采暖期與非采暖期秦皇島市大氣顆粒物污染特征及氣象因素相關(guān)性分析

李運(yùn)志

（中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

0 緒論

國(guó)際上把粒徑小于10μm的顆粒物稱為可吸入顆粒物，該粒徑范圍的顆粒物具有很大的比表面積，它們可以吸附大量的可溶性有機(jī)物，特別是那些易致突變致癌的物質(zhì)。一旦這些顆粒物通過呼吸道進(jìn)入人體，長(zhǎng)久累積下來，便會(huì)產(chǎn)生遺傳毒理作用，進(jìn)而危害機(jī)體。國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)（ICRP）的肺動(dòng)力特性試驗(yàn)組研究報(bào)告提出：5～30μm粒徑的顆粒物會(huì)沉積在鼻咽部和支氣管上部；1～5μm粒徑的顆粒物大部分沉積到支氣管，少數(shù)進(jìn)入肺部[1]。由此可見，PM2.5較PM10危害性更大。

秦皇島作為我國(guó)優(yōu)秀旅游城市，其旅游業(yè)（第三產(chǎn)業(yè)）為當(dāng)?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè)之一，空氣質(zhì)量的好壞，直接決定著秦皇島的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。目前，對(duì)秦島大氣顆粒物污染物特征、與氣象因素的關(guān)系等方面都有了一些研究，但只局限于PM10方面，對(duì)PM2.5污染特征以及與氣象因素的關(guān)系方面的研究相對(duì)較少。本研究是對(duì)秦皇島大氣中的顆粒物進(jìn)行實(shí)測(cè)，探尋秦皇島大氣顆粒物污染特征及PM2.5質(zhì)量濃度與氣象因素的關(guān)系，以期為秦皇島的大氣顆粒物污染防治提供對(duì)策。

1 采樣方法與設(shè)備

1.1 采樣地點(diǎn)與時(shí)間

采樣地點(diǎn)位于海港區(qū)中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院招待所三樓平臺(tái)，距離地面約8米，周圍無明顯污染源，主要為文教及居民區(qū)。此采樣點(diǎn)具有良好的代表性。

本研究的采樣周期為采暖期和非采暖期兩個(gè)月，秦皇島的采暖期為每年的11月5號(hào)—4月5號(hào)，本研究采暖期的采樣時(shí)間為2013年11月5日至2013年11月30日，非采暖期的采樣時(shí)間為2014年4月6日至2014年4月30日。顆粒物日變化曲線的采樣時(shí)間為2013年12月16日～17日、2014年4月16日～17日進(jìn)行。

1.2 采樣方法與設(shè)備

PM2.5采樣參照《環(huán)境空氣顆粒物（PM2.5）手工監(jiān)測(cè)方法（重量法）技術(shù)規(guī)范》（HJ656-2013）進(jìn)行[2]、PM10采樣參照《環(huán)境空氣 PM10、PM2.5的測(cè)定 重量法》（HJ618-2011）進(jìn)行[3]。

PM10、PM2.5采樣器采用青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究的嶗應(yīng)2050型空氣/智能綜合采樣器,電子天平采用上海良平儀器儀表有限公司生產(chǎn)的FA1004型分析電子天平（可讀性為0.1mg,線性為小于等于0.2mg），濾膜采用青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究生產(chǎn)的玻璃纖維濾膜。

氣象資料來自中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供的秦皇島的同期氣象資料。

2 結(jié)果與討論

2.1 采暖期與非采暖期PM2.5、PM10的平均濃度水平

根據(jù)2013年11月（采暖期）及2014年4月（非采暖期）的日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算得出采暖期與非采暖的日平均濃度以及比值，如表1所示。

PM2.5在采暖期的日均濃度大于非采暖期，其原因是由于太陽輻射低、降水量少、蒸發(fā)量較小、相對(duì)濕度較大、大氣穩(wěn)定性好、不易形成良好的擴(kuò)散條件等諸多因素造成的，秦皇島地處北方，11月5號(hào)開始進(jìn)行鍋爐取暖，化石燃料的使用，也在一定程度上加劇了污染。PM10在采暖期與非采暖期都保持著較高的污染水平，非采暖期PM10的平均濃度更是超出采暖期的水平，其原因是本研究非采暖期的平均值僅是2014年4月日均值的月平均，不能很好的代表秦皇島非采暖期PM10的平均濃度，非采暖期采樣恰好處在秦皇島的春季，春季秦皇島多大風(fēng)天氣，西北地區(qū)的粉塵經(jīng)大風(fēng)長(zhǎng)距離的輸送到達(dá)本地，以及本地建筑企業(yè)粉塵的交加，致使秦皇島春季表現(xiàn)出較高的粉塵濃度，粉塵中PM10占了絕大多數(shù)。這與張寶貴等研究結(jié)果：秦皇島春季多為沙塵，PM10的高值多出現(xiàn)在2月～5月，峰值出現(xiàn)在4月相一致[4]。因此秦皇島春季表現(xiàn)出較高的PM10濃度。

據(jù)表一可知：采暖期PM2.5在PM10中的比重為0.41，非采暖期PM2.5在PM10中的比重為0.35.由此可以看出采暖期對(duì)于PM2.5貢獻(xiàn)比較大。這與鍋爐大量燃燒煤炭，產(chǎn)生大量的細(xì)微顆粒物及采暖期較差的空氣擴(kuò)散條件有關(guān)

2.2 采暖期與非采暖期PM2.5、PM10日變化

采暖期與非采暖期PM2.5、PM10的日變化趨勢(shì)，見圖1所示。總體上，采暖期與非采暖期PM2.5和PM10均呈現(xiàn)“倒S”的日變化趨勢(shì)（即早晚雙峰），但采暖期與非采暖在變化幅度，峰值大小上有所差異，這與劉魯寧的研究結(jié)果PM10的日變化趨勢(shì)呈現(xiàn)早晚雙峰的變化趨勢(shì)相一致[5]。

采暖期PM2.5的峰值分別出現(xiàn)在8:00和20:00，最低值出現(xiàn)在14:00左右，峰值濃度分別為76μg/m3和90μg/m3；非采暖期PM2.5的峰值分別出現(xiàn)在8:00和22:00，最低值出現(xiàn)在14:00左右，峰值濃度分別為 53μg/m3和 76μg/m3。 從圖一看出：6:00～8:00 PM2.5的質(zhì)量濃度呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，其原因與交通早高峰有關(guān)，此時(shí)段汽車排放大量的尾氣，增加了空氣中細(xì)微顆粒物的濃度。8:00以后PM2.5的質(zhì)量濃度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，其原因?yàn)樘栞椛浼訌?qiáng)，大氣的不穩(wěn)定度增加，顆粒物擴(kuò)散條件較好。傍晚后PM2..5呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，主要原因與交通晚高峰有關(guān)，此時(shí)汽車排放的尾氣較多，這增加了空氣中細(xì)微顆粒物的濃度。

采暖期PM10的峰值分別出現(xiàn)在8:00和22:00，最低值出現(xiàn)在14:00左右，峰值濃度分別為203μg/m3和155μg/m3;非采暖期峰值分別出現(xiàn)在8:00和0:00最低值出現(xiàn)在10:00，峰值濃度分別為210μg/m3和194μg/m3。PM10呈現(xiàn)與PM2.5相似的規(guī)律。

圖1 采暖期與非采暖期PM2.5、PM10日均濃度變化

2.3 采暖期PM2.5的質(zhì)量濃度與氣象因素關(guān)系分析

采暖期的PM2.5質(zhì)量濃度比非采暖期高，對(duì)采暖期的PM2.5進(jìn)行綜合研究有著更現(xiàn)實(shí)的意義。采暖期PM2.5質(zhì)量濃度不僅受人為活動(dòng)的影響，還會(huì)受到氣象因素的影響。根據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供的秦皇島同期氣象資料中的平均氣壓、平均氣溫、平均相對(duì)濕度、蒸發(fā)量、平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、極大風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、平均地表地溫等9個(gè)氣象因素，分析PM2.5的質(zhì)量濃度與氣象因素的關(guān)系。

通過研究發(fā)現(xiàn)，平均相對(duì)濕度、蒸發(fā)量與PM2.5的質(zhì)量濃度有著密切的關(guān)系，而平均氣溫、平均風(fēng)速、最高風(fēng)速、極大風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、平均地表氣溫等與質(zhì)PM2.5量濃度關(guān)系不太密切。鑒于時(shí)間等原因，本文重點(diǎn)對(duì)采暖期PM2.5質(zhì)量濃度與有著密切關(guān)系的氣象要素進(jìn)行分析。

2.3.1 PM2.5質(zhì)量濃度與平均相對(duì)濕度的關(guān)系

圖2 PM2.5質(zhì)量濃度與相對(duì)平均濕度的關(guān)系

PM2.5、的質(zhì)量濃度與平均相對(duì)濕度的關(guān)系，如圖2所示。（圖2所示數(shù)據(jù)均進(jìn)行扣除了無效數(shù)據(jù)及偏離值的處理）平均相對(duì)濕度越大，PM2.5的質(zhì)量濃度越大，可見平均相對(duì)濕度與PM2.5質(zhì)量濃度存在正相關(guān)性關(guān)系。這與李凱等的研究結(jié)果PM2.5的質(zhì)量濃度與日均相對(duì)濕度呈著的正相關(guān)相一致[6]。其原因是：當(dāng)空氣中的相對(duì)濕度較大時(shí)，某些顆粒物如：艾根核膜（Aitken）可以發(fā)生成核作用，即可以作為凝結(jié)核，促使飽和蒸汽在顆粒物上凝結(jié)為液滴（也就是說大氣中的顆粒物附著在水汽上），蒸汽溶解在微粒中，空氣濕度大不利于顆粒物的擴(kuò)散等原因造成的。

2.3.2 PM2.5質(zhì)量濃度與蒸發(fā)量的關(guān)系

PM2.5質(zhì)量濃度與蒸發(fā)量的關(guān)系，如圖3所示。（圖2所示數(shù)據(jù)均進(jìn)行扣除無效數(shù)據(jù)及偏離值的處理）蒸發(fā)量越大，PM2.5的質(zhì)量濃度越小，不難看出蒸發(fā)量與PM2.5的質(zhì)量濃度存在負(fù)相關(guān)性關(guān)系。這是因?yàn)椋赫舭l(fā)量與太陽輻射有著密切的關(guān)系，蒸發(fā)量大表明太陽輻射強(qiáng)，太陽輻射強(qiáng)，其近地面的溫度較高，這加強(qiáng)了空氣的垂直交換，空氣的擴(kuò)散能力在增強(qiáng)，細(xì)微顆粒物的濃度自然得到降低。蒸發(fā)量小時(shí)，太陽輻射較弱，空氣的擴(kuò)散能力下降，大氣較穩(wěn)定，不利于空氣擴(kuò)散，進(jìn)而導(dǎo)致PM2.5的質(zhì)量濃度增加。

圖3 PM2.5質(zhì)量濃度與蒸發(fā)量的關(guān)系

3 結(jié)論

3.1 秦皇島市采暖期PM2.5質(zhì)量濃度明顯高于非采暖期，約為1.13倍。采暖期PM2.5在PM10中的比重明顯高于非采暖期PM2.5在PM10中比重，秦皇島春季PM10污染較為嚴(yán)重。

3.2 PM2.5、PM10在采暖期與非采暖期日變化均呈現(xiàn)“倒S”型（早晚雙峰），日變化趨勢(shì)受交通高峰及采暖的影響較大。

3.3 PM2.5的質(zhì)量濃度與氣象因素有著較密切的關(guān)系，與PM2.5的質(zhì)量濃度有關(guān)的氣象因素不是單一，往往是復(fù)合的。其中平均相對(duì)濕度、蒸發(fā)量與PM2.5的質(zhì)量濃度有相關(guān)性關(guān)系。

3.4 通過以上分析得出：秦皇島顆粒物的污染深受季節(jié)的影響，春季秦皇島的PM10濃度較高，建議政府部門在春季應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控建筑等易產(chǎn)生粉塵的行業(yè)，秦皇島采暖期PM2.5濃度較高，這與汽車尾氣的排放及采暖有著密切的關(guān)系，建議政府部門應(yīng)加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車管理，嚴(yán)禁不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的車輛上路行駛。PM2.5與氣象因素有較密切的關(guān)系，建議做好防范工作。

［1］王曉蓉.環(huán)境化學(xué)[M].南京：南京大學(xué)出版社，1993，11.

［2］HJ656-2013 《環(huán)境空氣顆粒物（PM2.5）手工監(jiān)測(cè)方法（重量法）技術(shù)規(guī)范》[S].

［3］HJ618-2011 《環(huán)境空氣平 PM10、PM2.5的測(cè)定 重量法》[S].

［4］張寶貴.秦皇島市空氣污染與氣象要素的關(guān)系[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2009,8.

［5］劉魯寧.秦皇島大氣污染物濃度變化特征[J].環(huán)境科學(xué)，2013（34）：2089-2097.

［6］李凱.西安市采暖期PM2.5污染狀況及其與氣象因子的相關(guān)分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（37）：9603-9605.