第36卷 第1期 2021年3月 西 南 科 技 大 学 学 报
JournalofSouthwestUniversityofScienceandTechnology Vol.36No.1
Mar.2021
收稿日期:2020-09-07;修回日期:2020-11-18 基金项目:教育部产学合作协同育人项目(201801275004)
第一作者简介:杜娟(1989—),女,讲师,研究方向为计算机模拟与大气污染仿真,E mail:dujuan@ccswust.edu.cn
绵阳市环境空气质量的影响
杜 娟1 宋鹏程2 霍婷婷3
(1.西南科技大学城市学院 四川绵阳 621010;2.四川省绵阳生态环境监测中心站 四川绵阳 621010;
3.西南科技大学环境与资源学院 四川绵阳 621010)
摘要:利用2016-2020年绵阳市环境空气(SO2,NO2,CO,O3,PM2.5和PM10)监测数据,分析了春节期间烟花爆竹燃放对绵阳市城区环境空气质量的影响。结果表明:烟花爆竹燃放对环境空气质量产生严重影响,除夕烟花爆竹燃放后,SO2和颗粒物(PM2.5和PM10)均会升高,PM2.5
增长尤为明显,正月初一达到峰值浓度后污染物开始下降,污染过程逐渐消除。2016-2020年烟花爆竹集中燃放对PM2.5
贡献量为12~122μg/m3、贡献率为16.2%~58.7%,2016年和2019年烟花爆竹燃放对PM2.5贡献较为明显。2020年绵阳市扩大烟花爆竹禁燃区域,强化烟花爆竹管控和巡查,同时受新型冠状病毒肺炎疫情影响,烟花爆竹燃放对城区环境空气质量影响较小。建议今后继续扩大禁止燃放区域,加强烟花爆竹管控,同时要求周围区县和郊区在春节期间进行联防联控,以减轻周边区域对城区的污染输送。关键词:烟花爆竹 环境空气质量 春节 绵阳市
中图分类号:X87;X831 文献标志码:A 文章编号:1671-8755(2021)01-0070-08
EffectofFireworksonAmbientAirQualityduringtheSpringFestival
from2016to2020inMianyangCity
DUJuan1,SONGPengcheng2,HUOTingting
3(1.CityCollege,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China;
2.SichuanMianyangEcologicalEnvironmentMonitoringCentralStation,Mianyang621010,Sichuan,China;3.SchoolofEnvironmentandResources,SouthwestUniversityofScienceand
Technology,Mianyang621010,Sichuan,China)
Abstract:Basedonthemonitoringdataofambientair(SO2,NO2,CO,O3,PM2.5andPM10)from2016to2020,thispaperanalyzedtheeffectsoffireworksonurba
nambientairqualityduringtheSpringFestivalinMianyangCity.Theresultsshowthatfireworksburninghasaseriouseffectonambientairquality.AfterfireworksburningonNewYear’sEve,bothSO2andparticulatematter(PM2.5andPM10)increased,withPM2.5increasingespecially.ConcentrationsofvariouspollutantsdecreasedafterreachingthepeakonthefirstdayofSpringFestival
,andthepollutionwasgraduallyeliminated.From2016to2020,thecontributionofhourlyPM2.5concentrationfromburningfireworkswasbetween12μg/m3
and122μg/m3,withcontributionratefrom16.2%to58.7%.Atthesametime,fireworkscontributedsig
nificantlytoPM2.5in2016and2019.In2020,Mianyangmunicipalgovernmentexpandedprohibitedare as
offireworksandstrengthenedmanagement.Meanwhile,duetotheCOVID-19epidemic,fireworkswerebarelyburned,whichhaslesseffectsonurbanairquality.Inthefuture,itissuggestedtocontinueexpandingtheforbiddenburningareas,strengtheningmanagementoffireworks.Meanwhile,theeffortsof
thesurroundingcountiesandsuburbsonjointpreventionandcontrolshouldbestrengthenedduringtheSpringFestivalsoastoreducethetransportationofpollutionfromsurroundingareastourbanareas.Keywords:Fireworks;Ambientairquality;Springfestival;MianyangCity 春节属于我国的传统节日,按照风俗习惯节日期间民众会燃放烟花爆竹。烟花爆竹中含有硫磺、
木炭粉、硝酸钾(或氯酸钾)等物质[1],短时间集中
燃放会产生大量二氧化硫、一氧化碳和颗粒物,造成环境空气质量迅速恶化。另外,烟花制作过程中加入了无机盐及镁粉等,燃放产生的颗粒物中含有大
量金属[
2]、黑碳[3]和水溶性离子[4]
等,能通过呼吸道进入人体肺部,危害身体健康。
近年来,许多学者进行了烟花爆竹燃放对环境空
气质量影响的研究。杨志文等[1]
研究发现天津市
2015年春节期间烟花爆竹集中燃放对PM1,PM2.5,PM10 和SO2的影响最为显著,燃放高峰期PM2.5
浓度达到428μg/m3,PM10 的浓度达到714μg/m3。罗银萍等[5]发现烟花爆竹燃放对PM2.5
浓度影响最为显著,对NO2浓度影响较小,
禁燃对燃放高峰期PM2.5
浓度有明显削峰作用。杨峰等[6]研究发现,虽然春节期间气象因素对南京市污染物扩散具有较大影响,但禁燃烟花爆竹对PM2.5
浓度的降低起决定性作用。另外,当气象扩散条件较好时[7],烟花爆
竹对环境空气质量影响较小;气象条件不利但政府管控措施到位时,烟花燃放的影响也能得到较好控制。显然,烟花爆竹禁燃和政府管控是减少污染的必要措施。
绵阳市地处四川盆地西北部,常年日照多、降雨充沛,相对湿度偏高,秋冬季大气层稳定,静稳天气频发,春节期间烟花爆竹集中燃放极易形成污染过程。本文基于2016-2020年春节期间环境空气质量监测小时浓度、日均浓度及空气质量指数(AQI),分析绵阳市空气质量变化特征及烟花爆竹燃放对环境空气质量的影响,为后期精准化管控和生态文明建设提供依据。
1 数据来源及评价
绵阳市现有4个国控考核评价站点,分别为三水厂站(
104.7287°E,31.5075°N)、市人大站(104.7563°E,31.4535°N)、高新区自来水公司站(104.6697°E,31.4668°N)和富乐山站(104.7778°E,31.4741°N)。2016-2020年绵阳市环境空气监测
数据来源于中国环境监测总站(
http://www.cnemc.cn/sssj/)空气质量发布APP数据(版本为Version4.2.2),其中,SO2,NO2,CO和O3为大气温度298.15K、大气压力101.325kPa下的质量浓度,颗粒物为监测时大气温度和压力下的质量浓度。气象数据来源于后知气象(
http://hz.zc12369.com/home/meteorologicalData/dataDetails/)历史数据。春节一般为除夕至正月初三,为了更准确地说明烟花爆竹燃放对环境空气质量的影响过程,本文将研究时段扩大为除夕前一天至正月初四,包括2016年2月6日01时至12日00时,2017年1月26日01时至2月1日00时,2018年2月14日01时至20日00时,2019年2月3日01时至9日00时,2020年1月23日01时至29日00时。
空气质量指数(AQI)分为0~50,优;51~100,良;101~150,轻度污染;151~200,中度污染;201~300,重度污染;>300,严重污染,共计6个等级,AQI计算详见《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ633—2012)。
2 结果与讨论
2.1 本地及周边城市环境空气质量变化特征
图1为2016-2020年绵阳市春节前后AQI和PM2.5日均浓度变化图。由于春节期间大部分工业、企业和建筑工地均停工,污染源排放较正常工况下降明显,而春节前后绵阳市环境空气质量指数(AQI)和PM2.5 表现为先增加后下降的趋势,正月初一环境空气质量最差。2016年、2018年和2019年正月初一均为重度污染,AQI分别为228,226和
212,自贡市[8]
2016年、2017年正月初一也为严重污
染,2018年、2019年均为重度污染。主要原因是除夕夜民众会进行烟花爆竹集中燃放,而燃放过程会产生大量的污染物,特别是PM2.5,若气象扩散条件不利或污染物超过环境容量,会使环境空气质量明显变差。
尽管2017年四川省出现区域性污染过程,气象扩散条件不利,但绵阳市开始实施烟花爆竹管控,PM2.5
和AQI整体增长较为缓慢,同时正月初一气1
7 第1期 杜 娟,等:2016-2020年春节烟花爆竹燃放对绵阳市环境空气质量的影响
象条件开始改善,绵阳仅为中度污染。2018年春节前后四川省也出现区域性污染过程,污染物扩散较为困难,在燃放烟花爆竹的影响下,正月初一PM2.5 较除夕增长较为明显。2019年未出现区域性污染
过程,绵阳市除夕PM2.5 日均浓度仅为60μg/m3,而正月初一骤变为1
60μg/m3
,正月初二又下降至77μg/m3
,说明2019年春节烟花爆竹燃放对PM2.5
影响较明显。
图1 2016-2020年
绵阳市春节前后AQI和PM2.5
日浓度变化Fig.1 ChangesofAQIandPM2.5dailyconcentrationsbeforeandaftertheSpringFestivalinMianyangfrom2016to2020
为了更准确地说明春节期间燃放烟花爆竹对环境空气质量的影响,对成都、德阳、广元和遂宁等周边城市春节前后AQI和PM2.5 变化情况进行了对比分析。由图2可知,2016年、2018年和2019年春节前后各周边城市的PM2.5 和AQI变化趋势明显一致,在各地正常污染源排放减少、气象条件无异常突变的情况下,除夕夜烟花爆竹的集中燃放是空气质量变差的主要原因,正月初一PM2.5 和AQI均表现为最高值。2016年广元市仅正月初一为中度污染,其余各天均为良,遂宁市为重度污染。2018年四川省内成都、德阳、绵阳等城市均受区域性污染影响,气象扩散条件较差,广元市虽未受到区域性污染影响,但受烟花爆竹燃放影响,正月初一为中度污染(AQI为158),其余多天均为良。2017年四川省也出现区域性污染过程,春节前污染较为严重,而正月初一气象条件开始改善,污染过程开始减弱,所以周边城市烟花爆竹集中燃放的影响并
未特别明显地显现。2
020年春节前气象扩散条件相对较差,部分城市呈连续污染过程,春节时受冷空气影响,气象扩散
2017年春节条件改善,同时受新型冠状病毒肺炎疫情影响,工业企业、交通源、居民活动水平均下降明显,周边城市环境空气质量均为良,除德阳正月初一受到少量烟花爆竹燃放影响外,其余城市影响较小。2.2 烟花爆竹燃放对气态污染物影响分析
图3为2016-2020年除夕前一天至初四SO2
,NO2,CO和O3的小时浓度变化图。由于烟花爆竹中含有硫磺,烟花爆竹燃放后SO2浓度增长较为明显。2016-2019年SO2从除夕夜20∶00时开始增长,正月初一01∶00时达到峰值,峰值浓度分别为
53,31,14,22μg/m3
,峰值浓度出现时间与烟花爆竹
集中燃放时间较为吻合,说明烟花爆竹燃放对SO2影
响较明显。天津市[
9]
2016-2017年春节期间烟花爆竹燃放后SO2的小时浓度峰值出现在除夕0∶00时,峰值浓度为412,103μg/m3。东北地区[10]
2015-2017年除夕夜SO2从1
8∶00时开始上升,正月初一04∶00-07∶00达到峰值,随后下降。2020年绵阳市
SO2在0
2∶00时出现浓度峰值,仅为7μg/m3,由于绵阳市SO2年均浓度偏小(
2019年的年均浓度仅为5μg/m3
),说明绵阳市2020年春节期间烟花爆竹燃放量少。
CO性质比较稳定,主要来源于燃烧过程,CO从除夕夜20∶00时开始迅速增长,与颗粒物浓度增长趋势完全吻合。2
016年CO增长尤为明显,在正月初一01∶00时出现浓度峰值(3.2mg/m3
),2019年在正月初一0
2∶00时达到峰值浓度(1.5mg/m3
),由于该时段机动车尾气排放较小,CO浓度变化与烟花爆竹集
中燃放时间吻合性较好。哈尔滨市[11]
2016年春节
烟花爆竹燃放期CO质量浓度也呈现先升高再降低的变化趋势,初一0
1∶00时达到最高值,浓度为3.2mg/m3。2018年和2020年除夕夜CO增长不明显,
峰值浓度均较低。显然,当烟花爆竹燃放量较大时对CO浓度影响较明显,而烟花爆竹燃放量较少时,CO增长不明显。
2016-2020年NO2均在除夕夜21∶00-23∶00时出现小时浓度峰值,而烟花爆竹集中燃放在除夕夜0∶00时左右,时间吻合性较差。近地面O3主要是前体物二次转化生成,同时
与光辐射强度、温度等密切相关,O3相对高值主要集中在14∶00-16∶00时,夜间温度偏低,臭氧二次转化生成极少,而烟花爆竹集中燃放期间O3并未出现明显升高现象,说明烟花爆竹燃放对NO2和O3生成影响较少。
2
7 西 南 科 技 大 学 学 报 第36卷
图2 2016-2020年绵阳周边城市春节前后AQI变化情况
Fig.2 AQIchangesbeforeandaftertheSpringFestivalinsurroundingcitiesfrom2016to2020
2.3 烟花爆竹燃放对颗粒物影响及管控效果分析2.3.1 烟花爆竹燃放对颗粒物浓度影响分析
图4为2016-2020年春节前后颗粒物小时浓度变化图。由图4可知,春节期间颗粒物浓度变化趋势基本一致,均呈“锯齿形”波动,烟花爆竹燃放开始于除夕19∶00时或20∶00时,集中燃放于0∶00时。2016年绵阳市未实施烟花爆竹管控,除夕夜20∶00时颗粒物开始呈现快速增加,增长速率较快,初一03∶00时PM2.5 和PM10
同时达到浓度峰值,分别为367,417μg/m3
,PM2.5/PM10
占比达到0.88。2017年绵阳市在二环以内实施烟花爆竹禁燃和管控,虽然四川省出现区域性污染,扩散条件整体不利,但烟花爆竹禁燃后,颗粒物峰值浓度较2016年明显下降,烟花爆竹禁燃和管控起到了较好的削峰作用。2019年除夕22∶00-05∶00时呈静风天气,污染物扩散条件较差,除夕夜22∶00时出现轻度污
染,PM2.5
浓度仅为89μg/m3
,0∶00时呈重度污染,初一05∶00时PM2.5 和PM10
同时达到浓度峰值,分别为2
30,274μg/m3。哈尔滨[11]
2016年春节期间PM10
在除夕夜23∶00 时也出现迅速增长,01∶00 时3
7 第1期 杜 娟,等:2016-2020年春节烟花爆竹燃放对绵阳市环境空气质量的影响
图3 2016-2020年春节前后气态污染物小时浓度
Fig.3 HourlyconcentrationsofSO2,NO2,COandO3b
eforeandaftertheSpringFestivalfrom2016to202
0图4 2016-2020年春节前后颗粒物小时浓度Fig.4 HourlyconcentrationsofparticulatematterbeforeandaftertheSpringFestivalfrom2016to2020
达到最大值(623μg/m3),合肥市[12]
春节期间除夕夜0∶00时至初二10∶00时颗粒物处于高值,2016年、2017年春节期间PM2.5小时峰值浓度分别为
445,257μg/m3
。 2020年绵阳市扩大了禁燃区域(表1),同时受新型冠状病毒肺炎疫情影响,居民活动水平和交通运输源排放整体减弱。另外,除夕夜公安、城管、环
保和社区政府等均加大了巡查和管控,初一0
2∶00时才出现轻度污染,无重度及以上污染,PM2.5,PM10
峰值浓度仅为139,121μg/m3
(表2),PM2.5 质量浓度的小时浓度峰值较2016年和2019年分别减少
67.0%和54.7%。江苏省[13]
大部分城市2018年实
行烟花爆竹禁燃后全省PM2.5,PM10浓度均值较2017年分别下降31.64%和28.36%。2018年春节
期间京津冀及周边[14]
烟花禁限放措施起到了显著
的污染削峰作用,但与城区相比,周边郊县PM2.5浓度显著高于城区,城区监测点位受到郊县等周边地区烟花燃放的传输影响显著。显然,扩大烟花爆竹禁燃区域和加大春节期间烟花爆竹燃放管控能够有效减轻环境空气质量污染。为了使整体减排效果更加明显,需要继续扩大烟花爆竹禁燃区域,加强管控和巡查,同时周边区县及农村也需协同管控,以减轻周边区域对城区的污染输送。
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