估算集中燃放期间污染物贡献

咸阳环境科学研究院有限责任公司 樊林，王帅，强浩，陈妮

燃放烟花爆竹是春节期间的习俗，过程中会释放大量的重金属、颗粒物、二氧化硫和氮氧化物等污染物，导致空气质量快速恶化[1-2]，大量集中燃放烟花爆竹加剧了空气污染程度，长时间停留在空气中的污染物对人体健康有较大影响。目前较多研究对春节期间燃放烟花爆竹的理化性质、粒度分布、来源解析等进行研究[3]，但对PM2.5贡献定量的描述不多。近几年来，部分学者采用相对比值法评估烟花爆竹燃放的贡献。Pang通过对比PMF和基于特定方程的相对比值法对烟花爆竹对环境的贡献进行了定量评价结果发现两者结果相似。Han等利用Mg/Al比值法估算北京地区矿物气溶胶中外来源和本地源的相对贡献量。咸阳地区对于烟花爆竹燃放对空气质量的定性和定量研究很少，兴平市是典型的咸阳地区工业城市，颗粒物污染水平处于咸阳市严重地区之一，春节期间重污染天气频发，目前很少有研究对其春节期间污染特征和定量解析进行描述。该研究对兴平市近三年春节期间（腊月二十八至正月初五）的颗粒物和气态污染物浓度、相关性、气象条件等污染特征进行定性分析，并量化估算春节前后污染物浓度的贡献值，为春节期间大气污染防治提供基础依据。

一、数据来源及方法

本文选取咸阳市兴平市近三年环境空气质量实时监测数据。春节期间选取时间为腊月二十八至正月初五，集中燃放期为除夕18:00-初一14:00，其余时间为非集中燃放期。采取PM2.5与CO比值法定量估算烟花爆竹燃放对大气污染物的影响。

式中：C为烟花爆竹集中燃放期烟花爆竹燃放对污染物M的贡献量，单位为μg/m3；M为集中燃放期间污染物的浓度，单位为μg/m3；CO为集中燃放期间CO的浓度，单位为μg/m3；N和CO非分别为非燃放期污染物M和CO的平均浓度，μg/m3；R为集中燃放期间烟花爆竹对污染物M的贡献率（%）。

二、结果与讨论

（一）空气质量污染总体情况

2019-2021年春节期间空气质量级别变化如表1所示，可以看出近三年春节期间首要污染物均为PM2.5，空气质量级别基本呈现“倒V”形变化，即“中度污染-重度污染—严重污染—良”的变化趋势，因此春节期间主要是细颗粒物导致重污染天气的发生。

表1 2019-2021年春节期间空气质量级别变化

（二）气象分析

春节期间污染的重要因素有烟花爆竹的燃放强度及气象条件。较多研究认为高相对湿度与PM2.5呈现正相关，高湿度条件时可能更容易导致水溶性离子的转化，此外风速较低时污染物不易扩散，也会造成污染物累积。

从气象条件状况来看，2021年春节期间风速较小，静风风频较高，小于1级风的频次为94.8%，2020年次之为81.9%，2019年为71.9%，受静稳状态天气影响，污染物易于累积，不利于扩散和清除。2020年春节期间湿度大于70%的占比达69.8%，2021年次之为38.9%，2019年仅为4.5%。2021年除夕、正月初一风速、湿度均相对较小，因此主要来源于烟花爆竹的一次源排放，而2020年PM2.5高值与高湿静稳的气象因素相关性更大。

图1 春节期间风速、湿度分析对比图

表2 2019-2021年集中燃放期烟花爆竹燃放对污染物的贡献

（三）集中燃放期间污染物浓度变化

集中燃放的时段为除夕18时至正月初一14时，2021年相比前两年同时段浓度峰值更高。集中燃放时段严重拉高春节期间各指标均值。其中集中燃放对PM2.5的贡献最大，三年分别拉高春节期间整体均值153.62%、59.34%、160.68%，其次为PM10、SO2。Yao的研究表明上海的PM2.5浓度在节日前夕的几个小时内增加了10倍以上，平均贡献率为51.9%，最大小时贡献率为90.5%。

（四）集中燃放烟花爆竹贡献量估算

目前对于烟花爆竹燃放对大气污染物的贡献常采用PM2.5/CO比值法进行估算。集中燃放期间NO2和CO浓度变化较小，而CO变化更为稳定，因此该研究选取CO为基准参照污染物，评估分析对PM10、PM2.5、SO2的贡献值。该方法假设非集中燃放期间无烟花爆竹现象和显著的气团传输现象发生。2021年集中燃放期烟花爆竹对PM2.5、PM10、SO2的贡献量分别为165.1,126.2,17.2μg/m3，贡献率分别为54.9%，36.4%，45.7%，较2020年集中燃放期分别上升了28.3%，11.9%，32.5%，较 2019年 分 别 上 升 了 5.9%，-7.8%，31.6%。2019年、2021年集中燃放烟花爆竹对PM2.5的贡献在50%左右，这和Kong等人的研究结论较为一致。2020年由于人为活动大幅减少和兴平市烟花爆竹管控力度较大，烟花爆竹对颗粒物的贡献率处于25%左右。综上，对于烟花爆竹的禁燃管控可有效较低春节期间大气污染物的浓度。

三、结论

（1）春节期间污染峰值主要集中在腊月二十九至正月初二，污染过程主要以细颗粒物为主，燃放烟花爆竹会短时间内促使各污染物浓度大幅升高。

（2）静稳、高湿状态不利的气象条件，导致污染物易于累积；2021年扩散条件相对较差，静稳天气显著，除夕、正月初一湿度相对较小，因此主要来源于烟花爆竹的一次源排放，而2020年PM2.5高值与高湿静稳的气象因素相关性更大。

（3）集中燃放阶段严重拉高春节期间内指标均值，集中燃放对PM2.5的贡献最大，三年分别拉高春节期间整体均值 153.62%、59.34%、160.68%，其 次 为PM10、SO2。

（4）2021年集中燃放期烟花爆竹燃放对PM2.5、PM10、SO2的贡献处于40%-50%左右，贡献量处于三年中最大，分别为165.1、126.2、17.2μg/m3，因此对烟花爆竹的禁燃管控可有效降低春节期间大气污染物的浓度。