环境空气质量及污染物变化趋势分析——以许昌市为例

刘梦杰

(河南省许昌生态环境监测中心，河南 许昌 461000)

环境空气污染是当前我国面临的较为严重的环境问题之一.空气污染直接影响到生态环境、经济发展和人类健康，已成为各界关注的焦点.目前多是对城市大气污染现状、成因、对策及治理方法进行研究[1-4].但是关于许昌市的空气污染问题研究较少.因此对2016～2020年许昌市的大气污染特征及其污染物的变化趋势进行研究，能够为许昌市逐步消除重污染天气、改善空气质量提供指导建议，同时也为环境管理部门控制大气污染提供科学依据.

1 数据与方法

1.1 数据来源

以2016～2020年许昌市国控环境空气自动监测的国家空气质量联网监测管理平台数据为基础，选取可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)6项指标的日均值作为基础数据.

1.2 综合质量指数和污染负荷系数

环境空气质量综合评价采用综合质量指数法[5].空气综合质量指数是表示空气受污染程度的综合指标，是各项空气污染物的单项因子指数的和，用来研究空气各项污染物的年际变化特征.综合质量指数的计算公式为

(1)

(2)

式中，I为综合质量指数；Ii为i种污染物的污染分指数；Ci为i种污染物的年均浓度值，单位为μg/m3；Si为i种污染物的年均值评价标准，单位为μg/m3；n为评价污染物的个数.

污染负荷系数则是反映空气污染物对环境空气整体污染水平污染贡献率的大小状况，确定研究区域内环境空气中的首要和次要污染物.污染负荷系数的计算公式为

(3)

式中，fi为i种污染物的污染负荷系数，I为综合质量指数，Ii为i种污染物的污染分指数.

1.3 秩相关系数分析法

环境空气质量年际间的变化趋势分析采用Spearman秩相关系数法[5]，对环境污染变化趋势及统计学上的显著性特征进行定量分析，计算公式为

(4)

式中，rs为Spearman秩相关系数，Xi为周期I到N按浓度值从小至大排列的序号，Yi为按时间排列的序号，N为时间周期.将秩相关系数rs的绝对值与Spearman相关系数表中的临界值Wp进行比较.如果rs>Wp，表明变化趋势有显著意义；如果rs是负值，则表明为下降趋势.

2 空气质量状况分析

2.1 空气质量年变化趋势

2016～2020年许昌市各类污染物年均浓度的监测结果见表1.可以看出，SO2和CO浓度五年均未超国家环境空气质量二级标准[6]，PM10和PM2.5五年均超标准.NO2浓度2018～2020年未超标准，O3浓度2016年和2020年未超标准.2016～2020年间综合质量指数I呈逐年下降趋势.采用Spearman秩相关系数来衡量各项污染物浓度年际变化趋势在统计上有无显著性.结果表明：在2016～2020年间，PM10、PM2.5年平均浓度呈现下降趋势，年均浓度与时间的秩相关系数等于-0.9，下降趋势显著；SO2、NO2、CO年均浓度呈现下降趋势，年均浓度与时间的秩相关系数等于-1.0，下降趋势显著；O3年均浓度与时间的秩相关系数小于0.9，下降趋势不明显.2016～2020年的评价指标说明许昌市的空气质量不断得到改善.

表1 2016—2020年许昌市环境空气质量监测结果

2.2 污染物贡献比例

从图1中可以看出，排在前三名的为PM2.5、PM10、O3，且PM10和PM2.5两项污染因子每年的污染负荷系数之和均超过50%，是主要污染因子；PM2.5和O3的污染负荷系数逐年升高，PM10污染负荷系数基本不变，主要因为许昌市环境空气质量受二次污染影响加大，以PM2.5与O3污染为核心的大气复合型污染日益突出.

图1 许昌市2016～2020年主要污染物污染负荷系数变化趋势

从表2中可以看出，2016～2020年间，许昌市以PM10为首要污染物的天数从90天降到48天，以O3为首要污染物的天数从103天增至150天，以NO2为首要污染物的天数也有所降低.从年份上看，2016年PM10和NO2为首要污染物的天数最多，分别为90天和17天；2020年则是PM2.5最多，为136天；2019年O3最多，为150天.表明近几年PM10得到了有效控制，PM2.5和O3对许昌市大气的污染具有加重趋势.

表2 2016～2020年许昌市首要污染物频次统计表 单位：天

2.3 空气质量达标情况

从图2可以看出，2016～2020年环境空气质量达标率为51.5%～69.9%，其中最低值出现在2019年，最高值出现在2020年.2016～2020年间达标率平均值为58.4%.2020年环境空气质量达标率明显升高，为69.9%.说明《许昌市污染防治攻坚战三年行动计划(2018～2020年)》取得了显著成效.

图2 许昌市2016～2020年空气质量达标情况

2.4 污染物浓度时间变化特征

许昌市2016～2020年空气质量的月变化趋势基本相同，以2020年大气污染监测数据为例分析污染物的时间变化特征.图3为许昌市2020年空气质量等级分布图.空气质量等级存在明显的时间变化特征，中度污染及以上的污染天气主要分布在1～2月和11～12月.从总体上看，许昌市空气环境质量等级呈现出冬季>秋季>春季>夏季.主要因为冬季采暖，污染物排放量增加；加之冬季多逆温天气，不利于污染物扩散，污染物在近地面空间停留时间较长，导致污染加重[7]；四季降水不均，冬季降水明显少于夏季，也是冬季污染偏重的主要因素[8].

图3 2020年许昌市环境空气质量分布图

图4为污染因子的月均浓度变化趋势.监测因子中，PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO浓度的变化趋势基本一致，月均浓度值均呈U型变化，1～2月、11～12月浓度较高，5～8月浓度较低.O3浓度的变化趋势为倒U型，5～9月浓度较高，1～2月、11～12月浓度较低.

图4 2020年主要污染物月际变化图

3 结语

2016～2020年评价时段内的空气污染物变化呈现整体下降趋势，空气质量不断改善；PM10和PM2.5两项污染因子的污染负荷系数之和均超过50%，是许昌市环境空气质量的主要污染因子.2016～2020年环境空气质量达标率为51.5%～69.9%，2020年环境空气质量达标率有明显提高，为69.9%.许昌市环境空气质量等级有明显的时间变化特征，中度污染及以上的污染天气主要分布在1～2月和11～12月.

为有效应对许昌市当前的环境空气质量问题，应积极做好以下几个方面：

(1)以习近平生态文明思想为指导，坚持科学治污、依法治污、精准治污和联合治污.

(2)抓好“六控”，控煤、控排、控车、控油、控尘、控烧.

(3)打好10个标志性战役，煤炭消费减量、产业布局优化、运输结构调整、柴油货车治理、城乡扬尘整治、工业绿色升级、清洁取暖建设、生态扩容提速、监测能力提升、重污染天气管控.

(4)摸清全市各类大气污染源排放底数，建立精细化管理指挥调度机制，形成横向到边、纵向到底的精细化治理网络.

(5)在臭氧的污染防治方面加大管控力度，开展PM2.5和臭氧协同控制.

(6)努力做好预报预警、研判调度、巡查走访等工作，为许昌市大气环境治理“把脉问诊”，持续改善许昌市环境空气质量.