李曉紅，程慧波，2，王莉娜

1.甘肅省環(huán)境監(jiān)測中心站，甘肅 蘭州 730000 2.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730000

當今社會，環(huán)境問題成為了全世界矚目的焦點問題，顆粒物污染是空氣中最重要的污染物之一，中國大多數(shù)地區(qū)空氣首要污染物就是顆粒物。大氣顆粒物對大氣環(huán)境造成諸多不良影響，并危及人體健康，減少空氣中顆粒物的濃度，讓人們呼吸到清潔干凈的空氣是環(huán)保重要任務(wù)之一[1-4]。顆粒物有人為源和自然源之分，人為源主要是燃煤、燃油、工業(yè)生產(chǎn)過程等人為活動排放出來的；自然源主要有土壤、揚塵、沙塵經(jīng)風(fēng)力的作用輸送到空氣中而形成的[5-10]。在最近的科學(xué)研究中, 環(huán)境空氣中顆粒物的濃度已被證明是反應(yīng)大氣污染的一個重要因子和指示器[11-13]。蘭州市大氣顆粒物主要污染因子有TSP和PM10，針對2011—2012年蘭州市大氣顆粒物的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對蘭州市大氣污染顆粒物特征進行分析，為蘭州市大氣污染治理方案及不同季節(jié)對大氣污染的防治提供科學(xué)的技術(shù)支撐。

1 數(shù)據(jù)來源及監(jiān)測方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于國家沙塵天氣影響環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測站點蘭州站監(jiān)測結(jié)果，該站點位于東經(jīng)103°54′36″，北緯36°2′50″。地處蘭州市主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠充分反映蘭州市大氣顆粒物的污染情況。

1.2 儀器

TEOM 1400A PM10自動監(jiān)測儀器(美國)，Thermo FH 62 C-14 TSP(美國)，Belfort Model 6000能見度儀(美國)，氣象五參數(shù)儀器(美國)。

1.3 顆粒物沙塵天氣分級

根據(jù)顆粒物濃度小時限值對沙塵天氣的劃分[14]，見表1。

表1 顆粒物濃度沙塵天氣分級

2 結(jié)果與討論

2.1 顆粒物濃度

2011、2012年顆粒物監(jiān)測的統(tǒng)計資料見表2，從表1、表2可以看出，2011年2月25日，PM10小時濃度最大值為2.079 mg/m3，TSP小時濃度最大值為2.465 mg/m3，是2011年全年P(guān)M10和TSP小時濃度的最大值。同時，該日天氣為2011年蘭州市首次沙塵暴天氣；2012年4月11日， PM10濃度值最高值為1.746 mg/m3，TSP最高值為2.006 mg/m3，該日天氣為蘭州市的揚沙天氣。

表2 2011、2012年蘭州市各月顆粒物濃度及能見度

2011、2012年顆粒物濃度分布見圖1。可以看出，每年5—10月，是蘭州市月平均小時顆粒物濃度值較低的時間段，2011年9月，PM10月平均小時濃度值為0.092 mg/m3，TSP為0.129 mg/m3，為月平均PM10小時濃度值最低月；2012年7月，PM10月平均小時濃度值為0.099 mg/m3，TSP為0.111 mg/m3，為月平均PM10小時濃度值最低月。蘭州市顆粒物濃度范圍的高峰在2、3、4月份和11、12月份出現(xiàn)。前者出現(xiàn)的主要原因是該時間段是春季沙塵暴的高發(fā)期，局地揚塵和遠方傳輸過來的沙塵在大風(fēng)的作用下，使顆粒物濃度升高，能見度降低；后者出現(xiàn)的原因是蘭州市冬季燃煤以及汽車尾氣的排放在靜風(fēng)作用下不利于污染物擴散致使空氣中顆粒物濃度升高。2012年蘭州市各月顆粒物平均小時濃度值(PM10和TSP)均低于2011年，這和2012年蘭州市降雨量增加，氣象因素有利于污染物的擴散和去除有著密切的關(guān)系。另外，也同2012年蘭州市政府落實機動車尾氣治理、林業(yè)生態(tài)增容減污、工業(yè)污染治理、燃煤供熱鍋爐治理以及揚塵污染治理等工作密切相關(guān)。

圖1 2011、2012年蘭州市顆粒物濃度分布

2.2 沙塵天氣污染特征

2011、2012年蘭州市沙塵天氣主要發(fā)生在2—4月、3—4月。2011—2012年沙塵天氣發(fā)生情況見表3。

表3 蘭州市沙塵天氣發(fā)生情況

沙塵天氣污染具有以下特征：1)季節(jié)性強，以3、4月出現(xiàn)的頻率最高; 發(fā)生時間具有隨機性，在某一天的各個時間段都有可能發(fā)生；天氣影響特征明顯，常伴有大風(fēng)， 與天氣過程直接相聯(lián)系。2)沙塵天氣具有連續(xù)性，常出現(xiàn)連續(xù)幾天的重污染日；在沙塵天氣發(fā)生重污染日PM10濃度在總懸浮顆粒物顆粒物(TSP)中的含量很高，如2011年2月26日0：00—5：00，PM10在TSP中的含量達到了80%左右。3)沙塵天氣表現(xiàn)形式多樣，大多數(shù)嚴重沙塵天氣發(fā)生時候伴隨有大風(fēng)，但也有在較穩(wěn)定的天氣條件下發(fā)生的。2011年2月26日發(fā)生的沙塵天氣伴隨有大風(fēng)發(fā)生，2012年4月27日發(fā)生的沙塵天氣未伴有大風(fēng)發(fā)生。4)濃度值高，在2011年和2012年發(fā)生沙塵天氣期間，PM10濃度值高， PM10最大濃度超標倍數(shù)均在超過國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標準10倍左右。

2.3 PM10在TSP中所占比例

現(xiàn)今，空氣污染對健康影響的焦點是大氣顆粒物，PM10在環(huán)境空氣中持續(xù)的時間很長，對人體健康和大氣能見度影響都很大。一些顆粒物來自污染源的直接排放，比如燃煤燃油工業(yè)鍋爐、飲食業(yè)油煙排放以及車輛尾氣排放，另一些則是由環(huán)境空氣中硫的氧化物、氮氧化物、揮發(fā)性有機化合物及其它化合物互相作用形成的細小顆粒物。該文通過對2011年和2010年蘭州市顆粒物的連續(xù)監(jiān)測，針對PM10在TSP中所占比例選取不同時段的典型時間段的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析說明，如表4所示。在沙塵天氣發(fā)生的典型時段(2011年2月26日、3月13日和2012年3月15日、4月11日)PM10在TSP中的比重相對偏高；而夏秋季節(jié)的典型時段(2011年6月14日、2012年10月27日)PM10在TSP中的比重相對偏低。這是因為當沙塵天氣發(fā)生時，TSP顆粒物因為重力作用自然沉降，而空氣中PM10顆粒物因干燥的自然環(huán)境懸浮于環(huán)境空氣中久久未能散去，此時，可吸入顆粒物PM10占環(huán)境空氣顆粒物的主要成分，PM10在TSP中占有很大比例；在夏秋季節(jié)，蘭州市環(huán)境空氣質(zhì)量狀況相對較好，顆粒物小時濃度值整體偏低，顆粒物成分主要以動力學(xué)當量直徑在10～100 μm之間的顆粒物為主，因此PM10在TSP中的含量較低。

表4 典型時間段PM10在TSP中的比重

續(xù)表4

時間2011-02-262011-03-132011-06-142012-03-152012-04-112012-10-2712:0089.0585.0021.2479.0078.7756.7313:0087.6080.6935.7798.1371.4947.9514:0079.3274.2736.4494.2261.6653.4215:0092.0390.5051.2584.9775.9365.7916:0083.7293.9141.8490.3165.0963.2417:0084.0967.8344.7193.0437.9864.5718:0082.9880.8252.1693.4253.0966.3019:0081.8578.3955.4194.9578.5768.1620:0079.7752.6724.4493.1961.2455.2121:0085.7861.3711.6293.9672.8256.6622:0089.2252.5012.8483.4777.3547.0723:0090.0059.3317.3782.2277.6758.58

3 結(jié)論

蘭州市顆粒物濃度的峰值出現(xiàn)在2—4月，TSP濃度最大值可達到2.465 mg/m3，PM10最大值可達到2.079 mg/m3，2012年P(guān)M10和TSP平均濃度值均低于2011年，大氣顆粒物環(huán)境質(zhì)量狀況明顯改善。在春季沙塵天氣發(fā)生時，PM10在TSP中的含量比較高，其他季節(jié)PM10在TSP中的含量較低，每年的11月份前后顆粒物月平均濃度出現(xiàn)了最高值。

蘭州市顆粒物污染的季節(jié)性強，以3、4月出現(xiàn)的頻率最高，發(fā)生時間具有隨機性。因春季沙塵天氣的發(fā)生，往往會伴隨大風(fēng)等天氣不穩(wěn)定的天氣現(xiàn)象，表明了大氣環(huán)境中PM10濃度的高低和風(fēng)速有著密切的相關(guān)關(guān)系。

沙塵天氣具有連續(xù)性, 常出現(xiàn)連續(xù)幾天的重污染日，在沙塵天氣發(fā)生重污染日PM10濃度值很高。每年的11月份以后顆粒物月平均濃度小時值出現(xiàn)了高值，表明居民采暖期以及冬季逆溫效應(yīng)致使顆粒物濃度持續(xù)保持在一個高值，環(huán)境空氣質(zhì)量低于二級標準。

[1] 葉篤正, 丑紀范, 劉紀遠， 等. 關(guān)于我國華北沙塵天氣的成因與治理對策 [J]. 地理學(xué)報,2000,55(5):513-521.

[2] 夏祥鰲, 王明星. 氣溶膠吸收及氣候效應(yīng)研究的新進展[J]. 地球科學(xué)進展,2004,19(4):630-636.

[3] 尹洧.大氣顆粒物及其組成研究進展[J]. 現(xiàn)代儀器, 2012,18(2):1-5.

[4] 邱玉瑾,邱玉珺.我國西北典型大城市大氣可吸入顆粒物濃度分布特征[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2010,26(3):65-68.

[5] 劉君霞,邵龍義,周林,等.2008年北京市PM10的粒度分布分形維數(shù)變化特征[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2010,26(4):68-73.

[6] 張仁健, 王明星, 浦一芬，等. 2000年春季北京特大沙塵暴物理化學(xué)特性的分析 [J]. 氣候與環(huán)境研究, 2000,5(1):259-266.

[7] 奚曉霞, 鄧張胤. 蘭州市城關(guān)區(qū)冬季春季大氣氣溶膠與大氣污染 [J]. 蘭州大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,1994,30(3):145-149.

[8] 王嘉珺,趙雪艷,姬亞芹,等.撫順市PM10中元素分布特征及來源分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2012,28(4):107-113.

[9] 包貞,馮銀廠,焦荔,等.杭州市大氣PM2.5和PM10污染特征及來源解析[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2010,26(2):44-48.

[10] 劉吉, 陳長和. 蘭州城市冬季大氣氣溶膠特征的綜合觀測研究 [J]. 蘭州大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2003,39(4):105-110.

[11] 奚曉霞, 宋慶海. 蘭州市冬半年大氣污染物分布特征及變化規(guī)律[J]. 蘭州大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,1995,31(3):136-140.

[12] 谷雨,李紅麗,董智,等.2008年春季呼和浩特沙塵天氣與TSP和PM10污染的關(guān)系[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2009,25(5):95-98.

[13] 張寧寧,何元慶,王春鳳,等.麗江市冬季大氣總懸浮顆粒物( TSP) 中水溶性離子化學(xué)特征[J].環(huán)境科學(xué),2011,32(3):619-625.

[14] 萬本太,康曉風(fēng),張建輝,等.基于顆粒物濃度的沙塵天氣分級標準研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2004,20(3):8-11.