2.1.1 逐日变化特征

由于大气污染物浓度高低受到污染源和气象因素2方面的影响, 不同年份之间其具体特征表现不同。除夕、初一与初五受习俗影响, 烟花爆竹燃放量较大, 部分污染物浓度显著上升, 污染状况较为严重。但受具体气象因素及相关政策影响, 污染物浓度变化规律并不一致。具体来看, 2014年春节前期由于冷暖气团交替, 污染物扩散条件差, 且烟花爆竹大量集中燃放, 造成严重污染, 致使除夕至初二期间主要污染物浓度处较高水平。初三后受强冷空气影响, 风速加大, 大气污染物浓度降低。与2014年相比, 2015年及2016年春节期间烟花爆竹燃放量有所减少(图2)。这主要是由于日益严峻的环境污染形势使得人民的环保意识不断提高, 相关部门为解决空气污染问题积极开展大气污染防治行动, 发表环保倡议, 在一定程度上控制了污染源排放量, 缓解大气污染问题。2015年春节期间由于污染物扩散条件较好, 污染程度有所降低, 空气质量得到改善。且初二至初三因受降水影响, 空气中的污染物沉降至地面, 与春节期间其他时期相比污染物浓度处较低水平。初六因受雾霾天气影响, 污染物呈现一定聚集。2016年春节期间由于烟花爆竹燃放量明显减少, 气象扩散条件良好, 除夕至初三间污染物浓度始终保持较低水平。但初四和初五间受空气相对湿度加大、风速减小等不利因素影响, 污染物浓度升高。初六的降水及大风天气为污染物沉降扩散提供良好条件, 空气质量得以回升。综合3年数据, PM_2.5与PM₁₀的春节期间污染物浓度逐日变化特征大体相似, 除夕至初一呈上升趋势, 初一至初六呈波动下降趋势。SO₂具有波浪式起伏特征, 初一及初五到达平均浓度高峰。NO₂在初一至初五期间变化幅度不大, 在初五至初六下降明显, 降至低谷。CO在初一至初三期间平均浓度值较高, 初五时略微上升。O₃浓度变化特征较为独特, 波动性大, 除夕至初二及初四至初五期间呈现明显下降趋势, 初三至初四及初五至初六浓度略有回升。

2.1.2 逐时变化特征

由于除夕夜晚至次日初一期间是烟花爆竹燃放的高峰时期, 污染物变化特征明显, 故选取2016年2月7日17:00至8日10:00作为研究时段进行探讨分析。由图3可以看出, PM_2.5与PM₁₀的浓度变化规律较为一致, 且与烟花爆竹燃放时间具有同步性。在17:00起二者浓度逐渐上升, 在2月7日20:00— 22:00达到第一个高峰, 随后污染物浓度有所下降。在2月8日凌晨2:00处污染物浓度急剧攀升, 到达第二个峰值, 此时达到监测时段内最高浓度。污染物浓度在2:00至3:00迅速下降, PM_2.5与PM₁₀浓度分别降低66 μ g· m^-3和114 μ g· m^-3, 随后呈缓慢上升趋势。SO₂浓度变化与PM相比有所不同, 其第一个污染物浓度高峰值出现在2月7日19:00, 在2月8日凌晨1:00处达到第二高峰, 污染物浓度达到最高。其峰值出现时间与PM_2.5、PM₁₀相比早1 h, 烟花爆竹燃放对其影响的即时性较强。NO₂浓度在2月7日19:00处达到第一个峰值, 污染物浓度高达34 μ g· m^-3。随后污染物浓度逐渐下降, 2月8日凌晨2:00— 3:00达到最低值。之后污染物的浓度逐渐回升, 在2月8日8:00处达到第二高峰。峰值出现时间与烟花爆竹燃放时段并不一致, 与其相关性较小。CO与SO₂浓度变化曲线的多个拐点出现时间较为一致, 但峰值时间略有不同, 分别为2月7日19:00、24:00及2月8日7:00。且污染物浓度变化曲线起伏较小, 可看出烟花爆竹燃放对其浓度变化影响较小。除O₃外其他污染物浓度因受市民出行及爆竹燃放的双重影响, 皆于2月8日晨间出现了新的高峰值。与其他污染物相比, O₃具有独特的变化特征, 其低峰出现时间与SO₂高峰时期较为一致, 整体呈现波动下降趋势。各项污染物浓度逐时变化特征的不一性在一定程度上是由污染来源存在差别及化学反应速度不同所导致的^[11]。

图2

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	图2 2014— 2016年春节期间各污染物浓度的逐日变化

图3

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	图3 2016年除夕至正月初一各污染物浓度的逐时变化

2.2.1 空间分布差异性

为凸显重点污染区域, 直观呈现污染物浓度空间分布特征, 以便针对性控制大气污染来源, 运用反距离权重法对春节期间各项污染物平均污染浓度进行空间插值。由图4可知, PM_2.5、PM₁₀及SO₂的空间分布规律较为一致, 有2处明显污染集聚核心, 污染物浓度自西北向东南逐渐降低, 西部污染程度高于东部。具体到各分区来说, 天桥区、槐荫区、市中区西北部、历城区西北部污染严重, 且历下区西部PM₁₀及SO₂浓度水平较高。其中, 农科所、宝胜电缆2处监测站点的3项污染物均处高浓度水平。NO₂浓度的空间分布具有一定对称性, 中北部污染程度较重, 南部较轻。且历城区西北部及历下区西北部污染物浓度较高。CO浓度呈现南北高, 中部低的分布特点。其中, 历城区西北部及东南部污染物浓度水平较高。在各监测站中泉城广场及宝胜电缆监测站的NO₂、CO浓度值均处较高水平。O₃的空间分布特征表现为西北及东南处污染物浓度较高, 东北及西南处浓度较低。天桥区及历下区南部、历城区东南部污染物较为集聚。且各监测站中, 化工厂监测站O₃浓度最高, 而5项污染物浓度均处较高水平的宝胜电缆监测站O₃浓度较低。

2.2.2 监测站点对比聚类分析

为明确各监测站点间的污染特征共性, 选取2016年除夕当日各项污染物平均浓度作为依据, 对各监测站点进行对比聚类分析。综合考虑6项污染物日均浓度, 16个监测站总体可分为4大类。省种子仓库、市监测站、泉城广场、蓝翔技校、长清大学城、长清区党委校归为一类。前3个监测地理位置相近且NO₂浓度差值较小。后2个监测站空间距离较小, 且PM_2.5及SO₂污染物浓度值较为相近。蓝翔技校虽与同类内的其他监测站距离较远, 但彼此间多项污染物浓度量差距较小。开发区、山东建筑大学、高新学校、商职学院、山东经济学院、科干所、跑马岭归为一类。前5个监测站的PM_2.5浓度值相近, 前4个监测站的PM₁₀浓度与科干所相似, 且科干所与山东建筑大学、商职学院的CO浓度相仿。跑马岭作为清洁对照点, 其PM_2.5、PM₁₀及NO₂浓度值较低, 但其O₃浓度较高, 与山东建筑大学、高新学校、商职学院、山东经济学院的监测数值类似。农科所与宝胜电缆归为一类, 2处监测站污染较为严重, 在PM₁₀、SO₂及O₃浓度值方面较为一致, 污染状况较严峻。化工厂单独为一类, 其PM₁₀浓度值较高, O₃浓度远高于其他站点, 污染严重, 具有明显的区域特性。

图4

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	图4 2016年春节期间各污染物浓度的空间分布