1. 绪论
影响空气质量的内因是污染物的排放，外因则有地形、气象条件等因素。工业化和城市化使大气环境质量不断呈现出下降的趋势，进而影响人口–发展–环境之间的良性循环 [1]。工业废气由于具有扩散性强、污染浓度高等特点，是造成城市及地区大气环境质量下降的重要原因 [2]。随着城市化进程的加快和人民群众生活水平的提高，汽车成为了人们热衷的出行工具，汽车尾气中含有的大量含氮含硫污染物也成为了大气污染物来源之一 [3]。城市建设过程中带来的扬尘也会导致大气环境质量的下降 [4]。石油和煤炭是我国主要能源来源，其在燃烧的同时也产生了二氧化硫、氮氧化物、PM2.5等严重影响大气环境质量的污染物 [5]。达州人口密度大、粗放型经济加上以化石燃料为主的能源结构导致该地区污染物排放量大，气溶胶光学厚度长期处于高值 [6] [7] [8]。此外，除了本地污染源，不同地区污染源的输入也是空气污染的重要原因 [9]。达州位于四川盆地边缘，主城区地处山区河谷地带，不利地形条件加上静风频率高等气象条件，使得空气污染物稀释扩散困难，是改善空气质量的客观制约因素。
受新冠疫情影响，2020年春节期间开始武汉宣布封城，随后全国各省市陆续启动重大公共卫生事件I级响应，采取了包括限制出行、交通管制、禁止群体活动、停工停学停产等一系列措施最大限度地遏制疫情的传播扩散 [10]。当时在大多数人的心目中，达州市主城区周边的工业企业、建设工地、机动车、餐饮业等都停完了，但感觉空气质量并不好，事实上该段时间空气质量达标率同比确实下降了6.4个百分点。为弄清疫情期间达州市主城区空气污染成因，本文对1月24日~2月23日(以下称疫情管控期)主城区及其周边工业企业生产状况、建设工地施工状况、交通状况、营业性餐饮经营状况、生物质燃烧状况、气象及地形条件等进行了调查，结合主城区国控空气站点的监测结果和周边市、县空气质量状况，分析了影响该段时间空气质量变化的原因。
2. 调查情况
四川省于1月24日(大年三十)启动突发公共卫生事件I级应急响应，正式进入疫情管控期，至2月26日四川省由I级降到II级应急响应，社会生活逐渐有序恢复正常。在疫情管控期间，达州市主城区所有小区、楼院、单位及周边村组逐步实行封闭式管理，部分工业企业处于停产状态，建设工地全面停工，各类营业性、集中式餐饮全部停业，除公交车、出租车、生产企业原材料运输车辆外其余交通运输车辆绝大部分处于停运状态。1月24日至2月2日为春节放假，2月3日部分党政机关、国有企业、事业单位开始陆续复工复产。“达州市人民政府网”站显示：截至2月18日，达州市规模以上工业企业累计复工复产413户，复工复产率为54.9%。2月24日开始各级党政机关、国有企业、事业单位恢复正常上班秩序。
2月25日，实地调查了南外三里坪片区、北外职教园片区和西外莲湖片区的建筑工地，均未复工；城区内餐饮店均未开业；道路上行驶车辆稀少。在南外三里坪片区和西外莲湖片区发现有个别秸秆燃烧现象。
工业企业生产状况调查显示，2020年1月24日~2月20日期间，主城区周边19家排放废气的规模以上重点排污企业，6家增产，9家减产，4家停产；其中5家钢铁企业和2家焦化企业总产量同比减产18.7%，但达钢增产3.8%；4家火电企业同比减产1.8%，但川投燃气增产283%，国电东岳发电厂增产19.9%；5家石油化工企业总产量同比增加9.6%，其中玖源化工液氨增产近1倍、尿素增产1.5倍，宝化炭黑增产0.1倍；3家其他行业企业减产或停产。
3. 空气质量状况
3.1. 主城区空气质量状况
3.1.1. 优良天数率
2020年1月24日~2月23日，达州市主城区空气质量达标(优和良)率下降6.4个百分点，同比减少2天，全省排名倒数第一，同比下降8位，详见表1。
Table 1. Air quality status and year-on-year status in the main urban area of Dazhou City during the epidemic control period
表1. 疫情管控期间达州市主城区空气质量状况及同比情况
3.1.2. 污染物浓度
疫情管控期间，O3浓度相对较低，在全省排名第2；其余各污染物浓度均较高，在全省排名靠后。各污染物浓度同比情况，除SO2上升6.6%外，其余均大幅下降，详见表2。
Table 2. Concentrations of air pollutants in the main urban area of Dazhou City during the epidemic control period and the year-on-year situation
表2. 疫情管控期间达州市主城区空气中污染物浓度及同比情况
说明：浓度变化情况为同比上升(+)或下降(−)百分比(%)，排名变化情况为同比上升(+)或下降(−)位数。
3.1.3. 日均值PM2.5占比
疫情管控期间，主城区PM2.5在PM10中的占比为56.7%~91.9%，均值为81.8%。2019年同期为51.3%~78.1%，均值为68.0%。2020年PM2.5占比高出2019年同期13.8个百分点。详见图1。
Figure 1. The proportion of PM2.5 in the main urban area of Dazhou City during the epidemic control period and the situation in the same period in 2019
图1. 疫情管控期间达州市主城区PM2.5占比及2019年同期情况
3.1.4. 除夕和元宵节空气质量状况
2020年除夕(1月24日)和元宵节(2月8日)由于禁放烟花爆竹，空气质量均未受到影响，小时空气质量为优或良；2019年除夕(2月4日)和元宵节(2月19日)由于仅仅是限放烟花爆竹，空气质量受影响较大，其中除夕有17个小时超标(5小时轻度污染、5小时中度污染、6小时重度污染、1小时严重污染)，元宵节有4个小时超标，均为轻度污染。
3.2. 与全省及川东北对比情况
疫情管控期间，达州市主城区优良天数率为61.3%(同比下降6.4%)，大大低于全省平均值92.0% (同比上升16.6%)和川东北平均值89.0% (同比上升16.1%)，在全省排倒数第一名。
3.2.1. 污染物浓度
达州市除O3浓度低于全省和川东北平均水平且在全省排名第2名外，其余各污染物浓度均高于全省和川东北平均水平，在全省排名均靠后(第17~20名)。
3.2.2. 污染物浓度改善情况
达州市NO2、PM10、CO、O3浓度下降幅度均高于全省和川东北平均水平。PM2.5浓度下降幅度低于全省和川东北平均水平。SO2浓度上升6.6%，上升幅度小于川东北10.4%的平均水平，全省下降18.8%。详见表3。
Table 3. Air quality status in Dazhou and surrounding cities, northeastern Sichuan, and the whole province during the period of epidemic control
表3. 疫情管控期间达州及周边城市、川东北、全省空气质量状况
3.3. 区域污染情况
从图2可以看出，达州市主城区及相邻的县(市、区)于2月18~23日连续出现6天区域污染(污染等级为轻度至中度污染)，其中21日达州市主城区污染等级为中度污染(AQI指数为158)、相邻的宣汉县城污染等级也为中度污染(AQI指数为174)，达州市的大竹县、渠县、开江县，广安市及其前锋区、广安区、邻水县、华蓥市，巴中市通江县均为轻度污染。结合气象分析，本轮区域污染主要为不利气象条件所致，严重影响达州市疫情管控期间优良天数率。
Figure 2. Air quality in Dazhou and neighboring cities and counties during the epidemic control period
图2. 疫情管控期间达州及相邻市县空气质量状况
4. 气象及地形条件
4.1. 气象条件
达州市气象局提供的疫情管控期间气象资料显示：主城区日平均风速为0.7~2.3 m/s，主导风向为东北风，1月31日、2月1日、10~11日、18~23日污染期间日平均风速仅为0.7~1.1 m/s (主导风向仍为东北风)，优良天气时日平均风速多为1.0m/s以上。2020年疫情管控期间次要风向西风和西南风出现频率(13.8%)较2019年同期(6.4%)上升7.4个百分点(见图4)。2020年疫情管控期间主城区平均相对湿度为80%，较2019年同期(71%)上升9个百分点，相对湿度在80%以上的时间占55% (2019年同期相对湿度在80%以上的时间仅占23%) (见图3)。
4.2. 地形条件
达州市主城区位于河谷地带，东部的雷音铺山与主城区高程差约490米，西部铁山与主城区高程差约660米，北部凤凰山与主城区高程差约400米，南部火峰山与主城区高程差约270米，独特的地形条件导致污染物横向扩散困难。气象资料和监测站点测得的风向均表明，达州市主城区风速小且风向多变，气流易在城区内形成漩涡。
Figure 3. Wind speed, humidity and AQI diagrams in the main urban area of Dazhou City during the epidemic control period
图3. 疫情管控期间达州市主城区风速、湿度及AQI图
Figure 4. During the epidemic control period, the main urban area of Dazhou City and the rose chart of the wind direction in the same period in 2019
图4. 疫情管控期间达州市主城区及2019年同期风向玫瑰图
根据2018年《达州市激光雷达立体监测报告》，由于受地形条件影响，达州市主城区周围形成东、西两个污染物输送通道，输送通道接近南–北走向，其中西通道上有通川魏兴–东岳–双龙–复兴工业带(区)、国电东岳电厂、达钢、佳境环保等企业和化工园区(见图5)。
Figure 5. Schematic diagram of topography and pollutant transportation channels in the main urban area of Dazhou City
图5. 达州市主城区地形及污染物输送通道示意图
5. 原因分析
5.1. SO2浓度不降反升
SO2主要来源于工业和居民生活燃煤 [11]。主城区及其周边居民生活燃煤很少，说明疫情管控期间工业燃煤总量有所增加，进而推断燃煤工业生产负荷有所增加，其相应的其它大气污染物(烟粉尘、NO2和CO)排放亦有所增加。这与调查的部分工业企业尤其是燃煤企业增产(达钢增产3.8%，国电东岳发电厂增产19.9%)相吻合。在次要风向西风和西南风情况下，城区西南的达钢及化工园区企业排放的废气污染物对主城区空气质量影响较大。
5.2. NO2和CO浓度大幅下降
NO2和CO主要来源于燃煤和汽车尾气 [12]，生物质燃烧也会产生。疫情管控期间生物质燃烧极少，工程车辆停运几乎达100%，其他车辆(包括公交车、公务车、私家车、货运车等)总体停运估计达90%以上。结合SO2浓度不降反升推断出的“工业燃煤总量有所增加，燃煤产生的NO2和CO排放亦有所增加”的结论，说明疫情管控期间NO2和CO浓度大幅下降主要是因为机动车大量停运造成的，也就是说汽车尾气是平时主城区NO2和CO的主要来源。
5.3. O3浓度下降明显
按目前认识，O3污染分天然和人为因素，此处暂将2019年和2020年同期的天然因素视为一致。氮氧化物和挥发性有机物是O3生成的“前体物” [13]，由于NO2浓度的大幅降低(达州市尚未监测挥发性有机物，但疫情管控期间由于工业企业、喷涂、装修等行业停工停业，挥发性有机物的产生和排放应该也是大幅减少)，因此人为因素产生的O3浓度理所当然下降。说明疫情管控期间O3浓度下降明显主要是因为汽车尾气和挥发性有机物排放减少所致，也就是说，主城区平时O3污染主要受汽车尾气排放和挥发性有机物排放等人为因素影响。
5.4. PM10和PM2.5浓度大幅下降
PM10和PM2.5主要来源有工业烟粉尘、道路扬尘、工地扬尘、机动车尾气、生物质燃烧、餐饮油烟等，其中PM2.5还来源于硫酸盐、硝酸盐、高分子有机物等二次污染物。疫情管控期间，PM10和PM2.5浓度大幅下降，说明颗粒物总体排放量和二次污染物 [14] 大幅下降，与实际调查的部分工业企业停产、工地停工、机动车停运(导致尾气、道路扬尘大幅降低)、生物质燃烧极少等情况吻合。因此疫情管控期间PM10和PM2.5污染主要来源于工业生产；同时也说明平时道路扬尘、工地扬尘、机动车尾气、生物质燃烧等对PM10和PM2.5的贡献很大。
5.5. PM2.5在PM10中占比显著提高
PM10包含PM2.5。一般工业烟粉尘经除尘后细颗粒物较多，工地扬尘、道路扬尘粗颗粒物含量较高。疫情管控期间PM2.5在PM10中占比显著提高 [15]，说明细颗粒污染物含量很高、粗颗粒物含量低。与工地停工扬尘极少、机动车停运道路扬尘极少的实际调查情况相吻合。因此进一步证明疫情管控期间主城区颗粒物的污染主要来自工业烟粉尘。
5.6. 主要污染物浓度下降而达标率却降低
污染物的排放是影响空气质量的内因，地理位置、地形以及气象条件是影响空气质量的外因。疫情管控期间污染物排放总量较去年同期减少，无重污染天气。主城区的地理位置和地形没有发生改变，如果疫情管控期间气象条件与去年同期一致，那么由于空气污染物排放量的减少，除空气污染物浓度理应降低外，达标率理应上升。实际情况是疫情管控期间主城区空气污染物浓度下降而达标率却降低，说明疫情管控期间气象条件同比变差。这与调查的西风和西南风频率增加、风速减小、相对湿度增大、出现区域性污染气象条件相吻合。
6. 结论
2020年1月24日~2月23日，由于受新冠肺炎疫情和春节假期双重影响，达州市主城区及其周边各类建筑工地停工几近100%，工地施工扬尘几乎为零；机动车停运估计总体达90%以上，机动车尾气及道路扬尘极少；生物质燃烧极少；营业性和集中式餐饮全部停业，但居民居家用餐率提高；部分工业企业停工，但主要大气污染物排放企业生产负荷有所增加。经与2019年同期空气质量对比分析，本文认为：
1) 疫情管控期间主城区气象条件与2019年同期相比有所变差，周边大气污染物排放源主要为燃煤工业且排放量仍然较大，二者是造成该时段空气质量达标天数同比下降的原因。
2) 周边工业企业、工地扬尘、道路扬尘、机动车尾气是影响达州市主城区空气质量的主要因素，其中工地扬尘和道路扬尘对PM10的贡献较大。
3) 汽车尾气是主城区NO2和CO污染的主要来源。
4) O3污染主要受汽车尾气排放和挥发性有机物排放影响。
5) 燃放烟花爆竹会对空气质量造成显著影响。