通道縣城區PM10、PM2.5質量濃度變化和特征分析

楊文權1 郭 卉2

（1．懷化市生態環境局通道分局生態環境監測站 ，湖南 懷化 418500；2．湖南省生態環境監測中心大氣環境監測部，湖南 長沙 410014）

0 引言

空氣是人類賴以生存的必要條件，人類與環境和諧共存，世世代代繁衍生息。21世紀以來，隨著工業化、城市化、機動化進程的迅猛發展，世界人口快速增長，煤、石油等自然資源消耗巨大，于是不可避免地產生大量的PM10和PM2.5污染物，當氣象條件不佳時，就會導致大氣污染，使城市灰霾天氣頻發，給全人類的生帶來了極大的不良影響。當然，我國也不例外，受境內污染物積累、外源性輸入污染和不利氣象擴散等條件的共同影響，近幾年霧霾天氣時有發生；生態環境部2018年《中國生態環境質量公報》顯示：2018年，全國338個地級以上城市中，有217個城市環境空氣質量超標，占64.2%。以PM2.5為首要污染物的天數占重度及以上程度地污染天數達60%，以PM10為首要污染物的占37.2%，PM2.5、PM10濃度分別為39 ug/m、71 ug/m，由此可見，由PM10、PM2.5引發的空氣污染已經嚴重影響了人們的生活和社會經濟發展，成為我國的環境公害。因此，有效地防止PM10、PM2.5污染是當前我們亟待解決的環境空氣問題；該研究以通道縣2016～2019年環境空氣中PM10及PM2.5監測結果為分析根據，開展了PM10、PM2.5的分布特征及污染現狀研究、探討了其變化規律，為通道縣打贏藍天保衛戰及有效控制污染提供科學根據。

1 材料和方法

1.1 監測點位和監測項目

該研究數據來源于通道縣環境空氣自動站監測數據，該監測點位于懷化市生態環境局通道分局辦公大樓（109°47'13.40"E，26°9'49.87"N），距地面25 m。

1.2 分析儀器及方法

利用環境空氣質量自動監測系統進行環境空氣污染物質量濃度以及風速、風向、相對濕度、溫度、大氣壓等各種氣象參數在線監測，大氣自動監測系統為武漢天虹TH -2000PM，采樣流量16.7 L/min ，最小分辨率0.1 ug/m3，分析方法為重量法。

2 結果與討論

2.1 PM10與PM2.5的年際質量濃度變化特征

根據我國《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012），監測點適用二級標準限值，PM10年均濃度二級限值70 ug/m3，PM2.5為35 ug/m3；表1統計結果顯示：2016～2019年PM10與PM2.5年均值逐年呈下降趨勢，其中：PM10年均值在2016年超標，達到81.0 ug/m3，超出二級限值15.7%，PM2.5在2016年為49.0 ug/m3，超出二級限值40.0%，2017年略有超標；年均值以PM2.5各年超標率較高，說明PM2.5為首要污染物，其形成和來源復雜，主要來源于自然源和人為源，如燃煤、機動車排放、建筑塵、道路揚塵、生物質燃燒、二次硫酸鹽和硝酸鹽及有機物等。

表1 2016-2019年通道縣城區PM10和PM2．5年均質量濃度統計表（單位ug/m3）

2.2 PM10及PM2.5質量濃度小時變化特征

為了解監測期內PM10、PM2.5質量濃度小時變化趨勢，以2019年1月21～27日及7月22～27日0：00～23：00監測時段為例，根據監測數據繪制了該監測時段PM10及PM2.5質量濃度的小時變化曲線，如圖1所示。

圖1 監測點PM10及PM2．5質量濃度的小時變化情況

由圖1可知，2019年1月21～27日連續7 d，該監測點PM10與PM2.5質量濃度的小時變化趨勢基本一致，呈周期性的波動規律。從整體上看8.00～13：00時段PM10與PM2.5小時質量濃度呈現抬升趨勢；13：00～14：00時段PM10與PM2.5質量濃度出現峰值，中午時段人群活動頻繁，車流量增多，汽車尾氣排放量增加，是導致該時段顆粒物質量濃度升高的原因。

在14：00～19：00時段，PM10和PM2.5的質量濃度又呈遞減趨勢，從20：00開始，PM10與PM2.5質量濃度又逐漸升高，在23：00左右躍居高端值。7月22～27日PM10及PM2.5每小時質量濃度變化趨勢如圖1所示，PM10及PM2.5呈波浪型起伏變化，PM10及PM2.5質量濃度均在11：00左右時段出現峰值，且二者具有近似的分布特征，變化規律大致一樣；這些變化趨勢與在懷化市觀測到的結果比較一致[1]。

2.3 PM10與PM2.5質量濃度月變化特征

圖2為2016年～2019年通道縣站的PM10和PM2.5質量濃度的月均濃度變化曲線。從圖2可知，監測點的PM10和PM2.5月濃度變化趨勢基本一致，最高值均出現在春季的3月，最低值出現在夏季7月。利用大氣自動站觀測資料，結合縣域工農業生產和排污現狀，環流背景、地面氣象因子等多個方面對3月份PM10及PM2.5質量濃度飚升進行分析，結果表明：農田秸稈焚燒、植物花粉飄塵、機動車尾氣及揚塵造成大量的細微粒懸浮于空中，是造成近地面空氣中PM10和PM2.5質量濃度增高的主要原因。而在夏季，氣溫高、降雨頻繁、風速強，則有利于顆粒物質的擴散、遷移、轉化和削減，因此夏季7月份顆粒物污染最輕。由此可見，氣象因子和頻繁的人群活動對近地面PM10及PM2.5的質量濃度會產生直接影響。

圖2 2016年～2019年通道縣城區PM10及PM2．5質量濃度月變化

2.4 PM10及PM2.5質量濃度季變化規律

監測點PM10與PM2.5季變化情況如圖3所示。由圖3可知，通道縣的PM10與PM2.5的質量濃度季變化遵循冬季＞春季＞秋季＞夏季的演化趨勢，一年之中，冬季氣溫低、風力強之時、極易揚塵，導致空氣中顆粒物質量濃度增高，春季與秋季次之，夏季平均濃度最低。冬季之所以出現最高值，其原因有2個：1）本地污染物排放積累，冬季燃料消耗顯著，機動車尾氣等排放增大，導致顆粒物及前體物（SO2、NOX、VOCs等）的排放物積累增多。2）氣象條件不利于大氣污染物擴散，通道縣冬季地面靜穩天氣頻發，疊加逆溫影響，近地面污染物不斷積累，導致一次排放和二次轉化成的PM10和PM2.5在近地面大氣中逐漸積累達到高濃度水平。

2.5 PM2.5占PM10的比例

研究表明，對人體健康的損害與較多暴露于PM2.5中密切相關。PM2.5/PM10的比值越大，則顆粒物的危害越大[2]。PM2.5/PM10比值在0.3～0.4時，為輕污染，大于0.5時表明細顆粒污染較重，監測點PM2.5/PM10的月變化情況，如圖4所示。

從圖4中可以看出，PM2.5/PM10的比值最大出現在秋季9月，秋季天氣靜穩，太陽輻射和大氣氧化性增強，有利于光化學煙霧的產生，不利于大氣污染物擴散、消除。

圖3 2016-2019年通道縣城區PM10及PM2．5質量濃度季變化

圖4 監測點PM2．5與PM10比值的月變化情況

2.6 PM10與PM2.5質量濃度的影響因素

影響大氣中PM10、PM2.5質量濃度演變主要有縣域污染物積累，外源輸入污染和不利氣象擴散條件等因素。1）本地污染物積累影響：縣境內建筑工地和渣土工地揚塵、交通道路揚塵、燒烤油煙、農田秸桿焚燒、煙花燃放及機動車尾氣排放，工業排放等污染。2）外源輸入污染影響明顯：①冬季受不斷南下冷空氣的影響，大氣混合層高度低，大氣環境容量小。② 受弱冷空氣影響，以偏北風為主且風速弱，水平擴散條件差，外源滲透輸入影響有所增強。③無明顯降水，沉降作用降低，濕度大、有利于顆粒物吸濕增長。3） 受氣象條件的影響：通道縣屬亞熱帶季風性濕潤氣候區，具有夏季風大多雨、冬季干燥少雨的明顯特征，在夏季氣溫偏高，相對濕度較小，而風速強、降雨量足對大氣顆粒物產生了沉降和擴散作用，能有效地降低大氣顆粒物質量濃度；反之，冬季氣溫低、風速小、濕度大，則空氣中粒子生成較多，分子擴散受阻，導致污染加重，顆粒物的小時變化質量濃度與降水和風速呈顯著的負相關。

3 結論

通過分析通道縣城區大氣顆粒物PM10及PM2.5質量濃度、分布特征及變化規律，得到以下主要結論：1） 監測點2016～2019年監測期間，環境空氣中PM10的小時質量濃度為4 ug/m3～409 ug/m3，平均值為53.75 ug/m3；PM2.5的小時質量濃度范圍在1 ug/m3～295 ug/m3，平均值33.25 ug/m3；PM2.5/PM10在40.2%～ 70.2%波動，平均值61.8%。2） 以2019年1月21日—27日及7月22—27日0：00～23：00監測時段為例，監測點冬季環境空氣中PM10與PM2.5質量濃度峰值中午13：00～14：00夜間23：00時段出現；夏季峰值一般在上午11：00左右顯現（氣象條件影響）。3） 監測點PM10和PM2.5的質量濃度月均最高值出現在3月（田園秸稈焚燒影響），7月出現低值。4） 監測點PM10和PM2.5的質量濃度季均值變化規律遵循：冬季＞春季＞秋季＞夏季。5） 氣象因素對PM10和PM2.5質量濃度影響顯著，PM10和PM2.5質量濃度與風速、降雨呈顯著負相關，在不同的季節風量大、降雨足且時間長，對大氣顆粒物的輸送和稀釋作用就越強。