长春市空气质量污染特征分析与防治对策

书书书第２５卷第３期２００９年６月气象与环境学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹＡＮＤＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＶｏｌ．２５Ｎｏ．３Ｊｕｎｅ２００９收稿日期：２００８－０８－０８；修订日期：２００８－１２－１０。基金项目：中国移动吉林公司行业应用项目资助。作者简介：张孟，男，１９７２年生，工程师，主要从事长春市空气质量监测及大气研究工作，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]。长春市空气质量污染特征分析与防治对策张孟１　林琳１　张子宜２（１长春市环境监测中心站，吉林长春１３００２２；２长春市环境保护研究所，吉林长春１３００２２）　　摘　要：为探讨２００３—２００７年长春市污染特征，了解大气污染物变化趋势，对市区内客车厂等６个环境空气质量国控点位监测数据进行了归纳计算，并采用ＡＰＩ评价方法，得到了ＰＭ１０、ＳＯ２和ＮＯ２３种污染物年均值变化曲线和各种污染类型天数，同时查明了大气污染物的来源。结果表明：２００３—２００７年长春市大气污染物主要呈现波动略上升的总体特征，据此从气象条件和城市能源消耗等角度分析成因，并提出加深节能减排工作等一系列大气污染防治对策与建议。关键词：空气质量；污染物浓度；变化趋势；防治对策　　中图分类号：Ｘ８３１　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１６７３－５０３Ｘ（２００９）０３－００５７－０５　　１　引言空气是人类生存所需的重要物质基础，随着人类社会工业化的不断发展，城市污染源在逐渐增多，向大气中排放的废气时常危及到人们的健康乃至生命，关乎生活质量，因而大气环境保护问题越来越受到气象和环保工作者的普遍关注。有关城市空气质量状况及动态变化趋势的一些调研结果相继表明［１－５］，一座城市的空气质量主要由两方面决定：一是污染源的排放及分布状况，二是气象条件对污染物的扩散能力的影响。每座城市都有自己的发展和大气污染情况。长春是吉林省的政治、经济、文化和交通中心，近年被评为“中国最具竞争力城市”之一，２００３—２００７年地区国民生产总值逐年递增，２００７年全市生产总值达２０８９０亿元。长春市的企业生产和冬季供暖使用的能源主要为煤炭，从而形成了煤烟型城市的大气污染类型。随着社会、经济的发展，人们的环保意识和重视生活质量的要求也在不断提高，因而对息息相关的城市空气质量日益关注。自２００３年开始，长春市市区内全部实现了空气质量自动化监测，监测数据更为精准，因此有必要及时利用这些详实数据归纳和分析，以探讨长春市区大气污染变化趋势，并提出相应的污染防治对策，为大气污染治理提供参考。２　大气监测方式和评价方法的选取２１　大气环境质量指标的选取大气中的有害物质是多种多样的，人为污染源主要来自能源（煤、石油）开发利用。根据能源类型的不同，大气污染的类型可分为煤烟型污染、石油型污染、混合型污染３类，此外还有非能源性污染称为特殊型污染。不同地区污染类型和排放污染物种类不尽相同。长春属于北方典型的煤烟型大气污染城市，结合实际情况及大气环境质量分析的需要，选取可吸入颗粒物（ＰＭ１０）、ＳＯ２和ＮＯ２三项指标进行分析。２２　监测方式长春市区设大气监测点位共７个，分别为：邮电学院、客车厂、食品厂、园林处、劳动公园、净月潭和甩湾子。其中，甩湾子为清洁对照点，邮电学院为科学文教区，客车厂和食品厂为工业区，园林处为集中供热采暖的居民区，劳动公园为分散供热采暖的居民区，净月潭为旅游开发区。监测方式为２００３—２００７年２４ｈ连续自动监测。空气中主要污染物的分析方法、最低检出限见表１。表１　３种污染物的分析方法和最低检出限污染物名称分析方法最低检出限　ＰＭ１０β射线法＜０００１ｍｇ／ｍ３ＳＯ２紫外荧光法＜１０ｐｐｂ（快响应）＜０６ｐｐｂ（慢响应）ＮＯ２化学发光法＜１０ｐｐｂ２３　评价方法评价标准采用（ＧＢ３０９５—２０００），它是我国于１９９６年根据《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》颁布的一套适用于全国范围的环境空气质量评价标准，是对空气质量监测数据定性的依据。在２０００年进行过一次修改，内容见表２。５８　　　气象与环境学报第２５卷　　　评价方法采用我国当前广泛使用的空气污染指　　表２　（ＧＢ３０９５—２０００）污染物评价标准ｍｇ／ｍ３污染物名称取值时间浓度限值一级标准二级标准三级标准可吸入颗粒物（ＰＭ１０）二氧化硫（ＳＯ２）二氧化氮（ＮＯ２）年平均００４０１００１５日平均００５０１５０２５年平均００２００６０１０日平均００５０１５０２５年平均００４００８００８日平均００８０１２０１２数（ＡＰＩ）法，根据各污染物的监测浓度值计算各污染物的分指数，分指数最大的污染物为首要污染物，最大的分指数即空气污染指数。污染物的分指数由实测的浓度值按照分段线性方程计算。２３１　基本计算式Ｉ＝Ｉｍａｘ－ＩｍｉｎＣｍａｘ－Ｃｍｉｎ（Ｃ－Ｃｍｉｎ）＋Ｉｍｉｎ（１）式（１）中，Ｉ为某污染物的污染指数；Ｃ为该污染物的浓度。Ｃｍａｘ与Ｃｍｉｎ：在ＡＰＩ分级限值表中最贴近Ｃ值的两个值，Ｃｍａｘ为大于Ｃ的限值，Ｃｍｉｎ为小于Ｃ的限值。Ｉｍａｘ与Ｉｍｉｎ：在ＡＰＩ分级限值表中最贴近Ｉ值的两个值，Ｉｍａｘ为Ｃｍａｘ对应的Ｉ值，Ｉｍｉｎ为对应Ｃｍｉｎ的Ｉ值。２３２　ＡＰＩ的计算步骤（１）求某污染物每一测点的日平均浓度值Ｃ点日平均＝∑ｎｉ＝１Ｃｉ／ｎ（２）式（２）中，Ｃｉ为测点逐时污染物浓度；ｎ为测点的日测试次数。（２）求某一污染物全市日平均浓度值Ｃ市日平均＝∑ｍｊ＝１Ｃ点日平均／ｍ（３）式（３）中，ｍ为全市监测点数。（３）将各污染物的全市日平均值分别代入ＡＰＩ基本计算式所得值，便是每项污染物的ＡＰＩ分指数。（４）在ＡＰＩ分指数中选取最大值为全市ＡＰＩ。２３３　主要污染物的选取各种污染物的污染分指数都计算出以后，取最大值为该区域或城市的空气污染指数ＡＰＩ，该指数对应的污染物即为该区域或城市空气中的首要污染物。ＡＰＩ＝ｍａｘ（ＩＳＯ２，ＩＮＯ２，ＩＰＭ１０）３　结果分析３１　地理位置与气候概况长春市位于北半球中纬度地带，欧亚大陆东岸的中国东北松辽平原腹地。东部低山丘陵向西部台地平原的过渡地带，具有“一山四岗五分川”的地貌格局。气象条件属于欧亚大陆东部北温带半湿润大陆性季风气候，春季干燥多风，夏季短而湿热，秋季凉爽干燥，冬季漫长干冷，多逆温。全市采暖期较长，全年为１５５ｄ。年平均气温为４８℃，年平均气压为９８６６ｈＰａ，年平均湿度为６５％。全年主导风向为西南风，年平均发生频率为１８３４％，年平均风速为３６１ｍ／ｓ；春季风速最大，秋季次之，夏季最小。年平均降水量为６５０ｍｍ，主要集中在６—８月，以６月降水量为最大。全年Ｄ类稳定度天气类型出现次数最多，占５５２％。因此，长春市空气扩散能力属于中性偏稳定。冬季采暖期Ｅ、Ｆ类天气类型出现较多，为４０３％，Ｄ类占４９７％，Ａ、Ｂ、Ｃ类仅占１００％。非采暖期Ｅ、Ｆ类占２９２％，Ｄ类占５９５％，Ａ、Ｂ、Ｃ类仅占１１３％。相比之下，采暖期的Ｅ、Ｆ类天气出现远比非采暖期多，易出现逆温天气。多年探空资料表明，长春市区早、晚辐射逆温频率较高，冬季平均发生频率为８４％，平均强度为０８℃／１００ｍ，平均高度为４００—８００ｍ。３２　主要污染物变化统计３２１　全市ＰＭ１０变化趋势　　２００３—２００７年，ＰＭ１０为首要污染物，５ａ年平均值高于国家一级标准。据统计，２００３—２００７年全年空气质量状况为Ｉ级（优）天数分别为５５、５１、３３、２３ｄ和１７ｄ；而达到和超过ＩＩＩ级轻微污染天数分别为２３、２１、２９、２８ｄ和２５ｄ，其余天数属于ＩＩ级（良），优级天数逐年递减，轻微污染级以上天数变化无规律；２００４年低于２００３年是由于２００４年长春市气象条件相对稳定，“轻微污染”以上天气类型最少，且起决定作用的浓度值大部趋于其下限，从而影响年平图１　２００３—２００７年长春市ＰＭ１０年平均值变化曲线均值较低。２００５年以后，长春逆温和沙尘天气日数增多；少有ＡＰＩ值大于２５０的“轻度污染”以上类型　第３期张孟等：长春市空气质量污染特征分析与防治对策５９　　　天气时而出现，优级天数相对减少，则浓度年平均值相应变大。故从整体来看，长春市ＰＭ１０在００９７—０１００ｍｇ／ｍ３之间波动上升（图１）。３２２　全市ＳＯ２变化趋势长春市ＳＯ２主要来源于煤的燃烧，对市区的污染规律如下：（１）ＳＯ２在采暖期（１１月至翌年３月）受冬季不利于扩散的气象条件影响，经常出现高值。（２）从４月开始进入非采暖期，由于燃煤型污染源的大量削减，ＳＯ２浓度值迅速降低，至夏秋季节，空气中ＳＯ２浓度值很低；ＳＯ２受气象条件的影响较小，变化规律不明显。２００３—２００７年，ＳＯ２在２００３—２００４年均达到国家一级标准，２００５—２００７年略超一级，但远低于国家二级标准；２００５—２００７年，污染物超一级标准００２０ｍｇ／ｍ３日数分别为１５８、１３２ｄ和１５２ｄ，但其日浓度大小不一。整体来看，ＳＯ２年平均值呈上升态势，但２００７年仅比２００３年增加００１１ｍｇ／ｍ３，总体趋于平稳中略增（图２）。图２　２００３—２００７年长春市ＳＯ２年平均值变化曲线３２３　全市ＮＯ２变化趋势２００３—２００７年，长春市区空气中ＮＯ２年平均值均未超标，符合国家一级标准。全市ＮＯ２的排放主要来源于采暖的锅炉、工业生产的锅炉、民用炉灶和机动车尾气等。采暖期浓度高于非采暖期，一季度污染略重于四季度［６］。长春市的ＮＯ２总体污染物排放量与国内其他城市相比处于一个较高的水平，目前全市机动车保有量将近６０万辆，虽远低于北京和上海的机动车保有量，但是，城区机动车ＮＯ２的年排放量远远高于北京市和上海市同比保有量的排放水平，在一定程度上造成ＮＯ２浓度值上升。从图３可以看出，空气环境中ＮＯ２浓度出现稳中有升的趋势，２００５年虽有所下降，但幅度较小，并未随固定源污染的削减而同步下降。近５ａ污染与治理并存，但ＮＯ２年平均值总体稳中有升，可能与新出现的污染源有关，即与最近逐年递增的机动车所产生的尾气污染有关。因此在进一步加强固定源污染控制的同时，机动车尾气污染已不容忽视。图３　２００３—２００７年长春市ＮＯ２年平均值变化曲线４　长春市大气环境质量污染防治对策４１　制定节能减排的新能源政策作为北方内陆城市，长春市每年有１６０多天采暖期，这说明在全年近二分之一时间里，采暖锅炉会产生粉尘、二氧化硫等影响空气环境质量的物质。同时，工业生产的锅炉也在不停运转，对市区污染物总量具有一定贡献率。长春市以煤炭为主的能源结构不可能在短期内得到改变，因此要在能源政策、经济政策上进行相应调整，以促进能源结构优化：（１）提高低能耗技术密集型产业比例，限制高能耗小型企业的发展。（２）合理配置能源结构，推广使用清洁二次能源，积极开发新型能源，控制大气污染。（３）降低煤炭消耗比例，提高清洁能源和优质能源的比重，形成能源以电、燃气、天然气为主的多种能源相结合的能源结构，积极发展太阳能、风能等新生能源。争取“十一五”末期，城市热化率和气化率分别达到８０％和９５％，市区内民用炉灶、１ｔ以下采暖锅炉要全部使用清洁燃料或型煤。４２　加快对大气污染源及重点源的限期治理力度　　（１）对于分散的供暖锅炉房，实行拆小并大，增大供暖锅炉吨位［４］。在“十一五”期间，力争市区内全部取缔２８ＭＷ以下锅炉，并禁止新建１０ｔ以下的燃煤锅炉，同时禁烧含硫量高于１％的煤炭，争取烟尘控制区覆盖率达到１００％，烟尘排放达标率在９０％以上，工业污染源二氧化硫排放达标率超过７０％。（２）对超标排放污染物的单位，依法责令其限期治理，对逾期完不成治理任务的，依法责令其关闭、停业或转产。（３）加强监督管理手段，尤其加大对排污大户的监管，例如安装污染源在线监测系统。（４）对不符合国家产业政策、影响生态环境、毗６０　　　气象与环境学报第２５卷　邻居民区有环境风险等项目，严格执行“环保一票否决制度”。４３　加强二次扬尘污染控制（１）减少裸露地面面积街路两侧地面的裸露是产生扬尘的重