福建省大气中NO2污染特征研究.docx

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福建省大气中NO2污染特征研究

摘要

本研究是基于福建省所属九个设区地级市大气污染监测数据，对福建省2015年到2019年大气污染物NO2的污染特征进行研究分析，阐明NO2质量浓度在福建省分布变化规律，并从气候要素方面分析对NO2质量浓度变化的影响，最后对分析结果进行总结，提出合理建议及展望。

论文主要内容及结论有：

（1）根据《环境空气质量标准》（GB3095-2012）和《环境空气质量评价技术规范》（试行）（HJ663-2013）对福建省空气NO2质量进行评价，2015年到2019年福建省NO2质量年平均值均达国家二级标准。

（2）福建省大气NO2质量浓度呈现较明显的时间、空间变化特征，时间变化特征：

季度上春、冬季大于夏、秋季，月份上初二月明显降低，其余月份均符合“U”字型变化规律；空间变化特征：

NO2质量浓度在福州、厦门、漳州、泉州这些沿海较发达城市比较集中，其次是龙岩、三明煤炭保有量较高，工业较集中城市。

在年际上体现自2017年起逐年递减。

（3）气温和降雨量对NO2质量浓度影响明显，气温、降雨量与NO2质量浓度呈明显负相关，其中气温影响因素较显著。

整体上福建省大气环境NO2污染状况良好，并保持较好发展趋势。

关键词：

NO2；污染特征；质量浓度；影响因素

abstract

Basedonthemonitoringdataofairpollutioninnineprefecture-levelcitiesofFujianProvince,thisstudyNOairpollutioninFujianProvincefrom2015to20192TostudyandanalyzethepollutioncharacteristicsNO2DistributionandvariationofmassconcentrationinFujianProvinceandanalysisofmeteorologicalfactorsNO2theeffectofmassconcentrationchange,andfinallysummarizetheanalysisresults,andputforwardreasonablesuggestionsandprospects.Themaincontentsandconclusionsareasfollows:

（1）TheairNOinFujianProvinceaccordingtotheStandardofAmbientAirQuality（GB3095-2012）andTechnicalSpecificationforAmbientAirQualityEvaluation（Trial）（HJ663-2013）2Evaluationofquality,NOofFujianProvincefrom2015to20192Theannualaverageofqualityisuptothenationalsecondarystandard.

（2）AtmosphericNOinFujianProvince2Duringthespringandwinterofthequarter,itwaslargerthansummerandautumn,andinthesecondmonthofthemonth,theothermonthswereinaccordancewiththe"U"pattern".NO2QualityconcentrationinFuzhou,Xiamen,Zhangzhou,Quanzhouthesecoastalmoredevelopedcitiesareconcentrated,followedbyLongyan,Sanmingcoalreservesarehigher,industrialmoreconcentratedcities.reflectedintheinterannualdeclinesince2017.

（3）NOoftemperatureandrainfall2Theinfluenceofmassconcentrationisobvious,temperature,rainfallandNO2themassconcentrationwassignificantlynegativelycorrelated,amongwhichthetemperatureinfluencingfactorsweresignificant.

AtmosphericEnvironmentalNOinFujianProvince2pollutionconditionisgood,andmaintainabetterdevelopmenttrend.

Keywords:

NO2;pollutioncharacteristics;massconcentration;influencingfactors

第一章

1引言

大气环境污染不仅影响着自然环境和人类的生存环境还对未来的世界环境有着长远影响，目前这也是国际科学研究前沿关注的焦点，自20世纪50年代以来，全球范围内的工业化发展进程不断地加快，社会发展中消耗的环境资源的不断增多、环境改造的不断加强，虽然极大的推动了区域经济的增长，但也导致了日益突出的环境问题。

20世纪80年代后大气环境污染问题逐步演变为国际性问题，光化学污染、酸雨等国际性污染问题逐步制约了人类生存环境及经济社会活动。

由于我国工业化的发展相对较晚，环境污染问题的出现也较晚，因此，对环境污染的研究相对滞后。

在我国工业发展的初期，环境问题还不明显且基本上都是区域性的，主要是工业发展较集中的城市问题，如城市工厂的生产活动对城市居民生活的影响，但随着工业化的迅速发展，人类在各种社会活动中对大气环境排放的污染物数量和种类不断增加、排放的时间愈加密集，超过了自然环境的承载力，不仅对环境造成了严重损害甚至是不可逆转的恶化，还对人们的身体、生产和生活带来了严重影响。

因我国工业发展落后于西方发达国家，所以对于大气环境污染的重视也相对滞后，至20世纪70年代初我国才开展了对大气环境污染的研究工作，直至21世纪，我国迅速的经历了工业化、城市化的发展，在经济上始终保持着高速的增长，并在2010年的国内生产总值上已经超越日本，成为了仅次于美国的世界第二大经济体，但我国经济总量的快速增长是以加速资源消耗、以经济发展为主牺牲环境质量为代价的。

如城市机动车数量激增，导致大量的氮氧化物、碳氧化物等有害气体流入大气环境；大量工业工厂的建设与生产，向人类生活环境排放大量含硫废气。

资源环境、自然环境被破坏，再到人们的生产环境被逐步污染，经济与环境之间的冲突就要上升到生存和发展的矛盾，大气污染已经严重制约了社会经济的可持续发展，并对人类身体健康和生产生活产生了巨大影响。

因此，开展对大气环境质量的研究，具有非常重要的意义。

本文以分析和研究大气NO2污染变化特征对大气环境质量的研究，并提出治理建议，有着重要的实际价值。

1.1研究目的和意义

1.1.1NO2污染危害及来源

人类的生活、生产活动无时无刻都暴露在大气环境中，因此大气环境的污染状况时刻影响这人们身体健康，NO2作为大气污染事件发生的重要污染物之一，在对流层大气化学变化中发挥着重要作用，能够产生酸雨、光化学烟雾、破坏臭氧层等环境问题。

并且大量的NO2还会减少大气平流层中的臭氧，导致地面的紫外辐射量增加，从而对全球气候变化产生重要影响。

有关研究报告指出暴露在高浓度的NO2污染环境中会直接刺激人的眼、鼻、喉和肺,出现不同程度的气管炎,肺炎,肺水肿等慢性、呼吸系统疾病，增加病毒感染的发病率，损伤人体健康。

此外超标的NO2还可以破坏植物细胞使其叶子表面产生褐色和黑褐色斑点影响植被生长，破坏当地的生态环境。

由此可见，NO2污染对人体健康和生态环境具有很大的危害性。

大气中NO2主要来源于自然环境和人类社会活动中产生的，其中自然环境来源主要是微生物的固氮、NH3的氧化、雷电气象、森林火灾等产生，人为生产来源主要是现代工业化发展中各种化石燃料的燃烧、工业生产过程的排放、交通运输过程的尾气排放等，其中以人类活动来源是引起大气环境污染事件的主要原因。

1.1.2研究目的

此次研究的课题是福建省大气中NO2污染特征研究，福建省近年来的经济随着工业的快速发展而持续增长，也带来了一系列的环境问题，其中就包括大气环境污染，而NO2污染特征就是此次研究重点。

福建省位于中国南方沿海地区，受季风环流和地形的影响，形成暖热湿润的亚热带海洋性季风气候，空气温热，雨量充足，且森林覆盖面积大，所属九个设区市空气质量在我国名列前茅，因此需要对其环境质量提出更高要求，所以展开对福建省大气中NO2污染特征研究，对福建省大气环境质量进行研究，总结大气污染中NO2污染特征，并分析污染原因，提出治理建议，为有效控制福建省大气中NO2污染提供支撑。

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.2.1国外研究现状

西方发达国家工业发展起步比我国早，所以也更早的暴露出工业过于快速发展的弊端。

自20世纪30年代起，西方工业发达国家就相继发生过数起大气环境污染事件，例如：

上世纪40年代美国洛杉矶市发生的大型光化学烟雾污染事件，由于含有碳氢化合物和氮氧化物的汽车尾气的大量排放，在阳光的照射下形成了含有臭氧、氧化氮、乙醛等有毒有害气体的烟雾，并在城市空气中不断累积，最终导致数百人因呼吸系统衰竭而死亡。

上世纪50年代伦英国敦烟雾事件，因工业的发展和居民生活所需，大量的煤碳燃烧产生的废气聚集在城市环境空气中难以扩散，就在烟雾持续的五天里有5000多人因窒息死亡。

不仅如此后续的大气污染还具备远距离输送的特点不仅破坏了当地的自然生态环境、造成了巨大的经济损失，还引发国际的争端。

等等这类污染事件在20世纪50年代后尤为明显，因为世界经济在战后得到了喘息并转入高速发展时期，欧洲各国开始大力发展经济，工业化和城市化的进程也不断加快，就在经济高速增长的同时带来了许多严重的环境问题，引起了国际上的广泛关注，因此大量的科学家、学者们对光化学烟雾、酸雨等大气污染问题展开了研究，研究它的污染来源、形成原理、缓解或消除的技术手段以及预防污染发生及扩散的措施等方面。

直至20世纪70、80年代，这些发达国家在这些大气环境污染事件的治理与研究过程中慢慢累积了丰富的经验，之后便开始扩大对大气污染的研究领域，研究的方向也从最开始的污染后如何治理、减轻污染程度的技术手段拓展到了如何预防污染，在污染的源头、起因、反应原理等方面的治理。

为此国际上还组织了专门的研究机构，聚集了大量的专家、学者对大气环境污染进行了系统化的深入研究。

由最初的研究末端污染控制技术扩展至对污染源头治理、污染反应机理及产生条件等方面研究，并对可能出现的空气污染提前采取措施。

如有西方国家建立的欧洲中期天气预报中心（ECMWF），并于1979年开始发布业务性的的天气预报服务，至上世纪90年代，为了避免人们的社会生活环境受大气环境污染的影响，保障国民的生命健康，西方各国相继开展了城市大气污染研究的项目。

对城市大气污染的综合分析和研究，通过对多个国家的工业、企业的大气污染物排放量进行分类测量，通过列举清单分析指出：

SO2污染主要来源于工业排放，工业排放占比约为80%，PM10污染主要来源于人类活动，NOX污染主要来源于交通运输的尾气排放。

为了有效的控制突发性的大气污染事件发生及影响程度，科学家、学者还通过数学方法拟建空气质量变化模型，结合现有的环境大气资料从水平和垂直的立体角度来模拟空气中污染物的时空变化规律，并借助其对大气环境污染进行预报和控制。

随着大量的研究结果表明，大气污染并不只是区域性环境问题，更是全球性的环境问题，只要在一定的环境条件影响下，大气污染可以通过中远距离输送进行扩散影响，因此近十几年来，越来越多的国家开始组织或参与国际性的环境空气合作研究项目，对大气污染物的状况进行了深入的研究并取得了一系列重要的成果。

1.2.2国内研究现状及发展趋势

伴随着我国社会经济的高速和多元化发展，大气污染逐渐引起了社会的关注和重视。

我国的大气污染物主要是气溶胶态颗粒物及大气痕量气体。

大气痕量气体是指在大气环境中天然含有量较少，但由于近现代社会人类工业发展大量的排放到空气中对全球大气环境和生态系统造成重大影响，如CO、NH4、NO2、SO2、O3等。

在以往的研究中主要是以地面监测网点测量大气痕量气体浓度，然后再配合气象卫星数据对监测区域大气环境质量进行描述，但是地面定点监测在区域研究上存在很大的局限性，观测站点分布不均，导致监测区域污染状况代表性较差，而气象卫星监测的地面数据分辨率低，难以分辨污染源，不能真实地体现研究区域的污染物浓度分布特征。

为了全面摸清大气污染现状、加强环境空气污染源排放监测、分析环境污染风险，国内的大气环境监测方式逐步转向全方位、多尺度的立体大气环境监测，形成以时空立体、距离分辨结合的遥感测量结合光机电算工程化技术形成的光谱学遥感测量技术体系，遥感技术可以长时间监测大气环境污染浓度变化及时空变化特征，覆盖范围广能较完整的获得大气层柱浓度，还可以搭载不同的平台开发多种大气环境研究监测方式，如地基平台监测、车载平台监测、机载平台监测及星载平台监测，实现了多个时空尺度、多种遥感参数测量，改变以往大气环境质量测量以点到线再到面的测量方式，因而得到了广泛使用。

如刘秋武等利用差分吸收激光雷达，在水平和垂直方向上测量出NO2浓度；张琼等以石家庄为研究对象基于车载DOAS数据修正OMI卫星数据，推算出NO2寿命及氮氧化物排放通量；李明智、陈军等人利用IBBCEAS光谱技术测量上海市中心区域大气NO2浓度，发现西风和南方对NO2浓度影响明显，车辆尾气及局部污染源对NO2浓度影响严重。

1.3研究内容和路线

1.3.1研究内容

本文以福建省空气质量为主体，研究对象为NO2质量浓度，分析NO2质量浓度的时空变化特征，以及浓度变化规律与气象因素对其的影响，主要包含四个方面的内容。

第一章：

描述论文的研究目的、意义及研究背景，国内外研究现状概况，本文研究的主体内容和思路。

第二章：

研究区域及数据来源介绍。

主要介绍研究地的环境状况，数据来源、处理方法及其可靠性。

第三章：

对福建省大气环境NO2污染现状进行分析。

依据2015年-2019年检测数据，分析福建省大气NO2污染状况，NO2质量浓度在时间空间上的特征及其与气象因素的关系，总结出污染特征，并根据我国评价标准对获取数据进行综合评价。

第四章：

结论与展望。

对论文的研究结果进行分析总结并得出结论，找出其中不足，对研究工作的不足之处进行展望。

1.3.2研究路线

本文研究技术路线图如图1-1所示。

图1-1研究技术路线

第二章研究区域、数据来源介绍

2.1监测数据的环境背景概况

2.1.1自然环境概况

福建省坐落于我国东南一隅，东面与台湾省隔海相望，其余三面分别与浙江、江西、广东三省接洽，拥有全国第二的海岸线且十分曲折形成众多优良海港是中国大陆重要的出海口。

全省地域面积12.4万平方公里，至2019年末常住人口约3973万。

省内土地资源分布特点明显，以山地丘陵为主体，平原面积少，可耕种面积少不利于农耕种植业、建筑业的发展，但也得以保护了大片自然生态环境，森林覆盖面积达69.95%。

资源特点是水里资源丰富特别是福州、厦门等沿海城市，但常规矿物资源单一贫乏，可开采煤炭资源稀少，且分布不均匀，主要集中在龙岩、三明两内陆城市，气候上属于亚热带海洋性季风气候，夏季较长，气温高、雨量大、光照强，冬季较短，气温低、雨量少，年平均气温18-26℃，近五年来年平均降雨量不低于2000毫米，是中国雨量最丰富、环境空气质量最好的省份之一。

图2-1福建省在中国位置（左图）及福建省内九个设区市的位置（右图）

2.1.2能源消耗概况

根据2019年的福建省统计年鉴上数据显示，只有2015、2016、2017年三年福建省地区能源消费总量的数据，分别为11862.79万吨标准煤、12035.99万吨标准煤、12554.74万吨标准煤，其中2016年比2015年增长1.5%，2017年比2016年增长4.3%，2015、2016、2017年福建省地区GDP总值分别是25979.82亿元、28519.15亿元、32182.09亿元，2016年比2015年增长9.8%，2017年比2016年增长12.8%；我们可以发现，经济的快速发展同时也会加大能源的消耗，而能源的消耗主要是在工业发展方面，工业的快速发展带来了一系列的环境问题，从这三年能源消费总量上看，福建省同样面临着能源损耗，如果不能使环境治理水平同步于经济增长速度，我们面临的环境问题只会越来越严重。

2.2数据来源及研究方法

本文中数据主要来源福建生态环境厅、福建省气候中心、福建省统计局。

福建生态环境厅于2018年组建，具有检测大气环境污染状况的功能职责。

借鉴其大气污染物NO2五年实测数据，按国家标准对其进行污染变化特征分析得出结论，并构成本文主体。

福建省气候中心于2006年经过中国气象局批准成立的，直属于福建气象局的科技型气象业务单位，工作涉及气候系统监测与诊断、气候预测、气候影响评价气候应用等多方面，参考其提供的气象数据，对大气污染物NO2变化特征影响因素逐一分析做大致了解。

福建省统计局是省政府主管统计职能部门，有着对经济和社会发展各方面情况进行统计调查、统计监督的任务。

其调查统计数据具真实可靠性，借鉴其统计年鉴中数据增强文章的说服力。

数据评价方法主要依据《环境空气质量评价技术规范》（试行）（HJ663-2013）中采用的环境空气质量状况比较方法，对福建省九个设区市采用年度环境空气质量评价时以环境空气污染项目的单项指数法与综合指数法相结合。

2.3本章小结

根据福建省自身自然条件状况、人口总数、能源消耗情况及九个设区市分布地理位置，了解福建省大气环境污染背景，通过采集的数据的来源，了解数据处理的方法和过程，为下一步数据分析做前处理。

2015年起在福建省全面实施2013年出版试行的环境空气质量评价技术规范。

第三章福建省环境空气中NO2污染特征

3.1总体污染状况

福建省大气NO2污染总体状况表现良好，在2015年至2019年5年间，福建省全省9个设区市作为实施新空气质量标准的城市，按照福建省实施的空气质量标准及技术规范做评价，全省9个设区城市环境空气质量均达到二级以上标准，在2015年达标天数为97.9％、2016年达标天数为97.8％、2017年达标天数为97.9％。

、2018年达标天数为94.9％，达标城市比例为100％；其中NO2五年年均质量浓度也均达国家二级标准。

图3-12015-2019年福建省NO2质量浓度年际平均值

由图3-1可以看出，2015-2019年五年间福建省NO2质量浓度年均值变化范围在21-26μg/m3，符合二级以上标准，在2015到2017虽有上升但幅度较小且在2017年至2019年呈逐年较大幅度递减趋势。

3.2时空变化特征

3.2.1季度变化特征

福建省地处中国东南沿海，靠近北回归线，气候上属亚热带湿润季风气候，按当地季节划分（春季2~4月、夏季5~7月、秋季8~10月、冬季11~1月）四季进行比较，即季度分析中数据依据为2015年2月~2020年1月月均值。

图3-22015年NO2质量浓度季度平均值

由图3-2可知，2015年春季福建省9个设区市中福州、厦门两市NO2质量浓度较高，其中以福州市最高37μ/m3，南平、宁德两市较低，以南平市为最低；夏季9个设区市中福州、厦门、漳州三市NO2质量浓度较高，其中以厦门市最高30μ/m3，南平市为最低；秋季9个设区市中三明市最高28μ/m3，南平市为最低；冬季9个设区市中福州、漳州、宁德三市较高，其中以漳州最高41μ/m3，莆田、南平两市较低，以南平市为最低。

以整体来看2015年福建省9个设区市NO2质量浓度在春、冬两季大于夏、秋两季，最低值分布在夏、秋两季，最高值主要集中在冬季；以城市分布看NO2污染主要分布在福州、厦门、漳州三市，南平市污染最轻。

图3-32016年NO2质量浓度季度平均值

由图3-3可知，2016年春季福建省9个设区市中福州NO2质量浓度最高39μ/m3，莆田、南平两市较低，以南平市为最低；夏季9个设区市中福州、三明两市较高，其中以三明市最高27μ/m3，莆田、南平两市最低；秋季9个设区市中厦门、漳州两市较高，其中以漳州市最高31μ/m3，莆田、南平两市较低，以莆田市为最低；冬季9个设区市中厦门、漳州两市较高，其中以漳州市最高43μ/m3，莆田、南平两市较低，以莆田市为最低。

以整体来看2016年福建省9个设区市NO2质量浓度在春、冬两季大于夏、秋两季，最低值分布在夏、秋两季，最高值主要集中在冬季；以城市分布看NO2污染主要分布在福州、泉州、厦门、漳州四市，莆田、南平两市污染最轻。

图3-42017年NO2质量浓度季度平均值

由图3-4可知，2017年春季福建省9个设区市中厦门、漳州两市NO2质量浓度较高，其中以厦门市最高44μ/m3，莆田、南平两市较低，以南平市为最低；夏季9个设区市中除莆田、南平两市较低，其余城市NO2质量浓度都较为接近，秋季9个设区市中莆田、南平、宁德三市较低，其余城市也相差不大;冬季9个设区市中厦门、漳州两市较高，其中以漳州市最高41μ/m3，莆田、南平两市较低，以莆田市为最低。

以整体来看2017年福建省9个设区市NO2质量浓度在春、冬两季大于夏、秋两季，且春、冬两季在数值上相差不大；以城市分布看NO2污染在厦门、漳州两市最为突出，莆田、南平两市污染最轻。

图3-52018年NO2质量浓度季度平均值

由图3-5可知，2018年春季福建省9个设区市中厦门、漳州两市NO2质量浓度较高，其中以厦门市最高35μ/m3，以南平市为最低；夏季9个设区市中以厦门市最高25μ/m3，南平市为最低；秋季9个设区市中厦门、漳州两市较高，其中以厦门市最高27μ/m3，莆田、南平、宁德三市较低；冬季9个设区市中福州、厦门、漳州三市较高，其中以漳州最高37μ/m3，以南平市为最低。

以整体来看2018年福建省9个设区市NO2质量浓度在春、冬两季大于夏、秋两季，且最低值大多集中在夏季，最大值分布在春、冬两季内；以城市分布看NO2污染在厦门、漳州两市比较突出，福州市在春、冬两季也较为明显，南平市污染最轻。

图3-62019年NO2质量浓度季度平均值

由图3-6可知，2019年春季福建省9个设区市中NO2质量浓度漳州市最为突出30μ/m3，泉州、厦门也较为明显，南平市最低；夏季9个设区市中以泉州为最高值22μ/m3，南平为最低值；秋季9个设区市中漳州、龙岩、三明三市较高，其中以漳州为最大值22μ/m3，莆田为最低值；冬季9个设区市中漳州、三明两市较高，其中以漳州为最大值34μ/m3，莆田为最低值。

以整体来看2019年福建省9个设区市NO2质量浓度在春、冬两季大于夏、秋两季；以城市分布看NO2污染在漳州市最为突出，而在莆田、南平、宁德三市相对较轻。

图3-72015-2019年福建省NO2质量浓度季度平均值

由图3-7可知，在2015-2019年五年间，NO2质量浓度变化规律基本一致，在春、冬两季浓度较高，五年春季均值28