呼和浩特夏季PM變化特征分析

阿木爾薩那

(呼和浩特市氣象局，內蒙古 呼和浩特 010020)

隨著城市的快速發展，大氣環境污染逐漸被重視，近年來機動車保有量持續的增加，人為排放的大氣污染物越來越多，城市所面臨的生態環境壓力也在增大，大氣污染防治勢在必行。大氣污染物中的氣態污染物和顆粒物，對氣候、環境和人體健康都有著重要的影響[1]。PM2.5、PM10污染，使得能見度降低，大量的吸入顆粒物也會對人體肺部產生危害。大氣污染物的研究受到社會各界的廣泛關注。

“周末效應”于1974年被Cleveland等[2]首次提出。隨著“周末效應”的概念的提出，各大城市都在開展研究工作日與周末大氣污染物的差異，比如：洛杉磯[3]、舊金山[4]、北京[5-6]、南京[7]和上海[8]等城市均開展了工作日與周末污染物差異性研究。

目前，呼和浩特地區PM2.5和PM10特征研究相對較少，尤其對于周末效應研究比較罕見。呼和浩特市為內蒙古自治區首府城市，地處內蒙古中西部核心區域，是內蒙古自治區政治、經濟、文化中心，也是我國北方地區重要城市。其環境空氣質量的好壞，直接影響人民群眾的工作、生活和身體健康。本研究以時間序列2019-06-01～2019-08-31為期3個月的夏季數據資料為基礎對呼和浩特市PM2.5和PM10變化特征進行分析討論，以期為今后呼和浩特地區大氣污染防治提供依據。

1 材料與方法

1.1 觀測站點

選取觀測站點為小召(XZ)監測站(40°48′N，111°39′E)，本站點位于市中心(圖略)，為商業與居民混合區。與大東街相鄰，以西400m為交通主干道大北街，該區域交通密度相對較高，機動車排放相對密集，周圍2km范圍內無明顯工業大氣污染源，因此本觀測站點數據資料可代表城市大氣污染特點。

1.2 數據與方法

本研究采用呼和浩特市環境空氣自動監測站中小召監測站PM2.5和PM10等6種污染物2019-06-01～2019-08-31的小時質量濃度數據，污染物質量濃度數據來源于國家環境監測中心(http://106.37.208.233:20035/)。根據國家標準(GB3095—2012)，對數據進行了有效性檢驗，污染物日均濃度計算至少包括20h平均濃度，對不滿足國家標準的數據進行剔除。由于星期一和星期五為工作日與周末過渡時期，不具代表性，因此本研究將星期二、星期三、星期四定義為工作日，星期六、星期日定義為周末。本研究有效樣本數為82d(時間分別率為1h)。本研究中統一采用質量濃度(μg·m-3)。

2 結果與討論

2.1 PM2.5和PM10的日變化

圖1給出了PM2.5和PM10的日變化曲線。從圖中可知，PM2.5呈不規則多峰型日變化特征，分別于03∶00、08∶00、11∶00、22∶00出現峰值，值分別為：20.08μg·m-3、19.33μg·m-3、18.53μg·m-3、18.75μg·m-3，日最小值出現在18∶00，值為14.18μg·m-3。PM10日變化主要呈雙峰型變化，峰值分別出現于00∶00和11∶00，值為：47.72μg·m-3和46.39μg·m-3，17∶00出現日最小值，為32.52μg·m-3，在18∶00有弱的小峰出現。

圖1 PM2.5和PM10的日變化

2.2 工作日與周末PM2.5和PM10的周末效應分析

圖2給出了晴好天氣下工作日和周末PM10和PM2.5的日變化，表1給出了各污染物周末與工作日小時平均質量濃度的偏差，偏差的計算公式為:

(1)

式中，c工作日和c周末分別為工作日和周末污染物的小時平均質量濃度。結合圖2和表1可以對PM2.5和PM10在工作日和周末的濃度差異進行定性和定量的分析。

圖2 工作日和周末PM2.5和PM10的日變化

結合圖2和表1可知，PM2.5小時平均質量濃度日變化曲線表現出明顯的“周末效應”。特征為在07∶00、10∶00和11∶00小時平均質量濃度表現為周末大于工作日，其余時刻均表現為工作日大于周末。工作日呈多峰型分布，峰值分別出現在03∶00、08∶00、12∶00、16∶00和23∶00，值分別為20.71μg·m-3、19.44μg·m-3、20.00μg·m-3、16.52μg·m-3和21.06μg·m-3，較周末的偏差分別為14.78%、0.46%、11.11%、33.59%和19.22%；日最小值出現在17∶00和18∶00，值為14.77μg·m-3，較周末偏差為25.61%、40.10%。周末呈三峰型分布，峰值分別出現在07∶00、10∶00和22∶00，值分別為19.36μg·m-3、19.74μg·m-3和17.74μg·m-3；日最小值出現在18∶00，值為10.55μg·m-3。從偏差來看，工作日與周末質量濃度差異最大時段為午后至凌晨，偏差最大值為45.83%，出現在夜間20∶00，日偏差最小值為0.46%，出現在08∶00。有研究指出[9]，城市大氣中PM2.5的排放源主要有：揚塵、交通源、燃煤源、建筑塵、生物質燃燒和工業組織排放等。此外，還存在SO2、NOx及有機物轉化形成顆粒物的二次排放源。人類活動對PM2.5濃度影響較大。由PM2.5日變化曲線可知，無論是工作日還是周末在夜間PM2.5質量濃度與白天相比較高，是因為夜間氣溫降低、風速減小、近地面空氣層較為穩定，顆粒物的擴散條件較差。在白天隨著氣溫升高、風速加大以及人類活動影響PM2.5質量濃度表現出不穩定的波動，工作日在12∶00達到白天最大值，周末較工作日提前2h，達到白天峰值之后工作日PM2.5質量濃度整體高于周末。是因為周末道路活動較少(尤其早晚高峰)，使得道路揚塵減少；另外在周末白天風速大于工作日，細顆粒物擴散條件略好。

表1 工作日與周末PM2.5和PM10濃度相對偏差

PM10小時平均質量濃度日變化也表現出明顯的“周末效應”。特征為在00∶00-01∶00、04∶00和07∶00-10∶00小時平均質量濃度表現為工作日小于周末，其余時刻均表現為工作日大于周末。工作日呈三峰型分布，峰值出現在02∶00、12∶00和23∶00，值分別為45.50μg·m-3、52.17μg·m-3和53.75μg·m-3，較周末偏差為4.43%、19.94%和10.55%；日最小值出現在16∶00，值為34.67μg·m-3，較周末偏差為6.07%。周末同樣呈現三峰型分布，峰值分別出現在00∶00、09∶00和18∶00，值分別為52.33μg·m-3、48.64μg·m-3和33.86μg·m-3；日最小值出現在17∶00，值為29.00μg·m-3。從偏差來看，工作日與周末質量濃度差異最大時段為09∶00-12∶00以及17∶00-23∶00，日最大偏差為31.75%，日最小偏差為-1.40%。從PM10小時平均質量濃度日變化曲線可知從午夜至06∶00，PM10呈下降趨勢，是由于在夜間溫度降低、風速減小、近地面空氣層較為穩定，受到大氣沉降作用，使得PM10質量濃度有所下降。06∶00之后隨著早高峰的到來受到人類活動影響PM10開始增加，工作日在12∶00達到峰值，周末在09∶00達到峰值，周末比工作日早3h，隨后工作日質量濃度始終大于周末。也是因為周末道路活動較少(尤其早晚高峰)，使得道路揚塵減少。

由表1可知，12∶00之后至午夜，PM2.5和PM10的偏差均為正值，且同時刻PM2.5的偏差均大于PM10，說明PM2.5的周末效應要比PM10明顯。

3 結論

PM2.5呈不規則多峰型日變化特征，分別于03∶00、08∶00、11∶00、22∶00出現峰值，值分別為：20.08μg·m-3、19.33μg·m-3、18.53μg·m-3、18.75μg·m-3，日最小值出現在18∶00，值為14.18μg·m-3。PM10日變化主要呈雙峰型變化，峰值分別出現于00∶00和11∶00，值為：47.72μg·m-3和46.39μg·m-3，17∶00出現日最小值，為32.52μg·m-3，在18∶00有弱的小峰出現。

PM2.5的“周末效應”表現為07∶00、10∶00和11∶00小時平均質量濃度周末大于工作日，其余時刻均為工作日大于周末。PM2.5小時平均質量濃度日循環在工作日呈不規則多峰型分布，周末呈三峰型分布；日最小值均出現在18∶00，從12∶00至次日06∶00表現為工作日大于周末。PM10的“周末效應”表現為00∶00-01∶00、04∶00和07∶00-10∶00小時平均質量濃度工作日小于周末，其余時刻均為工作日大于周末。PM10小時平均質量濃度日循環在工作日與周末均呈現三峰型分布，午夜出現日最大值，17∶00出現日最小值。PM2.5周末白天峰值較工作日早2h，PM10白天峰值周末較工作日早3h，是因為周末道路活動較少，使得道路揚塵減少。PM2.5的周末效應要比PM10明顯。