云南省16城市大氣細(xì)顆粒物污染特征研究

鄧 聰

(云南省環(huán)境監(jiān)測中心站，云南 昆明 650034)

云南省16城市大氣細(xì)顆粒物污染特征研究

鄧 聰

(云南省環(huán)境監(jiān)測中心站，云南 昆明 650034)

收集了云南省16個城市2015年全年大氣細(xì)顆粒物(PM2.5)質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，分析了云南不同城市的大氣PM2.5時空分布特征及來源情況。結(jié)果表明，2015年云南省16城市的大氣PM2.5濃度超標(biāo)天數(shù)較多，是此區(qū)域的首要污染物。夏天雨季能有效降低細(xì)顆粒物的濃度水平；1—3月較高水平的PM2.5濃度可能是土壤風(fēng)沙塵與東南亞毀林燒荒共同作用的結(jié)果。

PM2.5；時空變化；相關(guān)性；云南

2012年我國新的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-2012)頒布實(shí)施的大背景下，全國PM2.5濃度超標(biāo)成為我國城市大氣環(huán)境的主要問題之一。除了一次排放源外，人類活動排放的SO2、NOX、NH3和揮發(fā)性有機(jī)物等，在大氣中發(fā)生的二次反應(yīng)是導(dǎo)致近地面PM2.5污染的另一個重要原因。較高的大氣PM2.5濃度會顯著降低能見度，影響人類健康[1-7]。

云南省地處我國西南云貴高原，近年來工業(yè)快速發(fā)展及汽車保有量的迅速增加，促使該區(qū)域空氣污染特征由煤煙型向煤煙型-汽車尾氣型混合污染轉(zhuǎn)化，云南高原輻射強(qiáng)烈，存在較長時間的旱季(尤其是11月—次年5月)，易造成大氣化學(xué)生成二次細(xì)顆粒物增多的趨勢。本研究采用2015年云南省16個城市的PM2.5濃度連續(xù)在線觀測數(shù)據(jù)和其他常規(guī)大氣污染物數(shù)據(jù)，分析云南區(qū)域大氣PM2.5時空分布特征、相關(guān)性及可能的來源，重點(diǎn)對春季較高的PM2.5濃度進(jìn)行分析，以期為云南省制定有效的大氣污染控制政策提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

大氣PM2.5采樣點(diǎn)位共計(jì)40個，即云南省16個城市的國家環(huán)境空氣自動監(jiān)測站點(diǎn)，包括昆明(7個點(diǎn)位)、玉溪(3個點(diǎn)位)、麗江(3個點(diǎn)位)、紅河(3個點(diǎn)位)、曲靖(2個點(diǎn)位)、保山(2個點(diǎn)位)、昭通(2個點(diǎn)位)、思茅(2個點(diǎn)位)、臨滄(2個點(diǎn)位)、楚雄(2個點(diǎn)位)、文山(2個點(diǎn)位)、西雙版納(2個點(diǎn)位)、大理(2個點(diǎn)位)、德宏(2個點(diǎn)位)、怒江(2個點(diǎn)位)和迪慶(2個點(diǎn)位)。采樣點(diǎn)均能代表各個城區(qū)的空氣質(zhì)量，采樣點(diǎn)離地高約3m，觀測時間為2015 年1月1日—12月31日。

采樣儀器為美國R&P 公司1400a TEOM 自動在線監(jiān)測系統(tǒng)， 對大氣PM2.5質(zhì)量濃度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。系統(tǒng)安裝PM2.5切割頭，并具有濕度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)室內(nèi)溫度控制在26℃，氣體進(jìn)入質(zhì)量傳感器前溫度預(yù)熱至50℃，流量為1 L/min。每周對氣體流量以及濾膜負(fù)載率進(jìn)行校核， 當(dāng)濾膜負(fù)載率超過30%時對濾膜進(jìn)行更換以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。系統(tǒng)提供全天24h PM2.5實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 濃度水平

基于2015年環(huán)境空氣污染物小時均值質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)序列，計(jì)算了云南省16個城市PM2.524h濃度均值，40個監(jiān)測點(diǎn)位全年P(guān)M2.5日平均濃度為27.74±17.51μg/m3。根據(jù)2015年環(huán)境空氣質(zhì)量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，16個城市累計(jì)超標(biāo)共158d，其中重度污染1d，中度污染7d，輕度污染150d，首要污染物以PM2.5為主，占63.9%。污染主要發(fā)生在云南氣候條件干季時，集中于春、秋、冬季節(jié)。除香格里拉和麗江2個城市外，其余14個城市均發(fā)生過細(xì)顆粒物超標(biāo)的污染天氣：蒙自(16d)、昭通(13d)、景洪(13d)、臨滄(11d)、文山(10d)、保山(10d)、普洱(9d)、芒市(6d)、曲靖(3d)、六庫(3d)、昆明(2d)、玉溪(2d)、大理(2d)、楚雄(1d)。

圖1給出了云南16個城市2015年P(guān)M2.5濃度的日均值變化曲線，PM2.5質(zhì)量濃度日變化起伏明顯，各個城市并沒有統(tǒng)一的變化規(guī)律，但從整體趨勢分析可知，16個城市在1—3月PM2.5濃度明顯高于其他月份，大部分城市在6月和9月的大氣PM2.5質(zhì)量濃度均處于全年最低水平。從云南省氣象特征分析可知，6—11月是云南地區(qū)的多雨季節(jié)，雨量充沛，雨水沖刷作用能夠降低大氣中PM2.5含量，導(dǎo)致這段時間整體PM2.5濃度水平不高。另一方面，干燥的春季大風(fēng)速出現(xiàn)的頻率較高，亦可能引起1—3月地面揚(yáng)塵對大氣PM2.5的顯著貢獻(xiàn)。

2.2 空間及季節(jié)分布特征

圖2 給出了16個城市PM2.5的季節(jié)平均濃度變化。 16個城市大氣細(xì)顆粒物濃度均值的季節(jié)分布表明，冬季(12—2月)PM2.5濃度季節(jié)平均值較高，為34.85±9.84μg/m3，其次是春季( 3—5月)PM2.5濃度為34.82±9.40μg/m3，再次是秋季(9—11月)22.01±5.87μg/m3，PM2.5濃度最低的季節(jié)是夏季(6—8月)，為19.56±5.86μg/m3。出現(xiàn)這種季節(jié)分布特征的主要原因可能與氣象因素相關(guān)，比如降雨、風(fēng)速及大氣穩(wěn)定度，都對城市區(qū)域大氣PM2.5濃度的分布具有重要影響，冬、春季氣候干燥少雨，日照充足，易起塵；而6、7、8 月間云南充足的降雨大大抑制了空氣中顆粒物的含量，導(dǎo)致細(xì)顆粒物相比其他季節(jié)明顯降低。其次外來源傳輸對區(qū)域PM2.5濃度分布也有重要影響，可能是春季3月份大氣細(xì)顆粒物較高的重要原因。春季東南亞毀林造田采用火燒森林方式，排放了大量煙氣及PM2.5污染物，對下風(fēng)向的云南省大部分區(qū)域都有可能造成影響。

2.3 相關(guān)性分析

城市大氣中細(xì)顆粒一方面來源于人類或自然排放的一次來源，如化石燃料的燃燒、烹飪油煙、化工過程、沙塵暴、火山噴發(fā)或海洋飛沫等，另一方面來源于大氣光化學(xué)反應(yīng)形成的二次顆粒物。從整體來說，在城市中大氣PM10和SO2等主要來自于人類一次排放源，與大氣PM2.5存在共同來源，研究它們之間的相關(guān)性有助于理解大氣PM2.5的來源。

我們采用相關(guān)系數(shù)法分析污染物對大氣PM2.5的影響。表1給出了云南16城市PM10和SO2與PM2.5相關(guān)性。從云南整體來看，PM2.5和PM10相關(guān)系數(shù)為0.7，存在明顯正相關(guān)關(guān)系，說明兩者存在共同來源。現(xiàn)有研究表明，一般情況下PM10較多來源于燃煤和土壤風(fēng)沙塵，可見，大氣PM2.5可能也與燃煤和土壤風(fēng)沙有關(guān)；而通過PM2.5和SO2相關(guān)系數(shù)發(fā)現(xiàn)R2值僅0.3，不存在顯著相關(guān)。SO2是典型的燃煤產(chǎn)物，從而判斷PM2.5與土壤風(fēng)沙塵關(guān)系更為緊密，說明云南各個城市大氣PM2.5存在著大量土壤塵的貢獻(xiàn)。臨滄、麗江和迪慶等地表現(xiàn)出與燃煤和土壤塵均無明顯關(guān)系的結(jié)論，可能是機(jī)動車或外來源貢獻(xiàn)較為明顯。

表1 云南城市大氣PM2.5與其他污染物相關(guān)性(R2)

2.4 PM2.5傳輸來源分析

一般來說，每年3—5月云南西南側(cè)的東南亞國家進(jìn)行春種燒荒，導(dǎo)致森林火災(zāi)，會出現(xiàn)大量密集起火點(diǎn)(圖3)，大量生物質(zhì)燃燒導(dǎo)致PM2.5直接排放濃度急劇上升，同時產(chǎn)生大量大氣光化學(xué)反應(yīng)前體物。另外，印度洋西南方向進(jìn)入云南的暖濕氣流，將這些大氣污染物輸送進(jìn)入云南境內(nèi)，造成云南省自西南方向的蒙自(16d)、景洪(13d)、臨滄(11d)、文山(10d)、保山(10d)、普洱(9d)、芒市(6d)、曲靖(3d)、六庫(3d)、昆明(2d)、玉溪(2d)、大理(2d)、楚雄(1d)等城市地區(qū)此期間均出現(xiàn)PM2.5濃度相對較高現(xiàn)象。同時，昆明大氣重金屬在線監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，鉀元素作為生物質(zhì)燃燒的標(biāo)識性物質(zhì)，在3月和4月濃度遠(yuǎn)高于其他月份，證明了昆明地區(qū)存在生物質(zhì)燃燒源顆粒物排放的外來傳輸源對本地大氣顆粒物的貢獻(xiàn)，說明PM2.5污染在1—3月存在大量的外來傳輸貢獻(xiàn)。從圖4可以看出，3月典型近地氣團(tuán)均經(jīng)過東南亞火點(diǎn)密集區(qū)域，污染物可以在近地面進(jìn)行穩(wěn)定的傳輸，從而造成云南多數(shù)城市較高的PM2.5超標(biāo)現(xiàn)象。2015年春季云南省部分城市出現(xiàn)不同天數(shù)的PM2.5超標(biāo)現(xiàn)象，主要是由于極端不利的氣象條件和污染物隨大氣遠(yuǎn)程輸送進(jìn)入云南境內(nèi)造成的。

3 結(jié)論

(1)通過對云南40個監(jiān)測點(diǎn)位PM2.5觀測分析發(fā)現(xiàn)，2015年云南16個城市的PM2.5平均濃度為27.74±17.51μg/m3。

(2)16個城市首要污染物以PM2.5為主。污染主要發(fā)生在云南氣候條件干季，集中于冬、春季節(jié)。除香格里拉和麗江2個城市外，其余14個城市均發(fā)生過細(xì)顆粒物超標(biāo)的污染現(xiàn)象。

(3)16個城市大氣細(xì)顆粒物濃度在冬季最高為34.85±9.84μg/m3，其次春季34.82±9.40μg/m3，再次是秋季22.01±5.87μg/m3，濃度最低的季節(jié)是夏季為19.56±5.86μg/m3。

(4) 相關(guān)性研究表明，土壤塵可能是云南大氣細(xì)顆粒物的一個重要貢獻(xiàn)源。

(5) 后向氣團(tuán)軌跡模型研究表明，春季出現(xiàn)的云南大面積細(xì)顆粒超標(biāo)現(xiàn)象與東南亞國家的毀林燒荒現(xiàn)象有密切關(guān)系。

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[7]曹軍驥.PM2.5與環(huán)境[M]. 北京：科學(xué)出版社，2014: 6-8.

Research on Characteristics of Particle Pollution in Sixteen Cities of Yunnan

DENG Cong

(Yunnan Environmental Monitoring Center, Kunming Yunnan 650034，China)

The data of particle material concentration (PM2.5) of sixteen cities in Yunnan was collected and analyzed. The spatial and temporal distribution characteristics of PM2.5were analyzed. The results showed that the number of days of more than standard were much more than before in the sixteen cities in 2015. PM2.5has become the dominant pollutant. Rainfall would reduce PM2.5concentration effectively in summer. However, high PM2.5concentration was found from January to March, which might be caused by the combined action of wind dust and forest fire in South-east Asia.

PM2.5; spatial and temporal change; correlation; Yunnan

2016-09-01

X51

A

1673-9655(2017)02-0086-05