运用大数据解析大连市某国控大气子站PM2.5来源

丁超 孙文豪 王思依 邹顺瑛

摘要：智慧监测的实现手段包括建设高效感知的综合监测网络，开展集成融合的数据深度挖掘等。在建设高效感知的综合监测网络上，突出立体性，加强机动性，从以固定点位为主向固定点位、移动走航、动态布点等综合应用发展转型。在数据分析上，开展集成融合的数据深度挖掘，运用大数据等技術，加强融合分析，充分反映环境状况与污染源排放、经济活动变化的关系，开展污染溯源追因。文章基于上述智慧监测的理念，利用大数据对大连市某国控大气子站PM2.5历史数据进行了解析，结果表明，非供暖季该子站周边PM2.5主要来源于交通产生的汽车尾气和扬尘，供暖季主要来源于锅炉燃烧产生的烟尘、交通产生的汽车尾气和扬尘，并结合上述分析，对大连市该区域PM2.5的管控给出建议。

Key Words： PM2.5; Intelligent monitoring; Big data; Source analysis

近年来，城市空气污染作为环境污染问题之一备受关注[1-2]。要想有效控制大气污染，首先要科学评价空气环境质量，这对于客观了解城市空气污染现状，预测其发展趋势，以及有效控制空气污染与实施可持续发展战略具有重要意义[3-4]。近年来，科学、独立、权威、高效的生态环境监测体系建设全面加强，为打好污染防治攻坚战提供了强劲支撑[5]，但现阶段生态环境监测数据集成共享和深度挖掘还存在一定问题，监测业务应用主要停留在数据的查询检索和统计功能上，在支撑环境形势感知研判、生态环境质量预测预警和决策评估方面发挥作用有限，其智能化、智慧化水平不高，无法满足日益增长的环境管理决策对数据支撑的需要[6]。为此，国家提出生态环境智慧监测的理念[7]。生态环境智慧监测是指应用云计算、物联网、大数据、移动互联网、人工智能和网络通信等新一代信息技术，高效智能感知生态环境，通过提升数据挖掘和应用水平，满足政府、企业、公众等对生态环境监测的需要，实现生态环境管理和监测业务的深度融合，更加精准、智能地支撑生态环境管理和决策。

本文以2019—2021年为研究时段，运用大数据等技术，对大连市某国控大气子站PM2.5历史数据进行了解析。

1 数据与讨论

研究选取该国控子站2019—2021年数据进行解析。从图1可以看出，2019年为正常年份，除2月因春节假期影响外，1月、3月PM2.5排放情况基本一致。2020年受新冠肺炎疫情影响，2月、3月PM2.5排放急剧下降。2021年1月受疫情影响，PM2.5排放较低，2月恢复至正常水平，这一变化也表明机动车尾气对该国控大气子站影响较大[8-9]。

为了便于讨论，以该子站为圆心，将360?划分为16个方向，每个方向22.5?，依次为北、北东北、东北、东东北、东、东东南、东南、南东南、南、南西南、西南、西西南、西、西西北、西北、北西北16个方向，计算不同方向PM2.5贡献值，从而发现PM2.5空间分布规律，为污染源的定位查找提供依据。

考虑到2020年及2021年均受疫情影响，从图2可以看出，2020年、2021年PM2.5主要来向与2019年一致，该区域污染源未出现明显变化。因此以下主要分析2019年相关数据。

2019年，该子站PM2.5在早6至10点、晚19至21点均相对较高，与锅炉排放及交通拥堵时段基本一致，具体结果见图3。

与非供暖期相比，供暖期该子站东西两侧PM2.5排放量明显增加，南侧排放量同一年内无明显变化，不同风向排放总量见图4。考虑受季节变化影响最突出的污染源为燃煤锅炉，结合该子站周边状况，初步判断供暖期对该子站影响较大的污染源为位于该子站东北侧、东侧和西南侧的3个锅炉房。

为了便于讨论，将PM2.5浓度小于等于15μg/m3设定为等级一，大于15μg/m3、小于等于30 μg/m3设定为等级二，大于30μg/m3设定为等级三，通过图5可以看出，该子站PM2.5小时均值浓度超过30μg/m3的时长占比只有20.29%，但是贡献高达54.64%，在开展管控过程中，应重点关注浓度超过30μg/m3的风向来源和时段。

从图6可知，在供暖期，2019年3个浓度区间所占时长基本一致，均为1200h左右，2019年非供暖期内，浓度在15μg/m3以下的时长与浓度在16～30μg/m3的时长基本一致，浓度超过30μg/m3的时长明显减少。

从图6中还可以看出，严重污染时长供暖期比非供暖期高2倍多，轻度污染时长非供暖期几乎是供暖期2倍，供暖期的PM2.5上升，主要是燃煤锅炉带来的，建议在这一环节进行能源替换，例如采用无烟煤、天然气等清洁能源，或者加强除尘治理措施。

2结语

文章利用大数据对大连市某国控大气子站PM2.5历史数据进行了解析，研究结果为大连市大气环境质量的进一步改善提供了科学依据，结合分析结果，提出如下该区PM2.5管控建议。

（1）静稳态气象条件下，要加强道路车辆通行管控，避免拥堵造成尾气集中排放，出现污染叠加影响。

（2）洒水时段：早、晚堵车高峰期，建议扩大洒水的道路数量，围绕国控子站3km内洒水保湿，尤其是上风向路段要进行同步洒水。

（3）供暖季须加强锅炉管控，建议进行能源替代或者加强除尘治理措施等，保证产生的废气达标排放。

参考文献