咸寧市大氣顆粒物污染特征及氣象因子影響研究

尤能華，袁修彬，黃 彥，朱必農(nóng)，程 毅

(1.大容環(huán)境湖北有限公司，湖北 咸寧 437100;2.湖北省生態(tài)環(huán)境廳咸寧生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，湖北 咸寧 437100)

1 引言

大氣顆粒物是大氣中存在的直徑范圍為0.001～100μm固態(tài)和液態(tài)顆粒狀物質(zhì)的總稱，包括可吸入顆粒物(PM10)和細(xì)顆粒物(PM2.5)[1]。近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大氣顆粒物對環(huán)境的影響受到人們廣泛關(guān)注。由于世界衛(wèi)生組織發(fā)現(xiàn)PM10可進(jìn)入胸部，PM2.5可進(jìn)入人體肺泡，均可對人體健康產(chǎn)生顯著影響，因此關(guān)于空氣質(zhì)量的研究主要集中在PM10和PM2.5[2～11]。

咸寧市是武漢、長沙、南昌三大城市群的中心節(jié)點(diǎn)城市，近年來隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，咸寧市區(qū)空氣顆粒物污染問題愈加嚴(yán)重。本文利用 2017年1～12月份咸寧市區(qū)3個環(huán)境空氣自動站監(jiān)測數(shù)據(jù)和同期咸寧市國家氣象基準(zhǔn)站氣象數(shù)據(jù)，分析了咸寧市顆粒物污染演變特征，并研究其與氣象因子的關(guān)系，以期為咸寧市大氣污染防治提供參考。

2 資料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

大氣顆粒物濃度數(shù)據(jù)來源于湖北省生態(tài)環(huán)境廳咸寧生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心。氣象數(shù)據(jù)來源于國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境影響評價重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供的環(huán)境空氣質(zhì)量模型地面氣象數(shù)據(jù)服務(wù)[12]。

2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)PM10和PM2.5的小時濃度數(shù)據(jù)分別計算得出月均濃度、季均濃度，采用相關(guān)性分析方法(SPSS20.0)研究PM10和PM2.5的月均濃度與風(fēng)速、溫度、降水量、日照時數(shù)、相對濕度等氣象因子之間的關(guān)系。

3 結(jié)果

3.1 咸寧城區(qū)PM10和PM2.5濃度時間變化規(guī)律

2017年咸寧市各監(jiān)測點(diǎn)的 PM10和PM2.5月均濃度變化同步性較強(qiáng)，均表現(xiàn)為先降低、后升高的總體趨勢(圖1、圖2)。其中PM10在市發(fā)改委、咸安區(qū)政府和長江產(chǎn)業(yè)園3個監(jiān)測站點(diǎn)均為1月份最高，8月份最低；PM2.5在3個監(jiān)測點(diǎn)均是1月份最高，市發(fā)改委和咸安區(qū)政府兩個監(jiān)測站點(diǎn)在8月份時最低、長江產(chǎn)業(yè)園監(jiān)測站點(diǎn)在9月份最低。

2017年咸寧市各監(jiān)測點(diǎn)的 PM10和PM2.5季均濃度均表現(xiàn)為“冬高夏低”的特征(圖1、圖2)，即冬季(12～2月份)>春季(3～5月份)>秋季(9～11月份)>夏季(6～8月份)。

圖1 咸寧市PM10的質(zhì)量濃度時間變化

圖2 咸寧市PM2.5的質(zhì)量濃度時間變化

3.2 咸寧市PM2.5/PM10值的時間變化規(guī)律

通過對比分析大氣顆粒物PM10中PM2.5所占質(zhì)量濃度比PM2.5/PM10，除長江產(chǎn)業(yè)園8、9月份PM2.5/PM10值異常外，3個監(jiān)測點(diǎn)的PM2.5/PM10值均在0.6以上(圖3)，其中市發(fā)改委、咸安區(qū)政府和長江產(chǎn)業(yè)園3個監(jiān)測站點(diǎn)PM2.5/PM10年均值分別為0.83、0.66和0.69，全市PM2.5/PM10年均值0.73，高于南京年均值0.59[3]和北京年均值0.52[4]、低于成都年均值0.85[5]，這表明2017年咸寧市大氣顆粒污染物主要是PM2.5。

圖3 咸寧市PM2.5/PM10質(zhì)量濃度比值的時間變化

3.3 咸寧市PM2.5和PM10質(zhì)量濃度與氣象因子的關(guān)系

相關(guān)性分析表明，溫度、日照時數(shù)與各監(jiān)測點(diǎn)PM2.5和PM10質(zhì)量濃度均呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，即溫度、日照時數(shù)越高，空氣中PM2.5和PM10質(zhì)量濃度越低。降水量和相對濕度對空氣中PM2.5和PM10質(zhì)量濃度影響不顯著，但有部分影響。風(fēng)速對空氣中PM2.5和PM10質(zhì)量濃度影響不顯著(表1)。

4 討論

PM2.5是PM10的組成部分，但二者的屬性和來源又有所差別，因此二者時空特征具有相似一面也存在差異性的一面[6]。研究發(fā)現(xiàn)，咸寧城區(qū)PM2.5和PM10時間變化基本一致，具有很強(qiáng)的同步性，與鄧緒偉等[2，13]研究的湖北省大氣顆粒物濃度變化規(guī)律一致(圖1、圖2)。

表1 咸寧市PM2.5和PM10質(zhì)量濃度與氣象因子相關(guān)性分析(n=12)

研究發(fā)現(xiàn)，氣溫、日照等與咸寧市PM2.5和PM10月均質(zhì)量濃度均呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(表1)，夏季氣溫高、日照強(qiáng)且時間長，而冬季氣溫低、日照弱且時間短，使得PM2.5和PM10質(zhì)量濃度均呈現(xiàn)“冬高夏低”的特征。印證了李彩霞等[7]“夏季日照強(qiáng)有利于大氣顆粒物的擴(kuò)散和運(yùn)輸”和黃軍等[8]“冬季的氣溫較低，大氣層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定容易形成較厚的逆溫層，不利于顆粒物的稀釋和擴(kuò)散，使顆粒物在空氣中不斷積累而造成嚴(yán)重的空氣污染”的研究結(jié)論，表明咸寧市大氣顆粒物質(zhì)量濃度主要受大氣湍流和垂直對流作用的影響。夏季較強(qiáng)的光化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的二次氣溶膠濃度增加[3,7]，可能是6～8月份PM2.5/PM10較高的原因。

研究發(fā)現(xiàn)，咸寧城區(qū)月均風(fēng)速與PM2.5和PM10月均質(zhì)量濃度相關(guān)性不顯著，與鄧緒偉等[2]研究的“湖北省大氣污染PM10和PM2.5濃度受風(fēng)速調(diào)節(jié)作用不顯著”結(jié)論一致。

與胡敏等[10,11]研究結(jié)果不同，咸寧城區(qū)顆粒物質(zhì)量濃度與降雨量無呈顯著相關(guān)，是否與霧炮車人工增濕降塵相關(guān)，還有待進(jìn)一步研究。