2018~2022年富源县环境空气质量变化趋势分析

Analysis of the Change Trend of Ambient Air Quality in Fuyuan County from 2018 to 2022

摘要: 以2018~2022年富源县环境空气自动监测站数据为基础，根据《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ 663-2013)对富源县环境空气质量变化趋势进行分析，分析结果表明：五年间富源县环境空气质量总体优良，空气质量综合指数评价呈显著下降趋势，主要污染物是O₃和PM_2.5、PM₁₀ (三项指标污染物分担率占比超过70%)，五年的首要污染物均为O₃。

Abstract: Based on the data of Fuyuan County ambient air automatic monitoring station from 2018 to 2022, the changing trend of ambient air quality in Fuyuan County was analyzed according to the Technical Specification for Ambient Air Quality Evaluation (Trial) (HJ 663-2013), and the analysis results showed that the ambient air quality in Fuyuan County was generally excellent in five years, the comprehensive air quality index evaluation showed a significant downward trend, the main pollutants were O₃, PM_2.5, and PM₁₀ (with a pollutant sharing rate of over 70% among the three indicators), and the top pollutant in five years was O₃.

1. 引言

富源县位于云南省东部，为云南省东大门，地处东经103˚56'~104˚49'，北纬25˚~25˚58'，县境东西宽50 km，南北长91.1 km，属南温带山地季风湿润气候，冬春季干燥，夏季湿润，年平均降雨量1093.7 mm。富源工业园区胜境片区位于县城西北8 km，该片区分布着有色金属冶炼、水泥制造、装备制造等行业企业十余家 [1] 。随着经济社会的快速发展，城市环境空气污染形势日益严重，而人们对空气质量的关注度和要求越来越高，富源县大气环境保护的压力日益增大，本文根据富源县2018~2022年的环境空气质量监测数据，对环境空气质量和变化趋势进行分析，以便掌握污染特征、变化规律及时空分布情况，为政府有针对性地开展大气污染防治工作提供依据。

2. 分析方法

2.1. 数据来源

富源县环境空气自动监测站2016年11月建设，2017年3月通过验收投入运行，建设地点为富源县环境保护局办公楼楼顶，属省控城市站，监测指标为PM₁₀、PM_2.5、SO₂、NO/NO₂、O₃、CO和气象五参数(温度、湿度、大气压、风速、风向)以及能见度，监测频率为24 h连续自动监测。本文所用数据为云南省空气自动监测数据管理平台中该自动站2018~2022年自动监测数据和统计数据。

2.2. 评价标准

富源县环境空气功能区划分为二类区，执行二级浓度限值。评价依据《环境空气质量标准》(GB 3095-2012) [2] 、《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ 633-2012) [3] 和《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ 663-2013) [4] 开展。

3. 结果与分析

3.1. 六项污染物浓度及达标情况

根据云南省空气自动监测数据管理平台监测数据及统计，2018~2022年富源县环境空气各项污染物年评价浓度统计见表1、达标天数达标率见表2。

根据表1，对照《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ 663-2013)，2018~2022年富源县的SO₂、NO₂、O₃-8 h、CO、PM₁₀、PM_2.5六项指标的监测结果都小于《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)中二级浓度限值相对应的年均值及24小时特定百分位数浓度限值，六项指标全部达标，没有超标污染物。

Table 1. Statistical table of annual evaluation concentration of various pollutants

表1. 各项污染物年评价浓度统计表

根据表2统计结果显示，2018~2022年富源县的环境空气质量达标情况为：日达标率除2021年的O₃-8 h、PM_2.5为99.7% (各有1天轻度污染)外，其余指标各年的日达标率均为100%；各指标的日达标天数最少为351天(2019年的PM_2.5)，最多为365天(2022年的SO₂)。日综合达标率除2021年为99.4% (O₃-8 h、PM_2.5各有1天轻度污染)外，其余各年的日综合达标率均为100%；日综合达标天数最少为349天(2020年)、最多为358天(2018、2022年)；表明富源县的环境空气质量较好，环境空气质量优良率均在99.% 4以上，五年仅2021年出现2天轻度污染天气。

Table 2. The number of days and compliance rate of daily evaluation of various pollutants, and the statistical table of the number of days and compliance rate of daily comprehensive evaluation

表2. 各项污染物日评价达标天数、达标率及日综合评价达标天数、达标率统计表

3.2. 污染物浓度变化趋势分析

3.2.1. 六项污染物年均浓度变化趋势分析

从图1、图2、图3可以看出：PM₁₀、PM_2.5年均浓度与O₃-8 h第90百分位数浓度变化趋势一致，均呈先上升后一直下降的趋势，PM₁₀ 2019年达峰值44 ug/m³，2022年降至谷值32 ug/m³，期间年均降幅最大的2021年为14.3%，2022年与2018年相比降幅为20%；PM_2.52019年达峰值26 ug/m³，2022年降至谷值19 ug/m³，期间年均降幅最大的2020年为15.4%，2022年与2018年相比降幅为20.8%；O₃-8 h第90百分位数浓度2019年达峰值132 ug/m³，2022年降至谷值118 ug/m³，期间年均降幅最大的2021年为5.3%，2022年与2018年相比降幅为1.7%。NO₂年均浓度呈小幅上升后缓慢下降趋势，年间最大变化幅度为1 ug/m³，2020年达峰值15 ug/m³，其中2021、2022年持平，均为14 ug/m³，期间总体呈上升趋势，年均升幅最大的2019年为7.7%，2022年与2018年相比升幅为7.7%。SO₂年均浓度变化表现为小幅上下震荡变化(先升后降)、年间浓度变化不大，期间总体呈下降的趋势，但趋势不显著；2019年达到峰值13 ug/m³，谷值8 ug/m³出现在2021年，年均升幅最大的2019年为30%，2022年与2018年浓度持平为10 ug/m³。CO第95百分位数浓度变化趋势与SO₂的刚好相反(先降后升)，期间总体呈上升趋势，但趋势不显著；峰值为2018年的1.6 mg/m³，2019、2021、2022年均为谷值0.9 mg/m³，年均降幅最大的2019年为43.8%，2022年与2018年相比降幅为43.8% [5] 。

Figure 1. Interannual variation trend of pollutants

图1. 污染物年际变化趋势

Figure 2. The interannual variation trend of the 95th percentile concentration of CO

图2. CO第95百分位数浓度年际变化趋势

Figure 3. The interannual variation trend of the 90th percentile concentration of O₃-8 h

图3. O₃-8 h第90百分位数浓度年际变化趋势

3.2.2. 六项污染物月均浓度变化趋势分析

本文依照气象学将年度的季节划分为：3~5月为春季、6~8月为夏季、9~11月为秋季、12月至次年2月为冬季 [6] 。

从表3、图4~9中可看出：

PM₁₀、PM_2.5的月均浓度变化规律基本一致，均为1至5月和11至12月污染物浓度较高，6至10月浓度较低，浓度高值多出现在3月和12月、低值多出现在7月，具有明显的冬春季高、夏秋季低的季节变化特征 [7] ；这与富源县城地处谷地，四面环山，受冬春季弱冷空气、云贵准静止锋等天气带来的静稳气象条件影响，大气扩散条件较差不利于污染物扩散，污染物累积增长使颗粒物浓度在冬春季节呈较高水平，季节性污染特征明显；6至10月为富源的雨季，雨量充沛，降雨时水滴在下降过程中大量气溶胶粒子和颗粒物溶解在水中，并随雨滴降落到地面，使颗粒物浓度明显降低，加之雨季空气湿润，湿度大不易起尘，故夏秋季颗粒物浓度较低，空气质量较好。

O₃-8 h第90百分位数浓度3至5月较高，其余月份变化不大，浓度高值多出现在4月和5月，呈现春季高、其他季节变化不大的特征 [8] 。主要是春季空气湿度低、气温高，加之富源地处云贵高原，紫外线辐射强度大，利于臭氧的转化生成，导致春季臭氧浓度较高；夏季、秋季、冬季因降雨、气温低、光照时间短以及紫外线辐射强度降低等原因，臭氧生成受到抑制，因而臭氧浓度较低。

Table 3. Statistical table of monthly average concentration of six pollutants from 2018 to 2022

表3. 2018~2022年六项污染物月均浓度统计表

Figure 4. Changes in the monthly average concentration of PM₁₀

图4. PM₁₀月均浓度变化

Figure 5. Changes in the monthly average concentration of PM_2.5

图5. PM_2.5月均浓度变化

Figure 6. Changes in the monthly average concentration of O₃-8 h

图6. O₃-8 h月均第90百分位数浓度变化

Figure 7. Changes in the monthly average concentration of CO

图7. CO月均第95百分位数浓度变化

Figure 8. Changes in the monthly average concentration of SO₂

图8. SO₂月均浓度变化

Figure 9. Changes in the monthly average concentration of NO₂

图9. NO₂月均浓度变化

CO第95百分位数浓度1月、2月、12月较高，其余月份变化不大，浓度高值多出现在2月，呈现冬季高、其他季节变化不大的特征 [9] 。主要是冬季气温低，县城周边居民有烧煤取暖的习惯，取暖燃煤量大，污染物排放量增加，以及机动车尾气排放，加之富源县城特殊的地形条件使冬季静风频率较高，大气结构稳定，易出现静稳天气，不利于污染物扩散，导致冬季CO浓度较高。

SO₂、NO₂浓度1至4月和11至12月污染物浓度较高，5至10月浓度较低且变化不大，呈现冬春季高、夏秋季变化不大的特征 [10] 。主要是冬春季取暖用煤燃烧增加了SO₂、NO₂的排放量，加之富源县城地处谷地，四面环山，受冬春季弱冷空气、云贵准静止锋等天气带来的静稳气象条件影响，大气扩散条件较差不利于污染物扩散，导致冬春季SO₂、NO₂浓度较高。

3.3. 环境空气质量指数评价

从表4可知：SO₂单项指数处于0.13~0.22之间，最大值0.22出现在2019年，最小值0.13出现在2021年；PM₁₀、PM_2.5也是在2019年出现最大值，分别为0.63、0.74，最小值出现在2022年，分别是0.46、0.54；NO₂、O₃-8 h指数变化不大，NO₂在0.32~0.38之间，最大值0.38出现在2020和2021年，最小值0.32出现在2018年，O₃-8 h在0.74~0.82之间，最大值0.82出现在2019年，最小值0.74出现在2022年；CO指数处于0.22~0.40之间，最大值0.40出现在2018年，2019、2021、2022年相同，均为最小值0.22。从指数对比看，五年的最大指数都为O₃-8 h，首要污染物都是O₃ [5] 。

Table 4. Ambient air quality index and pollution comprehensive index statistical table

表4. 环境空气质量指数和污综合指数统计表

图10显示：富源县的空气质量综合指数均呈先小幅上升后一直下降的趋势，从2018年的2.90上升

Figure 10. Changes in the monthly average concentration of NO₂

图10. NO₂月均浓度变化

至2019年峰值2.98后一直呈下降趋势，2022年降至谷值2.48，期间年均降幅最大的2020年为9.2%，2022年与2018年相比降幅为14.5%，表明2018~2022年富源县环境空气质量持续改善。

图11显示：六项污染物分担率中，占比最大的是O₃-8 h为28.01%，其次为PM_2.5的23.01%，再次为PM₁₀的20.10%，NO₂和CO相对较低分别为12.92%和9.72%，最低为SO₂的6.24%；O₃、PM_2.5、PM₁₀三项指标的污染物分担率占比较大，占比超过70%，表明期间影响富源县环境空气质量的主要污染物是O₃，其次是PM_2.5和PM₁₀。

Figure 11. 2018~2022 share rate map of the six pollutants

图11. 2018~2022年六项污染物分担率图

3.4. 环境空气质量变化趋势分析

根据《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ 663-2013)，对六项污染物浓度和空气质量综合指数进行Spearman秩相关系数计算和判定。判断标准为：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由意义。 ${\gamma }_s$ 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。 ${\gamma }_s$ 计算公式如下：

${\gamma }_s=1-\frac{6}{n\left(n^2-1\right)}{\displaystyle \underset{j=1}{\overset{n}{\sum }}{\left(X_j-Y_j\right)}^2}$

式中： ${\gamma }_s$ ——Spearman秩相关系数；

n——时间周期的数量，n ≥ 5，(本文中取n = 5)；

X_j——周期j按时间顺序排序的序号， $1\le X_j\le n$ ；

Y_j——周期j内污染物浓度按数值升序排顺的序号， $1\le Y_j\le n$ 。

根据表5，2018~2022年：富源县环境空气质量六项污染物中SO₂、CO、PM₁₀、PM_2.5的秩相关系数 ${\gamma }_s$ 的绝对值小于临界值 $\gamma$ 且为负值，为下降趋势，NO₂、O₃-8 h的秩相关系数 ${\gamma }_s$ 绝对值小于临界值 $\gamma$ 且为正值，为上升趋势；因SO₂、CO、PM₁₀、PM_2.5、NO₂、O₃-8 h的秩相关系数 ${\gamma }_s$ 的绝对值小于临界值 $\gamma$ ，显著性不明显，变化趋势基本无变化。空气质量综合指数I的秩相关系数 ${\gamma }_s$ 的绝对值大于临界值 $\gamma$ 且为负值，按空气质量综合指数评价，富源县环境空气质量呈显著下降趋势，表明期间环境空气质量持续改善。

Table 5. Analysis of change trends of six pollutants and comprehensive air quality index

表5. 六项污染物和空气质量综合指数变化趋势分析

4. 结论

1) 富源县环境空气中SO₂、PM₁₀、PM_2.5和CO第95百分位数浓度为下降趋势，NO₂、O₃-8 h第90百分位数浓度为上升趋势，污染物的浓度变化趋势不明显；根据空气质量综合指数评价，变化趋势为显著下降趋势。

2) 富源县环境空气质量较好，期间空气质量指数最大的均为O₃-8 h，五年的首要污染物均为O₃，影响富源县环境空气质量的主要污染物是O₃，其次是PM_2.5和PM₁₀。

3) 受气候和地形的影响，富源县城区环境空气质量夏秋季好于冬春季，季节性污染特征明显。

4) 根据2018~2022年监测数据分析，富源县环境空气质量环境空气质量持续改善，优良率均在99.% 4以上，仅2021年出现2天轻度污染天气，但要保持环境空气质量的持续向好，需要环保、住建、交通、城管等部门通力合作，协同监管，加强对重点污染源的监管和治理力度，强化对施工工地的监管力度，加强对渣土运输车辆管理，加强城市道路的清扫保洁力度，有效减小污染物排放、施工及地面扬尘对空气质量的影响。

参考文献