大氣污染防治行動計劃期間天津市PM10濃度變化分析

畢溫凱,李 鵬

(天津市生態環境監測中心,天津 300191)

1 引言

可吸入顆粒物(PM10)，是指懸浮在空氣中，空氣動力學當量直徑小于等于10μm的顆粒物。PM10粒徑小，可被人體吸入，引起呼吸系統和心腦血管等多種疾病[1，2]，我國[3]和世界衛生組織[4](World Health Organization， WHO)均將其列入空氣質量標準，予以重點關注。

為保障公眾健康，改善空氣質量，2013年國務院印發了《大氣污染防治行動計劃》[5]，要求到2017年全國地級及以上城市可吸入顆粒物濃度比2012年下降10%以上。天津市人民政府為此專門印發了《天津市清新空氣行動方案》[6]，通過工業排放治理、揚塵污染治理等手段降低PM10濃度。本文通過對2013～2017年天津市PM10濃度情況進行監測，討論了《大氣污染防治行動計劃》期間天津市PM10濃度變化特征，并結合天津市PM10來源解析結果提出PM10濃度改善建議。

2 材料和方法

2.1 監測儀器

采用TEOM-1405型連續環境顆粒物自動監測儀(ThermoFisher Scientific ,USA)，該儀器基于震蕩微天平法(Tapered Element Oscillationg Microbalance)，簡稱為TEOM法。

TEOM法原理是位于質量檢測系統中部的錐形元件為一空心管，一端被固定夾緊，另一端自由震蕩。一個可更換的TEOM濾膜位于自由端的上部。樣品氣流被抽取通過濾膜，而后通過錐形元件。經過采樣氣溫和壓力修正的質量流量控制器用來保持氣流的恒定體積流量。

錐形元件以準確的自然頻率振動，與音叉類似。電子電路能檢測到震蕩，通過正反饋施加系統足夠的能量以克服損失，自動增益控制電路保持震蕩放大倍數恒定。精確電子計數器在10 s的采樣時間內測量震蕩頻率。

錐形元件本質上是一個有特定彈性系數和質量的中空懸臂。在任何彈性-質量體系中，如果質量增加則震蕩頻率降低。根據質量和頻率間的相關變化，微處理器能即時測出濾膜上所累計總質量、質量流量和質量濃度，然后通過儀器顯示單元或數據傳輸系統展示濃度數據。

2.2 數據處理

天津市PM10由14個國控環境空氣質量評價城市自動監測點位的平均值計算獲得，14個國控評價點位位于中心城區、環城四區和濱海新區。所有監測數據均通過中國環境監測總站審核，由于2013年起我國頒布了新的環境空氣質量標準，為統一評價方式，以2013年作為基準年進行評估，監測時段2013年1月1日至2017年12月31日，無缺失數據。另生態環境部要求2016年至2017年受沙塵天氣影響天氣PM10予以剔除，不參與城市評價、考核和排名[7]，但為保證數據可比性，本研究2016～2017年在沙塵天氣下PM10均予以保留。

3 結果與討論

3.1 年際變化

圖1為監測期間內天津市PM10年均濃度變化情況，2013～2017年PM10年均濃度分別為150、133、116、103和99 μg/m3，PM10濃度逐年下降，與2013年相比，2017年PM10年均濃度下降34.0%，PM10濃度改善情況達到并遠超過《大氣污染防治行動計劃》PM10年均濃度下降10%的目標，說明《大氣污染防治行動計劃》對于PM10治理有顯著作用。

從年均達標情況看，2013～2017年天津市PM10年均濃度均顯著高于WHO年均標準(20 μg/m3)和我國年均二級標準(50 μg/m3)，說明天津市PM10濃度改善空間較大。24 h平均達標天數顯示，2013～2017年天津市達標天數逐年增加，其中2017年按WHO和國家二級標準分別達標62 d和313 d，較2013年分別增加了50 d和89 d，增長較為顯著(表1)。

表1 2013～2017年天津市PM10日均濃度達標天數 d

3.2 季度和月變化

從季節變化上看其中冬季1、2和12月PM10濃度最高，春季3、4和5月濃度次高，夏季6、7和8月濃度最低，秋季9、10和11月濃度次第。PM10濃度出現以上季節性變化的原因主要是冬季供暖排放較大且重污染天氣對濃度貢獻較高，春秋季主要是風沙較大沙塵傳輸影響顯著，夏季雖然風力相對較弱但垂直擴散條件有利(圖2)。

圖2 2013～2017年天津市PM10季度平均濃度變化情況

表2顯示2013～2017年天津市PM10月均濃度變化情況，各月PM10濃度均呈現整體下降趨勢，2017年各月PM10濃度范圍在55～158μg/m3，除強沙塵天氣導致的2017年4月和5月PM10濃度較2013年同期高6.8%和11.3%外，其余月份PM10濃度較2013年同期低21.8%～54.2%。

總體看來，2013～2017年天津市PM10年均濃度逐年下降，達到并遠超過《大氣污染防治行動計劃》PM10年均濃度下降10%的目標，達標天數明顯增加，季度和月均濃度顯著下降，以上情況說明《大氣污染防治行動計劃》對于天津市PM10改善起到了積極效果。但與WHO和國家二級年均標準相比，天津市PM10濃度明顯偏高，根據天津市大氣顆粒物來源解析結果[8]，天津市PM10主要來源依次為揚塵、燃煤、機動車、工業和其他，由于近年來天津市煤改氣和散煤治理力度加大，建議天津市仍需從揚塵、機動車和工業排放等方面加大管控力度[9～17]。

表2 2013～2017年天津市PM10月均濃度 μg/m3

4 結論

(1) 2013～2017年天津市PM10濃度下降34.0%，《大氣污染防治行動計劃》對于天津市PM10濃度改善效果顯著。

(2) 天津市PM10呈現冬季最高、春季次之，夏季最低的季節變化特點。

(3) 天津市PM10濃度仍相對偏高，建議未來從揚塵、機動車和工業排放等方面加大管控力度，促進天津市PM10濃度持續改善。