汕頭市金平區(qū)一次重污染天氣過程的PM2.5來源解析*

吳鑒原，張宇烽，汪佳俊，黃育秋，陳婷婷，楊素霞，占美君，謝遠術(shù)

(1 汕頭市環(huán)境保護監(jiān)測站，廣東　汕頭　515041；2 廣州禾信分析儀器有限公司，廣東　廣州　510530)

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汕頭市金平區(qū)一次重污染天氣過程的PM2.5來源解析*

吳鑒原1，張宇烽1，汪佳俊1，黃育秋1，陳婷婷1，楊素霞1，占美君1，謝遠術(shù)2

(1 汕頭市環(huán)境保護監(jiān)測站，廣東汕頭515041；2 廣州禾信分析儀器有限公司，廣東廣州510530)

2015年1月5日至6日汕頭市金平區(qū)的出現(xiàn)了一次重污染天氣過程，嚴重影響了該地區(qū)人們的生活健康。利用單顆粒氣溶膠質(zhì)譜(SPAMS)在線監(jiān)測設(shè)備，對污染過程的PM2.5的化學(xué)成分和來源進行全面分析，結(jié)果表明：本次持續(xù)污染過程主要是由于氣象擴散條件不利，燃煤源顆粒富集過多導(dǎo)致，建議在重污染天氣時優(yōu)先考慮加強對燃煤源采取管控措施。

單顆粒氣溶膠質(zhì)譜(SPAMS)；重污染；來源解析

汕頭，中國最早開放的經(jīng)濟特區(qū)，廣東省政府定位的省域副中心城市，粵東地區(qū)區(qū)域中心城市，是粵東、贛南、閩西南一帶的重要交通樞紐、進出口岸和商品集散地，素有“嶺東門戶、華南要沖”、“海濱鄒魯、美食之鄉(xiāng)”的美稱。共轄6區(qū)1縣，分別是龍湖區(qū)、金平區(qū)、濠江區(qū)、潮陽區(qū)、潮南區(qū)、澄海區(qū)和南澳縣。金平區(qū)是汕頭市政府所在地，也是汕頭市政治、經(jīng)濟、文化、商業(yè)中心和重要的工業(yè)、科技基地，更是汕頭經(jīng)濟特區(qū)水陸交通樞紐的重要門戶。

在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀(SPAMS，Single Particle Aerosol Mass Spectrometer)是基于質(zhì)譜技術(shù)的細顆粒物在線源解析監(jiān)測設(shè)備。通過SPAMS我們可以同時獲取單個細顆粒物的粒徑大小和化學(xué)組成，在建立本地源譜庫后可以在線實時對每個細顆粒物的來源進行判別。本文利用該技術(shù)在線實時得到金平區(qū)重污染天氣過程的PM2.5的化學(xué)組成及來源，追溯重污染天氣時的細顆粒物主要來源，為重污染天氣出現(xiàn)時的應(yīng)急處置措施的確定提供科學(xué)依據(jù)。

1　監(jiān)測信息

(1) 監(jiān)測地點：汕頭市金平區(qū)中山公園;

(2) 監(jiān)測儀器：單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀(SPAMS 0515);

(3) 采樣方式：環(huán)境空氣經(jīng)PM2.5切割頭切割后直接進入SPAMS分析;

(4) 監(jiān)測時間：1月5日18:00～1月6日15:00;

(5) 監(jiān)測點的分布圖如圖1所示。

圖1　監(jiān)測點位分布圖Fig.1　Monitoring points distribution

2　監(jiān)測期間氣象條件及空氣質(zhì)量狀況

2.1監(jiān)測期間氣象分析

圖2　金平區(qū)采樣期間氣象數(shù)據(jù)Fig.2　Meteorological data of Jinping District during sampling

監(jiān)測期間金平區(qū)平均風(fēng)速1.2 m/s，最低風(fēng)速0.3 m/s，最高風(fēng)速2.9 m/s；以西風(fēng)為主；濕度范圍在59%～82%；氣溫平均值為18.2 ℃，最低氣溫16.6 ℃，最高氣溫22.9 ℃；氣壓范圍在1011.9～1014.9 hPa。1月6日有0.2 mm的降雨量[1,4-5]。

2.2監(jiān)測期間空氣質(zhì)量狀況

監(jiān)測期間金平區(qū)AQI范圍在83～217之間，有4 h處于重度污染狀態(tài)，8 h處于中度污染狀態(tài)；PM2.5小時濃度平均值為116 μg/m3，濃度范圍為61 μg/m3～167 μg/m3，峰值167 μg/m3發(fā)生在1月6日10時。可見監(jiān)測期間金平區(qū)處于重污染天氣。

圖3　金平區(qū)采樣期間空氣質(zhì)量AQI變化圖Fig.3　Quality AQI variation of Jinping District during sampling

圖4　金平區(qū)采樣期間各污染物濃度變化圖Fig.4　Each pollutant concentration variation of Jinping District during sampling

污染高峰時段SO2、NO2、CO、PM10、PM2.5呈上升趨勢，O3呈下降趨勢。同樣O3具有顯著的日變化特征，峰值出現(xiàn)在每天中午時段，這和中午時段光照強度大，光氧化反應(yīng)劇烈有關(guān)。

3　污染過程分析

3.1污染過程氣象分析

從過程期間基本氣象要求與PM2.5小時濃度的相關(guān)性分析(見圖5)，地面氣壓和地面溫度與PM2.5呈弱相關(guān)性，地面濕度與PM2.5相關(guān)性顯著，地面風(fēng)速與PM2.5為負相關(guān)，風(fēng)速越低，濕度越高，PM2.5濃度越高。

圖5　污染過程基本氣象要素與PM2.5的相關(guān)性Fig.5　The correlation of Basic meteorological elements and PM2.5 in the pollution process

圖6是金平區(qū)細顆粒物濃度及風(fēng)速隨時間的變化情況，取1月5日18:00-1月6日15:00重污染過程時段，從圖6中可以看出風(fēng)速和細顆粒物濃度變化趨勢相反，該重污染時段風(fēng)速平均風(fēng)速1.2 m/s，風(fēng)速較小，基本處于靜風(fēng)狀態(tài)，氣象條件擴散不利，容易造成細顆粒物的富集。

圖6　監(jiān)測期間PM2.5濃度及風(fēng)速隨時間的變化趨勢Fig.6　The change trend of PM2.5 and velocity and time during sampling

綜合分析，重污染過程期間氣象要素具有高濕度，弱風(fēng)速的特點，近地面層大氣始終較為穩(wěn)定，形成易于造成污染物積累的氣象條件[1,4-5]。

3.2污染過程成分分析

為方便污染過程分析，將污染過程分為8個分析時段，各分析時段信息見表1。

表1　污染過程段信息Table 1　The information of the pollution process time

將采集的細顆粒物分為9類化學(xué)成分，分別為：元素碳(EC)、混合碳(ECOC)、富鉀顆粒(K)、富鈉鉀顆粒(NAK)、重金屬(HM)、礦物質(zhì)(SIO3)、有機碳(OC)、高分子有機碳(HOC)以及左旋葡聚糖顆粒(LEV)。下面對金平區(qū)5號18點到6號15點的連續(xù)污染過程各成分比例進行分析，以期找到污染發(fā)生的原因。污染過程中細顆粒物成分對比情況由圖7所示。

圖7　監(jiān)測期間污染過程PM2.5成分分析Fig.7　The chemical composition analysis of PM2.5in the pollution process during sampling

從圖7中可看出：

(1)由圖7中標示點1至點4為細顆粒物濃度持續(xù)升高過程，有機碳比例從31.5%攀升到45%，呈明顯上升趨勢，而元素碳占比變化不明顯，富鉀顆粒有所下降，其他類型細顆粒物占比較小且變化不明顯，有機碳主要來自于燃煤源、工業(yè)工藝源，因此此次污染可能和燃煤源或工業(yè)工藝源排放累積且氣象擴散條件不利有關(guān)；

(2)由點4至點6為細顆粒物濃度高污染時段，各類細顆粒物變化不大，有機碳顆粒占比最高，在42.6%～45%之間，其次為元素碳顆粒，在24.7%～27.7%之間，其他類型顆粒占比較低；

(3)由點6至點8，受到東南風(fēng)及小雨影響，氣象擴散條件變好，細顆粒物濃度快速下降，元素碳顆粒占比明顯上升，從24.7%增加到38.1%，有機碳顆粒占比大幅降低，另外，混合碳顆粒有所增加，其他類型細顆粒物占比較小且變化不明顯，元素碳主要來自于機動車尾氣源，表明在細顆粒物下降過程中，燃煤源或工業(yè)工藝源顯著下降而機動車尾氣源所占比例明顯上升[2-3]。

3.3污染過程來源分析

對顆粒物排放源進行分類，污染來源歸結(jié)為八大類，分別為海鹽、揚塵源、生物質(zhì)燃燒源、機動車尾氣源、燃煤源、工業(yè)工藝源、純二次無機源和其他。

下面對金平區(qū)5號18點到6號15點的連續(xù)污染過程各污染源比例進行分析。以期找到污染發(fā)生的原因。污染過程中細顆粒物來源對比情況由圖8所示。

圖8　監(jiān)測期間污染過程PM2.5來源分析Fig.8　The source analysis of PM2.5 in the pollution process during sampling

從圖8中可看出：

(1)由圖8標示點1至點4為細顆粒物濃度持續(xù)升高過程，燃煤源所占比例明顯上升，成為本次污染的首要污染源，占比最高達到44.4%，機動車尾氣源占比變化不大，揚塵源、生物質(zhì)燃燒源、工業(yè)工藝源等其它污染源均有一定幅度下降；

(2)由點4至點6為細顆粒物濃度高污染時段，各類污染源占比隨時間變化不大，燃煤源為首要污染源，占比在44.4%～45.1%之間，其次是機動車尾氣源，占比在22.8%～24.4%之間，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)整個污染過程中氣象條件擴散不利，更易于燃煤源顆粒的富集；

(3)由點6至點8，受到東南風(fēng)及小雨影響，氣象擴散條件變好，細顆粒物濃度快速下降，其中燃煤源出現(xiàn)大幅下降，而機動車尾氣源的占比明顯上升，比例高達31.1%。

4　結(jié)　論

(1) 本次監(jiān)測期間，汕頭市金平區(qū)中山公園監(jiān)測點位PM2.5顆粒物貢獻率主要的污染來源主要是燃煤源和機動車尾氣。

(2) 氣象條件相關(guān)性分析顯示地面濕度、地面風(fēng)速與PM2.5相關(guān)性顯著，重污染過程期間氣象要素具有高濕度，弱風(fēng)速的特點，近地面層大氣始終較為穩(wěn)定，形成易于造成污染物積累的氣象條件。

(3) 從污染過程細顆粒物成分分析：細顆粒物濃度持續(xù)升高過程，有機碳呈明顯上升趨勢，而元素碳占比變化不明顯，富鉀顆粒有所下降，其他類型細顆粒物占比較小且變化不明顯。氣象擴散條件變好，細顆粒物濃度快速下降，元素碳顆粒占比明顯上升，有機碳顆粒占比大幅降低，另外，混合碳顆粒有所增加，其他類型細顆粒物占比較小且變化不明顯。

(4) 從污染過程細顆粒物來源分析：細顆粒物濃度持續(xù)升高過程，燃煤源所占比例明顯上升，成為本次污染的首要污染源，機動車尾氣源占比變化不大，揚塵源、生物質(zhì)燃燒源、工業(yè)工藝源等其它污染源均有一定幅度下降；氣象擴散條件變好后，細顆粒物濃度快速下降，其中燃煤源出現(xiàn)大幅下降，而機動車尾氣源的占比明顯上升。

(5) 綜合污染過程成分分析、來源分析及氣象條件可得出，本次金平區(qū)持續(xù)污染過程主要是由于氣象擴散條件不利，燃煤源顆粒富集過多導(dǎo)致，建議在重污染天氣時可優(yōu)先考慮加強對燃煤源采取管控措施。

[1]丁銘,鄒強,郁建橋.2013年蘇州春季一次重污染天氣的過程分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2015, 31(4):44-47.

[2]李曉紅,程慧波,王莉娜.蘭州市大氣顆粒物污染特征分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2014,30(3):43-46.

[3]孫萌,魏巍,薛蓮,等,淺析2015年1月青島市兩次重污染天氣過程[J].城市地理,2015(10):185.

[4]王珊,廖婷婷,王莉莉,等.西安一次霾重污染過程大氣環(huán)境特征及氣象條件影響分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2015,35(11):3452-3462

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Source Apportionment of PM2.5in A Process of Heavy Pollution Weather in Jinping District, Shantou*

WU Jian-yuan1, ZHANG Yu-feng1, WANG Jia-jun1, HUANG Yu-qiu1, CHEN Ting-ting1,YANGSu-xia1,ZHANMei-jun1,XIEYuan-shu2

(1 Shantou Environmental Monitoring Station, Guangdong Shantou 515041;2. Guangzhou Hexin Analysis Instrument Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510530, China)

The heavy pollution weather process was happened in Jinping District, Shantou, during 5-6 January, 2015. It had seriously threatened the life and health of local residents. Based on single particle aerosol mass spectrometry (SPAMS) on-line monitoring devices, the chemical composition and source of PM2.5in the pollution process were analyzed. The result showed that this continuous pollution process was mainly due to the accumulation of the coal combustion in adverse weather conditions. The control of the coal source was recommended in heavy pollution weather.

single particle aerosol mass spectrometry (SPAMS); heavy pollution; source analysis

汕頭市科技資助項目([2015]106)。

吳鑒原(1981-)，男，工程師，主要研究方向為環(huán)境監(jiān)測。

張宇烽(1976-)，男，高級工程師，主要研究方向為環(huán)境監(jiān)測。

X823

B

1001-9677(2016)09-0138-04