長三角某區(qū)大氣顆粒物時(shí)間特征與原因分析

周玉香 蔣榮 王敏敏

（1. 南京理工大學(xué)，江蘇南京 210094；2. 江蘇省南通環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇南通 226000）

1 引言

大氣顆粒物按照粒徑大小可分為總懸浮顆粒物TSP（粒徑≤100 μm）、可吸入顆粒物PM10（粒徑≤10 μm）、細(xì)顆粒物PM2.5（粒徑≤2.5 μm）、超細(xì)顆粒物PM1（粒徑≤1 μm）。PM10和PM2.5是環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測中的常規(guī)污染因子。2012 年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署公布的《全球環(huán)境展望5》指出，每年有近200 萬的過早死亡病例與顆粒物污染有關(guān)［1］。近幾年來我國出現(xiàn)大范圍的持續(xù)性霧霾天氣［2］，對人體健康和交通出行等都產(chǎn)生一些不利影響。

2013 年，國務(wù)院出臺大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃和相關(guān)措施，目標(biāo)到2017 年長三角區(qū)域細(xì)顆粒物濃度下降20%。經(jīng)過5 年實(shí)施計(jì)劃，大氣污染治理不斷提速，治理成效逐步顯現(xiàn)［3］。本文對長三角某區(qū)2013—2017 年的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，探究該區(qū)大氣中PM10和PM2.5的時(shí)間變化特征，為該區(qū)治理顆粒物污染提供一定的數(shù)據(jù)支撐和建議。

2 數(shù)據(jù)篩選

考慮到選取該區(qū)5 年完整的季節(jié)時(shí)間段，數(shù)據(jù)選擇2013 年1 月1 日—2018 年2 月28 日每天連續(xù)采樣觀測PM10和PM2.5的日均值結(jié)果。采樣天數(shù)為1 885 d，由于自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)儀器故障或停電，實(shí)際有效天數(shù)為1 878 d。

3 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

該區(qū)為二類環(huán)境空氣功能區(qū)，執(zhí)行《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）二級質(zhì)量濃度限值［4］。

4 分析方法

通過統(tǒng)計(jì)分析，尋找不同時(shí)間尺度下PM10和PM2.5濃度的時(shí)間分布特點(diǎn)，包括年度、季節(jié)、月度變化情況。

5 監(jiān)測結(jié)果分析

5.1 年變化特征

2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM10和PM2.5的監(jiān)測結(jié)果見表1。由表1 可見，2013—2017 年該區(qū)PM10和PM2.5年均值呈下降趨勢。2013 年該區(qū)PM10和PM2.5年均濃度分別為109，71 μg/m3，至2017 年分別降至65，38 μg/m3，下降幅度分別達(dá)40.4%，46.5%。該區(qū)PM10和PM2.5有超標(biāo)現(xiàn)象，2013 年超標(biāo)最高。2013 年P(guān)M10超標(biāo)0.56 倍，2016 和2017 年P(guān)M10均不超標(biāo)。2013 年P(guān)M2.5超標(biāo)1.03 倍，至2017年仍然超標(biāo)0.08 倍。

表1 長三角某區(qū)2013—2017 年大氣PM10 和PM2.5年均濃度變化情況

5.2 季節(jié)變化特征

該區(qū)屬亞熱帶濕潤性氣候，季風(fēng)影響明顯，雨熱同季。該區(qū)四季分明，3—5 月為春季，6—8 月為夏季，9—11 月為秋季，12 月—第二年2 月為冬季。2013—2017 年該區(qū)大氣PM10和PM2.5季節(jié)濃度值見圖1。由圖1 可見，四季顆粒物質(zhì)量濃度由高到低依次為冬季、春季、秋季、夏季。PM10和PM2.5濃度干濕兩季變化明顯，春冬季節(jié)為干季，降雨量較少，天氣易干燥，空氣的水平和垂直運(yùn)動(dòng)緩慢，晝夜溫差變化大，易出現(xiàn)大霧和逆溫影響PM10和PM2.5擴(kuò)散。夏秋季為濕季，雨季集中出現(xiàn)在5—9 月，受來自海洋上空清潔氣團(tuán)影響，降水量大，PM10和PM2.5濃度明顯下降。

圖1 2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM10 和PM2.5 季節(jié)濃度值

5.3 月變化特征及相關(guān)性

5.3.1 月均濃度變化特征

2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM10和PM2.5月均濃度值見圖2。從圖2 可以看出，2013—2017 年，該區(qū)大氣PM10和PM2.5月均濃度走勢具有相似性。PM10濃度最高值出現(xiàn)在2013 年12 月（195 μg/m3），最低值出現(xiàn)在2016 年8 月（35 μg/m3）；PM2.5濃度最高值出現(xiàn)在2013 年12 月（137 μg/m3），同PM10濃度月份最高值一致，但最低月份值不一致，出現(xiàn)在2017 年10 月（20 μg/m3）。每個(gè)自然年中月均濃度變化接近V 型，每年的谷值出現(xiàn)在9 月前后，每年峰值出現(xiàn)在1 月前后。

圖2 2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM10 和PM2.5 月均濃度值

5.3.2 PM10和PM2.5月均質(zhì)量濃度的相關(guān)性

對2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM10和PM2.5月均質(zhì)量濃度進(jìn)行線性相關(guān)性分析，結(jié)果見圖3，擬合方程為y＝1.308x＋13.231，相關(guān)系數(shù)R 為0.938，說明PM10和PM2.5月均濃度呈很強(qiáng)的正相關(guān)，兩者都是大氣顆粒污染物，區(qū)別就在于粒徑的大小，一定程度上表明PM10和PM2.5具有同源性。

圖3 2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM10 和PM2.5月均質(zhì)量濃度相關(guān)性分析

5.4 PM2.5/PM10 的變化特征

探究PM2.5在PM10中的占比能反映出顆粒物粒徑構(gòu)成和污染的原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM2.5/PM10月均比值在0.46～0.85 之間，平均值為0.64，可見該區(qū)大氣顆粒物污染PM2.5的貢獻(xiàn)率達(dá)一半以上。按照季節(jié)分析PM2.5/PM10比值，發(fā)現(xiàn)四季的變化趨勢與顆粒物質(zhì)量濃度高低不一致，冬季平均比值最高為0.70，春季平均比值最低為0.58，夏季和秋季比值一樣為0.63。這與Zhou X H等［5］所研究的中國PM2.5質(zhì)量濃度占PM10的65%左右現(xiàn)象是一致的，這也表明冬季PM10和PM2.5的污染最為嚴(yán)重。

6 污染變化原因分析

6.1 氣候因素

該區(qū)夏季盛行東南風(fēng)，冬季盛行偏北風(fēng)，夏季空氣對流活動(dòng)增強(qiáng)，有利于空氣污染物的擴(kuò)散。夏季雨量占全年雨量的40%～50%，而春冬季雨水較少，不利于大氣污染物的沖刷。冬季夜間溫度較低會(huì)增加相對濕度，同時(shí)降低空氣中的飽和含水量，早晨霧會(huì)遮擋光線，地面接收不到太陽的光照，易形成逆溫層，導(dǎo)致污染物無法向上擴(kuò)散。

6.2 地區(qū)活動(dòng)

工業(yè)源一直是污染物來源的主體，包括燃煤（燃煤電廠、集中供熱）和工業(yè)生產(chǎn)（工業(yè)鍋爐及窯爐、生產(chǎn)工藝過程排放）等。城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及園林綠化工程造成揚(yáng)塵污染增加。機(jī)動(dòng)車保有量逐年增加，且未對私家車實(shí)行限行，機(jī)動(dòng)車尾氣排放的主要污染物為CO，NOX，CH 化合物，造成光化學(xué)煙霧問題日益突出。

6.3 環(huán)保政策影響

環(huán)境政策往往決定了下一階段環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)，并通過管理手段來實(shí)現(xiàn)。2013 年9 月國務(wù)院發(fā)布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，正式全方位科學(xué)地治理大氣污染，2014 年全面實(shí)施“治企、管車、降塵、控煤、禁燒、聯(lián)防”大氣污染防治方針等，一系列的環(huán)保政策使得大氣污染物排放量明顯下降，環(huán)境明顯改善。

7 建議

為有效控制該區(qū)大氣顆粒物污染，一是從源頭入手，加大控制力度，提高思想認(rèn)識和進(jìn)行政策激勵(lì)，多使用清潔能源；二是提倡廣大群眾綠色出行，鼓勵(lì)乘坐公共交通工具以及騎車；三是加強(qiáng)城市生態(tài)建設(shè)，合理規(guī)劃綠化和管理水域；四是加強(qiáng)監(jiān)測監(jiān)控，冬季需要重點(diǎn)開展大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動(dòng)。

8 結(jié)論

近年來，該區(qū)PM10和PM2.5年均值顯著下降，與2013 年比，2017 年下降幅度分別達(dá)40.4%，46.5%，超額完成《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》年度改善目標(biāo)，環(huán)境空氣質(zhì)量總體改善明顯。該區(qū)PM10和PM2.5濃度干濕兩季變化明顯，呈現(xiàn)春冬季高、夏秋季低的變化趨勢，每年的谷值出現(xiàn)在9 月前后，每年峰值出現(xiàn)在1 月前后。PM10和PM2.5月均濃度呈很強(qiáng)的正相關(guān)，一定程度上說明2 種污染物的源頭和傳播途徑相似。該區(qū)PM2.5/PM10月均比值為0.64，冬季平均比值最高為0.70。PM10和PM2.5濃度的變化受氣候、地區(qū)活動(dòng)和環(huán)保政策的影響，建議加強(qiáng)監(jiān)測監(jiān)控，鼓勵(lì)低碳環(huán)保行動(dòng)。