泸州市城区2021年PM2.5和O3时空分布特征.pdf

随着 大气污染防治行动计划 和 打赢蓝天保卫战三年行动计划 等计划的实施，我国环境空气质量逐年好转，空气中PM2.5和O3浓度明显下降。2021年，全国339个地级及以上城市的PM2.5和O3浓度分别为30 g/m3和137 g/m3，较2020年分别下降了9.1%和0.7%1；各城市环境空气出现污染天气时的首要污染物主要为PM2.5和O3，以PM2.5和O3为首要污染物的污染天数占总污染天数的比例分别为39.7%和34.7%，较2021年分别下降了11.3%和2.4%1。然而，各个城市的PM2.5和O3污染仍比较严重，特别是O3污染现象频发，O3浓度降幅变缓，重点城市和地区的O3污染现象有上升趋势2。大气污染已逐渐转变为以PM2.5和O3为特征的复合性污染，O3与PM2.5之间的关系已引起广泛关注3。近地面O3污染不仅与氮氧化物（NO）和挥发性有机物（VOCs）有关，与相对湿度、温度和风速等均具有显著的相关性。通过对北京地区O3与PM2.5污染相关性研究发现，O3浓度低于100 g/m3时呈负相关，高于100 g/m3时呈正相关4。研究京津冀地区发现：在春夏秋三季，PM2.5与O3在强太阳辐射下呈正相关，在冬季时呈负相关5。研究长江三角洲结果发现：全年PM2.5与 O3在不同太阳辐射下相关性均较弱，而在工业区夏季成正相关；珠江三角洲夏季呈显著相关6。张宇静等研究发现徐州地区PM2.5和O3的相关性呈现相反的季节变化7。罗悦函等研究保定地区PM2.5和O3在49月为正相关，113月为负相关8，杨溟鋆等对重庆地区研究发现：PM2.5与O3相关性在城区与山区表现不一致9。说明PM2.5与O3复合污染具有区域性特点。“十三五”期间，PM2.5是泸州市城区主要污染物，五年污染负荷平均占比 29.7%，其次为O3（21.1%）和收稿日期：2023-05-30基金项目：四川省教育厅科研项目（17ZB0484）；西南医科大学校级科研项目（2021ZKQN004）作者简介：孙谦（1988-），女，四川达州人，工程师，硕士，研究方向为环境保护。E-mail：通讯作者：何仁江（1982-），男，四川新都人，讲师，硕士，研究方向为大气卫生。E-mail：泸州市城区2021年PM2.5和O3时空分布特征孙谦1,2，胡晓静3，薛京洲1，何仁江2，4*（1.四川省泸州生态环境监测中心站，四川泸州646000；2.环境健康效应及风险评估泸州市重点实验室，四川泸州646000；3.西南医科大学临床医学院，四川泸州646000；4.西南医科大学公共卫生学院，四川泸州646000）摘要：分析泸州市城区PM2.5和O3时空分布特征。利用2021年泸州市个空气监测站点PM2.5和O3质量浓度数据，分析污染物浓度水平及其时空分布特征。结果显示：2021年泸洲城区PM2.5与O3浓度分别为40.6 g/m3、137 g/m3，超标天数分别为39天、18天，超标率分别为10.7%、4.9%。PM2.5浓度冬季最高，夏季最低；O3浓度夏季最高，冬季最低。在PM2.5与O3污染季节，PM2.5与O3两者不存在相关性。市环监站监测点PM2.5与O3浓度最低，分别为38.7 g/m3、131 g/m3。各站点之间PM2.5与O3浓度差异值较小（分别在0.010.04，0.0030.03）。泸州市城区PM2.5和O3处在轻度污染状态。关键词：PM2.5；O3；时间分布；空间分布；泸州市中图分类号：X513文献标志码：A文章编号：1008-2301（2023）01-0016-05孙谦，胡晓静，薛京洲，何仁江.泸州市城区2021年PM2.5和O3时空分布特征 J.新疆环境保护，2023，45（01）：16-20.第 45 卷 第2期2023 年6 月新疆环境保护Environmental Protection of XinjiangVol.45No.2Jun 2023第2期PM10（20.7%）。且O3污染负荷占比逐年升高，从 2018年起，O3污染负荷占比超过PM10，成为仅次于PM2.5的主要污染物。泸州市正在由一个以PM2.5为首要大气污染物的城市转变为以PM2.5与O3复合污染的典型城市。本研究通过对泸州市城区PM2.5与O3特征进行分析，以了解泸州市城区大气污染特征，为大气污染防治及人群健康影响评价提供依据。1材料与方法1.1研究区域概况泸州市位于四川省东南部，地处四川盆地南缘与云贵高原的过渡地带，地势北低南高，属亚热带湿润气候区，四季分明。年平均气温18.319.9，年均风速1.02.5 m/s，静风频率为6.1，主导风向为东-东南风。截止2021年底，泸州市中心城区建成区面积为101 km2，人口为164万人，机动车保有量约40余万辆10。市区共有个国家空气质量监测背景点（对照点）和个国控空气质量监测站点，分别为九狮山和市环监站，兰田宪桥，小市上码头，见图。图1研究区域监测站点分布示意图Fig.1Distribution diagram of monitoring stationsin the study area1.2监测数据来源与监测方法1.2.1监测数据来源PM2.5和O3数据来源于四川省泸州生态环境监测中心站。1.2.2监测仪器与监测方法PM2.5自动监测仪器为河北先河公司生产的XHPM2000E型颗粒物监测仪，监测方法为射线法；O3自动监测仪器为澳大利亚EC公司生产的EC9810型臭氧分析仪，监测方法为紫外吸收法。1.3数据处理运用统计学软件 SPSS22.0 对泸州市环境空气PM2.5和O3数据进行统计分析。利用Pearson相关系数法对环境空气中PM2.5和O3进行相关性分析。使用绘图软件Origin 9.0和ArcGIS10.2进行绘图。2结果与讨论2.1环境空气质量现状2021年，泸州市城区PM2.5日浓度范围为9152g/m3，见图2。PM2.5日浓度超过国家环境空气污染物年浓度限值二级标准（75 g/m3）的天数为39 d，占总污染天数的68.4%，较2020年上升了5.7%。PM2.5年均浓度为40.6 g/m3，是WHO规定的年平均安全值（10 g/m3）的4倍，超过国家环境空气污染物年浓度限值二级标准（35 g/m3）0.16倍11，PM2.5年均浓度较2020年上升了5.1。2021 年，泸州市城区 O3-8 h 日浓度范围为 4222 g/m3，O3-8 h日浓度超过国家环境空气污染物年浓度限值二级标准（160 g/m3）的天数为18 d11，占总污染天数的31.6%，较2020年下降了5.7%。2021年，泸州市城区 O3第 90 分位浓度为 137 g/m3，较2020年下降了6.2%。25%75%最小值最大值中位线平均值O304080120160200240浓度（g/m3）浓度（g/m3）PM2.504080120160图22021年泸州市PM2.5和O3年浓度Fig.2Annual concentrations of PM2.5and O3in Luzhou City in 2021孙谦，等：泸州市城区2021年PM2.5和O3时空分布特征17新疆环境保护第 45卷2.2PM2.5和O3浓度的季节变化特征2021年泸州市城区PM2.5和O3季节浓度见图3，全年PM2.5与O3浓度范围分别为10154、4229 g/m3，均值分别为 41、137 g/m3。其中，PM2.5冬季浓度最高（71 g/m3）；夏季浓度最低（20 g/m3），O3日均浓度夏季最高（160 g/m3），冬季最低（85 g/m3）。冬季PM2.5与夏季O3浓度超标率分别为38.9%、10.9%。与全年PM2.5与O3浓度超标率（分别为9.6%、4.7%）相比，季节因素较明显，具有统计学意义（p0.05）。39月O3日均浓度较高，12、1112月PM2.5日均浓度较高，且日均浓度波动范围较大。在39月，PM2.5日均浓度与O3日均浓度相关系数为-0.05，在12、1112月，PM2.5日均浓度与O3日均浓度相关系数为-0.04，说明泸州市城区PM2.5日均浓度与O3日均浓度不存在相关性。这与罗悦函研究保定地区在PM2.5和O3在49月为正相关、11月至次年3 月为负相关以及杨溟鋆等对重庆地区结果（PM2.5、O3相关性在城区与山区表现不一致）均有差异9，表明大气PM2.5与O3的复合污染具有典型的区域性。这可能与泸州市特有的气候与地形有关。泸州市城区受北方大陆干冷季风与南方海洋暖湿季风交替活动的影响。夏季和秋季平均气温高，降水量较大，日照时间高于其他季节，且受西太平洋副热带高压和青藏高原高压控制，以东风为主导风向，有利于污染物的扩散，但由于受高温、光照、强辐射等气象条件影响，O3容易发生二次累积和生成，使O3污染变得相对突出；而冬季和春季气温低、降水和日照偏少，O3不易形成，因受西北风为主导风向的影响，城区周边污染源易发生聚集，造成长时间、大面积的颗粒物污染天气。图32021年泸州市PM2.5和O3季节浓度Fig.3Seasonal concentrations of PM2.5and O3in Luzhou City in 20212.3PM2.5和O3浓度的日变化特征图4显示2021年泸州市O3和PM2.5日变化情况，四季O3日变化规律基本相同，呈“一谷一峰型”特征，原因可能是夜间温度低、光照与太阳辐射较弱，生成臭氧的光化学反应弱，而NO不断消耗O3，加之城区交通拥堵，早晚高峰机动车排放尾气NOx较多，消耗较多的O3，所以夜晚O3浓度较低，早上7 008 00处于全天最低。9 00开始，光照逐渐增强、太阳辐射增大与温度升高，光化学反应变强，O3浓度开始累积升高，下午14 0015 00左右O3浓度达到峰值，随着光照和太阳辐射减弱、温度降低而减少。68月O3浓度高于其他月，夏季光照、太阳辐射和温度较强，生成O3的大气光化学反应较强烈。全年四季PM2.5日变化规律基本相同。PM2.5质量浓度在23 0024 00达到峰值，呈现出晚上21 00至次日2 00高，下午13 0017 00低的特点。浓度明显攀升的拐点出现在傍晚17 0019 00，中午11 0013 00与傍晚18 0020 00是上下班高峰期，交通扬尘和尾气对细颗粒物浓度有明显贡献，波谷出现在下午14 0017 00。25%75%最小最大中位线均值浓度（g/m3）春季夏季秋季冬季24020016012080400O3浓度（g/m3）16012080400PM2.5春季夏季秋季冬季18第2期2.5PM2.5和O3浓度区域差异特征图5为个研究区域的PM2.5和O3质量浓度差异程度情况，市环监站平均空气质量最好，PM2.5和O3质量浓度分别为38.7 g/m3，137 g/m3，这与市环监站海拔较高、大量树木覆盖、人口流动较少、没有任何厂矿企业有关。各站点PM2.5质量浓度差异最高为0.04（小市上码头与市环监站），最低为0.01（对照点与市环监站），O3质量浓度差异最高为0.03，（小市上码头与与市环监站），最低为0.003（对照点与兰田宪桥），这可能与泸州市城区城市规划密切相关，小市上码头监测点位于市区主要交通干道，人流车流汇聚于此，汽车尾气产生污染较重。同比各站点中PM2.5浓度差异12发生很大变化，这与泸州市近年逐步开始从未端治理向源头控制、从重点领域企业控制向综合控制的战略转变，通过资源能源消费总量控制、调整产业结构、空间布局优化等手段从源头控制污染物排放有关。春季夏季秋季冬季O3浓度（g/m3）120100806040200浓度（g/m3）907560453015PM2.50 001 002 003 004 005 006 007 008 009 0010 0011 0012 0013 0014 0015 0016 0017 0018 0019 0020 0021 0022 0023 000 001 002 003 004 005 006 007 008 009 0010 0011 0012 0013 0014 0015 0016 0017 0018 0019 0020 0021 0022 0023 00图42021年泸州市O3和PM2.5日变化Fig.4Daily changes of O3and PM2.5in Luzhou City in 2021图52021年泸州市城区4个站点O3和PM2.5空间分布Fig.5Space distribution of O3and PM2.5of the four sites in Luzhou City in 20213结论2021 年泸洲城区 PM2.5与 O3浓度分别为 40.6、137 g/m3，超标天数分别为39 d、18 d，超标率分别为10.7%，4.9%。PM2.5浓度冬季最高，夏季最低；O3浓度夏季最高，冬季最低。PM2.5与O3全年日变化规律呈现一致，PM2.5下午13 0017 00最低，23 0024 00最高；O3上午7 008 00最低，15 00最高。在PM2.5与O3污染季节，PM2.5与O3都不具有相关性，各监测站点PM2.5与O3质量浓度差异较小，这可能与当地地形、气候有关。4讨论与建议本研究只收集了2021年的污染物监测数据，大泸县龙马潭区九狮山小市上码头市环监站兰田宪桥江阳区合江县纳溪区合江县O3浓度（g/m3）131137138142PM2.5浓度（g/m3）38.740.041.643.6泸县龙马潭区九狮山小市上码头市环监站兰田宪桥江阳区合江县纳溪区合江县孙谦，等：泸州市城区2021年PM2.5和O3时空分布特征19新疆环境保护第 45卷气污染来源多样、成因复杂，这与地形、气候、气象参数、机动车保有量、土地与能源等供给需求有关。为深入研究泸州市PM2.5和O3之间的相关性，进一步阐述大气污染形成机制，为更好地应对泸州市大气污染从单一型向以光化学污染和细颗粒物为特征的大气复合型污染混合型转变。在未来研究中，参考近五年PM2.5与O3污染物之间的相关性，并充分利用细颗粒物检测仪成分分析数据，探究O3与各种污染物之间的相关性，为污染防控提供数据支撑。参考文献1 祁宏，张小玲，康平，等.COVID-19 疫情期间成都市地面臭氧污染特征及气象成因分析J.环境科学学报，2021，41（10）:4200-4211.2 生态环境部.2021年中国生态环境状况公报R.北京：生态环境部，20223 中国环境科学学会臭氧污染控制专业委员会.中国大气臭氧污染防治蓝皮书 M，北京：科学出版社，2020.4 孙金金，黄 琳，龚康佳，等.20142019 年北京和南京地区PM2.5和臭氧质量浓度相关性研究 J.南京信息工程大学学报（自然科学版）.2020，12（6）656-664.5 刘长焕，邓雪娇，朱彬，等.近10年中国三大经济区太阳总辐射特征及其与O3、PM2.5的关系J.中国环境科学，2018，38（8）:2820-2829.6 周胜，黄报远，陈慧英，等.珠三角城市群 PM2.5和 O3污染特征及VOCs组分敏感性分析J.环境工程，2020，38（1）:42-47.7 张宇静，赵天良，殷翀之，等.徐州市大气PM2.5与O3作用关系的季节变化J.中国环境科学，2019，39（6）:2267-22728 罗悦函，赵天良，孟凯，等.华北平原和山区城市PM2.5和 O3变化关系比较分析J.中国环境科学，2021，41（9）:3981-3989.9 杨溟鋆，王咏薇，张丹，等.重庆臭氧时空分布特征及其污染成因的初步分析J.环境科学学报，2021.41（2）:5026-5037.10 2021年泸州统计年鉴M.四川：泸州市统计局，2022.11 GB3095-2012，环境空气质量标准 S.12 何仁江，韩知峡，柏珺，等.泸州城区大气细颗粒物时空分布特征及变化规律J.西南大学学报（自然科学版），2020，42（1）:88-94.Characteristics of Temporal and Spatial Distribution of PM2.5and O3in Luzhou in 2021SUN Qian1，2，HU Xiaojing3，XUE Jingzhou1，HE Renjiang2，3*（1.Luzhou Ecological and Environmental Monitoring Central Station of Sichuan Province，Luzhou Sichuan646000，China；2.Environmental health effects and risk assessment Key Laboratory of Luzhou，School ofPublic Health，Southwest Medical University，Luzhou Sichuan 646000，China；3.School of clinicalmedicine of Southwest Medical University，Luzhou Sichuan 646000，China；4.School of Public Health ofSouthwest Medical University，Luzhou，Sichuan 646000，China）Abstract：To investigate the characteristics of spatial distribution and variations of PM2.5and O3in Luzhou.Basedon the mass concentration data of PM2.5and O3of meteorological data of four environment al monitoring stations in2021，the temporal variation characteristics and distribution rules of PM2.5and O3in Luzhou were studied to analyzethe characteristics of spatial distribution and variations.The results showed that the mean concentrations of PM2.5and O3in Luzhou urban area in 2021 were 40.6 and 137 g/m3，respectively.The number of days exceededthe standard was 39 and 18 days，respectively.The over-standard rates are 10.7%and 4.9%，respectively.PM2.5concentration was the highest in winter and the lowest in summer.The concentration of O3was highest in summerand lowest in winter.During the PM2.5and O3pollution seasons，there was no correlation between them.TheconcentrationsofPM2.5andO3wasthelowestinSite2（environmentalmonitoringstation），38.7g/m3and131g/m3，respectively.The difference values of PM2.5and O3concentrations during different stations are 0.010.04 and0.0030.03，respectively.and the concentration difference of each station was small.PM2.5and O3are slightlypolluted in Luzhou City.Keywords：PM2.5，O3，temporal variation，spatial distribution，Luzhou City20