 天，占全年的54%；轻度污染共78天，占全年21.4%；中度污染和重度污染分别为21 天和12 天，各占全年天数的5.8%和3.3%；且在2019年还存在3 天的严重污染。2019 年宜昌市的空气质量情况不容乐观，优良等级的天数仅占全年的68.8%，共251 天。2020 年宜昌市全年空气质量优良等级的天数相较于2019 年有所增加，共308 天，占全年的84.2%；轻度污染和重度污染的天数有所降低，分别为46 天和11 天，占全年的12%和3%；重度污染全年仅有一天。2020 年宜昌市全年无严重污染的天气。2021年与2020 年的全年空气质量大体相同，但从表1 可以得知，2021 年相比于2020 年，细颗粒物PM2.5，可吸入颗粒物PM10、SO2、NO2、CO、O3污染物全年的日最大浓度值都有所减小。

空气质量评价标准采用《环境空气质量标准》（GB 3095—2012），各监测污染物的评价标准的日、年均值限值浓度及宜昌市2019—2021 年六项污染物按照标准得到的评价结果，如表2 所示[4]。2019 年PM2.5日均值浓度范围为6～284μg/m3，全年日均值达标天数为291 天，日均达标率79.7%，PM2.5年均值浓度超标0.49 倍。2019 年O3日最大8 h 均值浓度范围为8～210μg/m3，全年日均值达标天数为325 天，日均达标率89.1%。2020 年PM2.5日均值浓度范围为4～170μg/m3，全年日均值达标天数为316 天，日均达标率86.3%，PM2.5年均值浓度超标0.17 倍。2020 年O3日最大8 h 均值浓度范围为6～212μg/m3，全年日均值达标天数为357 天，日均达标率97.5%。与2019年的空气质量评价结果相比，2020 年的PM2.5最大日均值浓度降低，全年日均值达标天数有明显的提高，且PM2.5年均值浓度超标倍数在减小。2020 年O3全年日均值达标天数在增加。2021 年PM2.5日均值浓度范围为6～149μg/m3，全年日均值达标天数为321 天，日均达标率87.9%，PM2.5年均值浓度超标0.11 倍。2021 年O3日最大8 h 均值浓度范围为7～173μg/m3，全年日均值达标天数为351 天，日均达标率96.2%。其他的污染物项目NO2、SO2、CO，近三年日达标率100%。所以，细颗粒物PM2.5、可吸入颗粒物PM10和O3仍然是宜昌市空气污染的主要问题。

表2 宜昌市2019—2021 年环境空气质量单项浓度限值及评价结果

为了更准确地分析宜昌市空气质量的变化及其影响因素，根据宜昌市2019—2021 年六项污染物的日均值浓度的变化分析得到图1 和图2。显然，各项污染物随着时间、季节、温度等因素呈不同趋势地变化。从图1（a）和图1（b）中可以看到，细颗粒物PM2.5、可吸入颗粒物PM10在每年冬季1 月初到达峰值，随着季节更替，在夏季温度最高时到达浓度最低点，由于温度降低，细颗粒物PM2.5、可吸入颗粒物PM10的浓度逐渐升高，随着时间呈现周期性的变化。从图2（a）和图2（b）中可以看到，从早上人类的工作和生活开始，细颗粒物PM2.5、可吸入颗粒物PM10地排放增加，直到夜晚生产生活逐渐减少，污染物的浓度也随着降低。温度对O3有着重要影响，如图1（c），因为夏季的温度较高，高温是有利于O3浓度增高的光化学反应，而冬季温度较低，湿度较大，影响了太能辐射，降低了O3的光化学反应效率[4]。在一天中，中午的温度最高，O3的浓度也随着增高，再随着温度降低而降低，如图2（c）。从图1（d）和图1（f）中了解到，NO2、SO2的日均浓度值则是在每年的11 月—次年2 月相对较高，由于宜昌市的地理位置，冬季湿寒，人们选择非机动车出行的概率减少，对机动车的需求增多，城市汽车尾气的排放量随着增大。图2（d）和图2（e）中一天的NO2、SO2浓度变化也与之吻合。从图1（e）中，可以看到CO 也会随着时间呈周期性的变化，CO 是O3形成的前体之一，所以控制CO 的排放，监测CO 的浓度变化也是必不可少的。

图2 宜昌市2019—2021 年某一天六项污染物的日浓度变化

3.结论

近三年来，宜昌市的空气环境质量在逐步改善，这得益于国家各项环境保护和环境监测政策的有效实施，但污染物细颗粒物PM2.5和可吸入颗粒物PM10全年的日浓度的变化区间仍然很大，细颗粒物PM2.5年均浓度值存在超标。各项污染物以年为周期呈现周期性的变化，污染物浓度的变化也与人类的生产生活密不可分，仍然是影响宜昌市空气质量的主要污染物。空气污染是多因素共同导致的，如污染源的排放，大气中产生的化学反应，以及气象扩散等因素。所以还需要多方的联动配合及治理，才能高效地改善城市的空气质量。