2023年春节烟花爆竹燃放对重庆大气影响研究

熊桂洪　赵洁　张蕾　李灵　余家燕

摘要：基于重庆市空气质量监测数据、气象数据及PM2.5组分数据，对2023年春节重庆长时间大范围PM2.5污染过程中烟花爆竹燃放对大气影响开展详细分析。结果表明，2023年春节期间重庆市PM2.5浓度为近年来同期最高水平，污染呈现区域性特征。2023年春节持续无有效冷空气和降雨等污染清除天气，导致污染长时间持续。大年三十至初一集中燃放期烟花爆竹燃放对重庆市PM2.5污染贡献率为47%-55%。在不利气象条件下烟花爆竹、机动车和工业等排放增加共同作用导致2023年春节污染的发生。春节期间需加强周边区县的烟花爆竹燃放管控，同时加大城市交通、工业等治理，以持续提升区域空气质量。

关键词：烟花爆竹；春节；PM2.5；重庆

中图分类号：X51 文献标志码：A

前言

烟花爆竹燃放会导致大气污染物浓度的急剧上升，能见度下降，影响群众生活并对全年PM2.5浓度水平有重要贡献。中国各地相继出台了烟花爆竹管控政策，空气质量出现好转。朱媛媛等发现京津冀地区春节和元宵节的烟花爆竹燃放影响为降低趋势，王男等发现烟花爆竹禁放实施带来空气质量明显改善。值得注意的是，烟花爆竹管控区域大多位于城市建成区，大多农村地区和城乡结合部未实行烟花爆竹管控，导致该区域仍受烟花爆竹燃放影响显著。例如2018年起宝鸡市区开始禁放烟花爆竹，2020年宝鸡市烟花爆竹燃放期较非燃放期PM2.5浓度升高43.2μg·m-3，安徽省2016年加强烟花爆竹禁燃限燃管理，2022年春节期间部分站点烟花爆竹对PM2.5浓度贡献率仍可达到70.6%。

为了切实提升环境质量，重庆市政府于2019年起启动了《重庆市燃放烟花爆竹管理条例》，春节期间空气质量得到一定改善。然而作为新冠疫情“乙类乙管”后首个春节，2023年重庆市春节期间出现了长时间的连续污染过程，引发了社会和环境管理的广泛关注。此研究基于空气质量监测数据、气象数据及PM2.5组分数据等，针对2023年春节期间污染过程中烟花爆竹燃放对重庆大气影响开展分析，以期为后疫情时代大气污染管控措施的制定提供科学支撑。

1 材料与方法

1.1 数据来源

研究区域包括重庆市全域，重庆市空气质量监测数据来自重庆市环境空气质量自动监测网络，合计监测点位74个。中心城区PM2.5组分观测数据来自重庆大气超级站，其中水溶性离子组分来IGACS611型在线气体与气溶胶成分监测仪，碳组分来自Sunset Model4在线OC/EC监测仪，无机元素来自AMMS- 100大气金属分析仪。合川PM2.5组分数据来自合川大气超级站，其中水溶性离子组分来自IGAC S611型在线气体与气溶胶成分监测仪，碳组分来自Magee CASS碳气溶胶组分在线分析系统，无机元素来自AMMS-100大气金属分析仪。各监测站均按照国家相关规定定期进行质控校准和数据审核，确保数据质量。根据风俗情况，此研究所指的春节期间为大年三十至元宵节。

1.2 研究方法

1.2.1 烟花爆竹对污染物贡献计算

大气主要污染物CO浓度相对稳定，受燃放的影响较小，故以CO为参照采用PM2.5/CO比值法计算烟花爆竹对污染物的贡献。计算公式如式（1）、式（2）：

M=CPM-CCO×C'PM，a/C'CO，a （1）

R=M/CPM×100% （2）

其中，M为集中燃放期（选取大年三十23：00-初-4：00）烟花爆竹对PM2.5的贡献量，μg·m-3，CPM为集中燃放期PM2.5浓度，μg·m-3，CCO为集中燃放期CO浓度，mg·m-3，C‘PM，a为集中燃放前（选取大年三十1：00-18：00）PM：，浓度，μg·m-3，CCO，a为集中燃放前CO浓度，mg·m-3，R为烟花爆竹对PM2.5的贡献率，%。

1.2.2 PMF模型PM2.5来源解析方法

采用PMF（PosiLive Malrix Faclorization）正交因子分解法进行PM2.5来源解析，该方法广泛应用于PM2.5的来源解析，其分析原理为把样本矩阵分解为排放贡献矩阵和污染源成分矩阵，从而得到不同源类对不同污染物的贡献。

2 结果与讨论

2.1 2023年空气质量状况

2023年春节期间，重庆市空气质量指数（AQI）范围为80-179，优良天数为4天（良4天），污染天12天，其中轻度污染11天（AQI范围为102-144），中度污染1天（AQI为179），无重度及以上污染天，优良天数较2022年春节同期减少12天。春节期间PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3浓度分别为88μg·m-3、117μg·m-3、10μg·m-3、37μg·m-3、1.1mg·m-3、90μg·m-3，同比2022年春节上升166.7%、148.9%、11.1%、60.9%、22.2%、15.4%。

与历年春节期间空气质量对比来看（如图1所示），2023年春节期间空气质量处于2018年以来同期较差水平，峰值及整体浓度为2018年以来最高。值得注意的是，2023年大年三十和初一的日均浓度甚至高于烟花爆竹管控条例实行前的2018年，同时2023年大年三十和初一的浓度增幅也为近年来最大，2023年大年三十、初一的浓度增加值分别为27μg·m-3和42μg·m-3，相应2018年的浓度增幅为24μg·m-3和38μg·m-3，说明2023年重庆市空气质量受烟花爆竹影响非常明显。

从年内春节期间时间变化来看，2018年-2023年春节期间总体呈现前期（大年三十到初一）较差，后期逐步改善的趋势，但是各年改善效果存在差异（见图1）。2018年-2022年春节中后期空气质量改善效果良好，AQI指数到达最优等级。2023年则改善效果不顯著，AQI指数在临界超标或超标范围持续高位运行，出现持续性污染过程。

从空间分布来看（如图2所示），春节期间成渝地区空气质量整体偏差，区域性连片污染特征突出。大年三十至初一PM2.5浓度高值区集中于四川盆地北部及中部区域，例如重庆长寿区、重庆垫江县、四川广安市、四川达州市等，需要注意大年三十至初一重庆中心城区的PM2.5浓度整体空气质量以良-轻度污染为主，说明中心城区烟花爆竹管控效果整体好于周边区县。春节期间PM2.5浓度高值区发生轻微变化，其中四川盆地北部及中部区域仍为PM2.5高值区，此外中心城区PM2.5浓度与周边区域的PM2.5差别变小，说明周边区域烟花爆竹燃放逐步影响到了中心城区，形成区域性污染过程。此外，春节假期，重庆市主城都市区（不含中心城区）污染程度最重，其次是中心城区、渝东北地区和渝东南地区。大年三十至初一，重庆市各站点PM2.5、PM10和SO2小时最高浓度分别达930μg·m-3、986μg·m-3和74μg·m-3（长寿区桃源西路站），较渝中区上清寺站（中心城区站点）偏高450%、444%和270%，PM2.5峰值提前11小时（桃源西路站峰值时间为除夕23时，上清寺站为初一10时）；全市小时重度以上污染持续时长最长站点较上清寺站偏多12小时（铜梁区龙门街站持续16小时，上清寺站持续4小时）。重庆市主城都市区建成区人口密度大，建筑物集中，同时环境空气质量自动监测点位均布设在行政区建成区范围内，烟花爆竹燃放区紧邻监测点位，长时间序列“多点开花”式燃放烟花爆竹对空气质量影响极为显著。表明区县禁燃力度较弱或者没有严格管控建成区烟花爆竹燃放的区县，多点分散燃放对空气质量影响显著，污染程度高且持续时间长。

2.2 成因分析

2.2.1 气象条件分析

以沙坪坝国家地面基本气象观测站为代表开展气象条件分析。2023年春节期间平均风速、小风频率、相对湿度和高湿频率等要素为2018年以来同期中等水平，但是降雨量为同期最少，降雨量仅0.2mm，并且2018年-2022年春节期间均存在有效冷空气，PM2.5浓度降至优水平，2023年则冷空气影响势力极为有限，位于四川盆地东部的重庆市特殊的山地地形对风场存在削弱和导流作用，使得弱冷空气入渝前效力降低，无法起到削减污染效果，导致污染积聚与反复。山地地形叠加静稳天气使得污染物在重庆市内上空滞留凝聚，污染反复出现。（见表1）

2.2.2 烟花爆竹燃放影响分析

2023年大年三十至初一的PM2.5小时浓度来看，伴随着大年三十夜间烟花爆竹的燃放影响，大年三十夜间20时左右，重庆市PM2.5浓度出现短时急剧上升，初一1：00到达峰值（184μg·m-3），峰值浓度较大年三十18：00的80μg·m-3上升了130%，部分区县小时最高增长速率达424%。大年三十到初一，重庆市有13个区县空气质量由前期的良一轻度污染水平上升至重度污染及以上级别，重庆市整体PM2.5浓度大年三十至初一出现15小时重度污染，全天重庆市空气质量为中度污染（如图3所示）。通过PM2.5/CO比值法测算，2023年除夕至初一重污染时段，烟花爆竹燃放对重庆市PM2.5污染的贡献总体在47%-55%左右，平均贡献率52%。

重庆中心城区大气超级站和周边区县的合川大气超级站PM2.5组分分析结果显示，大年三十到初一，合川大气超级站中指示烟花爆竹燃放污染的K+、Cl-、Mg2+等关键化学组分浓度持续升高，初一0：00-12：00较大年三十同时段分别上涨14.1倍、9.4倍和19.8倍，中心城区相关组分上升幅度远低于合川大气超级站，合川区大气超级站K+、Cl-、Mg2等组分为中心城区大气超级站的9.8倍、5.8倍和1.7倍，说明周边区县烟花爆竹无序燃放对PM2.5污染影响明显（见图4）。

对2023年春节期间PM2.5浓度和组分分析发现，大年三十至初一烟花爆竹集中燃放阶段呈现PM2.5累積速度快、污染程度重、污染范围大的特征，为烟花爆竹燃放主要影响阶段，该段时间内周边区县污染突出，浓度上升的主要驱动组分为K+、Cl等烟花爆竹指示组分，污染形成原因主要为不利气象条件叠加烟花爆竹排放影响，污染高值区域为除中心城区外的其他区县；初二至初七零星燃放呈现PM2.5污染整体相对较轻的特征，为持续影响阶段，污染高值集中于重庆主城都市区，PM2.5组分显示硝酸盐组分浓度升高明显，主要污染成因为气象条件转不利、机动车和生活源排放大幅上升和少量烟花爆竹燃放影响；初八至元宵开始复工复产，为叠加影响阶段，气象条件转差时空气质量出现进一步反弹，超标区域扩大至重庆市大部，尤其是主城都市区污染浓度更高，监测数据分析发现工业、机动车等排放的硝酸盐、有机物等升幅明显且贡献较大（如图5所示），与2023年重庆市经济稳定恢复工业复工、机动车排放增加有关（重庆市规上工业企业初七节后复工率即近8成，较去年提高10.3个百分点）。利用PMF方法，对中心城区PM2.5开展来源解析，发现春节期间重庆中心城区PM2.5主要的源类依次为交通源、工业源、生活源（生物质燃烧+烟花爆竹）、扬尘和其他源，2023年春节期间中心城区PM2.5受烟花爆竹和生物质燃放贡献约为10.4%，烟花爆竹和生物质燃烧是春节期间大气中主要的污染来源之一。

3 结论

2023年重庆市春节期间出现长时间大范围PM2.5污染过程。2023年春节持续无有效冷空气和降雨等污染清除天气，是污染长时间持续的重要气象因素。2023年大年三十至初一烟花爆竹燃放对重庆市PM2.5污染的贡献总体在47%-55%左右，平均贡献率52%，合川大气超级站中指示烟花爆竹燃放污染的K+、Cl-、Mg2+等关键化学组分浓度上升明显，周边区域PM2.5污染受烟花爆竹燃放影响明显。春节期间中心城区硝酸盐、有机物污染突出，PM2.5主要来源为交通源、工业源、生活源（生物质燃烧+烟花爆竹）、扬尘和其他源。建议春节期间加强周边区县的烟花爆竹燃放管控，同时加大交通、工业等治理，以持续提升区域空气质量。