城市主干道夏季大氣顆粒物日變化規(guī)律研究
——以南寧市為例

劉 靜

（湖南品標(biāo)華測檢測技術(shù)有限公司，湖南 長沙 410100）

近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化步伐的加快，大量人口向城市聚集，在給城市帶來活力的同時也加劇了城市大氣環(huán)境污染，而汽車尾氣排放已成為城市大氣主要污染源之一［1］。依據(jù)南寧市政府?dāng)?shù)據(jù)，截至2019年9月30日，南寧市機(jī)動車保有量達(dá)208萬余輛（其中汽車170萬輛、摩托車37萬輛）；汽車尾氣的排放，給空氣中帶入了大量的固體顆粒物，特別是細(xì)微顆粒物，如PM2.5、PM0.5等，嚴(yán)重威脅著人類的健康［2］。

現(xiàn)階段有效去除機(jī)動車排放的細(xì)顆粒物的方法是在道路兩側(cè)種植綠化帶，通過綠色植物的滯塵功能來降低空氣中固體顆粒物濃度［3-4］。為探究道路林帶對道路空氣顆粒物濃度的影響，以南寧市典型種植有茂密林帶的主干道路為研究對象，對其空氣中PM0.5、PM1.0、PM2.5、PM10、TSP的濃度隨時間變化規(guī)律進(jìn)行研究，以期為后續(xù)城市規(guī)劃道路林帶設(shè)計和人們?nèi)粘１苊飧呶廴緯r段出行提供一定的理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

531S型六通道手持式顆粒物檢測儀 （Metone-Aerocet）。

1.2 實驗方法

研究區(qū)域位于南寧市秀廂大道廣西大學(xué)附近路段，該路段兩側(cè)種植有10年以上的榕樹，樹與樹間隔距離15～20m。本研究共設(shè)計了4個采樣點，取4個采樣點監(jiān)測平均值作為監(jiān)測最終數(shù)據(jù)。具體采樣點位置見圖1。

圖1 采樣位置

實驗于2022年7月進(jìn)行，連續(xù)采樣一個月，每隔2 h測試一輪，每輪采樣3次，取顆粒物濃度平均值作為該輪測試顆粒物濃度。數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 PM 0.5濃度的日變化

通過SPSS 26.0統(tǒng)計分析，計算了PM0.5質(zhì)量濃度在7月份各個時段的月平均值，并研究了PM0.5質(zhì)量濃度隨時間變化的規(guī)律，結(jié)果如圖2所示。

圖2 PM0.5質(zhì)量濃度日變化

由圖2可知，PM0.5質(zhì)量濃度隨時間變化曲線呈現(xiàn)單一波峰的變化趨勢，最大值出現(xiàn)在凌晨4點，PM0.5質(zhì)量濃度達(dá)到5.87μg／m3，最低值出現(xiàn)在20∶00，PM0.5質(zhì)量濃度為1.09μg／m3。

由于PM0.5的粒徑十分微小，依靠自由沉降作用基本不能從空氣中去除［5］，其主要是靠植物吸收和空氣運動的擴(kuò)散作用來實現(xiàn)空氣中濃度下降［6］。在凌晨4∶00到20∶00之間，由于植物的生理活動不斷增強(qiáng)，大量PM0.5被植物吸附，使得空氣中PM0.5濃度下降；而在夜晚20∶00到第二天凌晨4∶00之間，空氣中PM0.5濃度呈上升趨勢。一方面由于植物生理活動減弱，另一方面由于下班高峰時段，汽車尾氣中大量細(xì)顆粒物進(jìn)入大氣。特別是在20∶00—22∶00這一時段，PM0.5在大氣中出現(xiàn)迅速積累上升的趨勢。

2.2 PM 1.0濃度的日變化

通過SPSS 26.0統(tǒng)計分析，計算了PM1.0質(zhì)量濃度在7月份各個時段的月平均值，并研究了PM1.0質(zhì)量濃度隨時間變化的規(guī)律，結(jié)果如圖3所示。

圖3 PM1.0質(zhì)量濃度日變化

由圖3可知，PM1.0質(zhì)量濃度日變化范圍處在2.78～15.21μg／m3之間，最大值出現(xiàn)在凌晨4點，最小值出現(xiàn)在下午18點。分析PM1.0質(zhì)量濃度隨時間變化曲線發(fā)現(xiàn)，曲線呈現(xiàn)單一波峰的變化趨勢；從凌晨4點到下午18點這段時間內(nèi)，PM1.0質(zhì)量濃度整體呈現(xiàn)下降趨勢的，只在上午6點到8點時段有一個較小的增長區(qū)間；從下午18點到第二天凌晨4點則呈現(xiàn)增加的趨勢。

究其原因，PM1.0由于粒徑較小，自由沉降能力較弱，主要是靠植物吸收和空氣運動的擴(kuò)散作用來實現(xiàn)空氣中濃度下降的［6］。隨著白天的到來，植物生理活動不斷增強(qiáng)，能較好的吸收空氣中的PM1.0，所以在白天，PM1.0質(zhì)量濃度整體呈現(xiàn)下降的趨勢；而6—8點為上班高峰期，大量的汽車通過監(jiān)測路段，排放了大量PM1.0，排放速度大于植物吸收速度，所以在上午出現(xiàn)了一個短暫的小高峰［7］；當(dāng)車流量減小后，PM1.0質(zhì)量濃度呈現(xiàn)較快的下降趨勢，直至達(dá)到濃度最低點。隨著夜晚降臨，監(jiān)測路段也迎來了下班高峰期，此時植物吸收PM1.0速度減弱，而PM1.0排放量大量增加，這也就導(dǎo)致在18∶00—22∶00這一時段PM1.0的快速積累；隨著車流量的減少，累積速度也在下降，直至達(dá)到濃度最大值。

2.3 PM 2.5濃度的日變化

通過SPSS 26.0統(tǒng)計分析，計算了PM2.5質(zhì)量濃度在7月份各個時段的月平均值，并研究了PM2.5的質(zhì)量濃度隨時間變化的規(guī)律，結(jié)果如圖4所示。

圖4 PM2.5質(zhì)量濃度日變化

圖4顯示，PM2.5質(zhì)量濃度日變化范圍處在10.28～67.38μg／m3之間，最大值出現(xiàn)在早上8點，最小值出現(xiàn)在下午18點。分析PM2.5質(zhì)量濃度隨時間變化曲線發(fā)現(xiàn)，曲線呈現(xiàn)單雙波峰的變化趨勢；從早上8點到下午18點這段時間內(nèi)，PM2.5質(zhì)量濃度整體呈現(xiàn)下降趨勢的；從下午18點到第二天早上4∶00則呈現(xiàn)增加的趨勢；在凌晨4∶00—6∶00時段曲線有一個較小的下降區(qū)間。

究其原因，PM2.5的自由沉降能力相對也較弱，雖然能部分自由沉降，但主要還是靠植物吸收和空氣運動的擴(kuò)散作用來實現(xiàn)空氣中濃度下降的［8］。白天良好的關(guān)照有利于植物的活動，而夜間植物活動較弱，這也就導(dǎo)致了其濃度變化規(guī)律呈現(xiàn)出白天下降、夜間增加的趨勢。

2.4 PM 10濃度的日變化

通過SPSS 26.0統(tǒng)計分析，計算了PM10質(zhì)量濃度在7月份各個時段的月平均值，并研究了PM10的質(zhì)量濃度隨時間變化的規(guī)律，結(jié)果如圖5所示。

圖5 PM10質(zhì)量濃度日變化

圖5顯示，PM10質(zhì)量濃度日變化范圍處在42.38～341.25μg／m3之間，但PM10質(zhì)量濃度隨時間變化曲線的變化趨勢卻與PM1.0、PM2.5不同，其呈現(xiàn)雙波峰的變化趨勢：在8∶00—18∶00，PM10質(zhì)量濃度呈現(xiàn)下降的趨勢，在8∶00出現(xiàn)第一個波峰，PM10質(zhì)量濃度為341.25μg／m3，18∶00出現(xiàn)PM10質(zhì)量濃度最小值；在18∶00—22∶00，PM10質(zhì)量濃度呈現(xiàn)上升的變化趨勢，在22∶00出現(xiàn)第二個波峰，PM10質(zhì)量濃度287.65μg／m3；22∶00到第二天6∶00 PM10質(zhì)量濃度呈現(xiàn)先降后升的變化趨勢，最小值出現(xiàn)在第二天6∶00。

出現(xiàn)以上變化趨勢主要是，隨著粒徑的增大，顆粒物的自由沉降能力有了較好的增強(qiáng)，對濃度下降起決定性的因素由植物吸收和空氣運動的擴(kuò)散作用變?yōu)榱俗杂沙两岛涂諝膺\動的擴(kuò)散作用［9］。

在白天，從6∶00開始，監(jiān)測路段的車流量逐漸增多，車流排放和濺起大量粉塵，使得PM10質(zhì)量濃度快速上升，此時增加量大于自由沉降和空氣運動的擴(kuò)散量；過了上班高峰期后，車流量快速減小，所以在10∶00—14∶00時間段內(nèi)PM10快速下降，并在18∶00達(dá)到最低值。隨著下班高峰車流的到來，PM10質(zhì)量濃度出現(xiàn)了第二輪快速上升，并在22∶00達(dá)到最大值后開始下降，但下降的趨勢并不如白天時段快，主要是由于在后半夜至第二天凌晨6∶00這一時段，在監(jiān)測路段，有白天不能上路的重型卡車駛過，雖然數(shù)量不多，但單體排放的顆粒物卻較多，對空氣中自由沉降去除的PM10進(jìn)行了補(bǔ)充。

2.5 TSP濃度的日變化

通過SPSS 26.0統(tǒng)計分析，計算了TSP質(zhì)量濃度在7月份各個時段的月平均值，并研究了TSP的質(zhì)量濃度隨時間變化的規(guī)律，結(jié)果如圖6所示。

圖6 TSP質(zhì)量濃度日變化

由圖6可知，TSP質(zhì)量濃度日變化范圍處在138.53～561.45μg／m3之間，變化趨勢與PM10質(zhì)量濃度大體相同，呈現(xiàn)雙波峰的變化趨勢：第一個波谷出現(xiàn)在6∶00，此時TSP質(zhì)量濃度為285.87μg／m3，第一個波峰出現(xiàn)在10∶00，TSP質(zhì)量濃度為341.25μg／m3；第二個波谷出現(xiàn)在18∶00，此時TSP質(zhì)量濃度為138.53μg／m3，第二個波峰出現(xiàn)在22∶00，TSP質(zhì)量濃度為534.33μg／m3。

出現(xiàn)以上變化趨勢主要是由于隨著粒徑的增大，顆粒物自由沉降從空氣中去除的比重逐漸增大［9］，且其自由沉降性能更優(yōu)于PM10，以致第一次出現(xiàn)TSP波峰的時間較PM10晚了2h，同時在22∶00到第二天6∶00的下降趨勢也較PM10明顯。

3 結(jié)論

對PM0.5、PM1.0濃度的日變化研究表明，兩者的濃度日變化趨勢基本相同，去除主要受綠色植物生理活動的影響，濃度最高值都出現(xiàn)在凌晨4∶00，最低值則出現(xiàn)在下午18∶00。

對PM2.5濃度的日變化研究表明，變化曲線呈現(xiàn)單雙波峰的變化趨勢，且兩個波峰相隔較近，分別出現(xiàn)在4∶00和8∶00。PM2.5受到自由沉降的影響較PM0.5、PM1.0強(qiáng)，但綠色植物生理活動對其影響有所減弱。

對PM10、TSP濃度的日變化研究表明，兩者的濃度日變化趨勢基本相同，變化曲線都呈現(xiàn)單雙波峰的變化趨勢。自由沉降在PM10、TSP的除去中占主導(dǎo)地位，綠色植物生理活動影響進(jìn)一步減弱。PM10濃度的峰值分別出現(xiàn)在8∶00和22∶00，TSP濃度的峰值分別出現(xiàn)在10∶00和22∶00。