李 鳳 縱 孟 晁代強(qiáng) 易 俊，2

(1.重慶科技學(xué)院安全工程學(xué)院，重慶 401331;2.重慶市安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，重慶 401331)

大氣與人類生存息息相關(guān)，但是隨著工業(yè)的發(fā)展，空氣污染日益嚴(yán)重。大氣中的懸浮顆粒物造成的霧霾天氣更加頻繁，由此給人體健康和環(huán)境帶來(lái)危害，成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素［1-2］。隨著環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，細(xì)顆粒物PM2.5(粒徑≤2.5μm)作為學(xué)術(shù)界的新課題開始進(jìn)入公眾視線。PM2.5粒徑小、表面積大，有害物質(zhì)更易于附著并積累，因而對(duì)人體和環(huán)境的危害性遠(yuǎn)大于粗顆粒物。近年來(lái)國(guó)際上對(duì)我國(guó)大氣中PM2.5進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)和研究成果表明，我國(guó)氣溶膠細(xì)微顆粒物污染程度有進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)，研究PM2.5的污染特征和成因迫在眉睫［3］。以顆粒物污染較為嚴(yán)重的西安市為研究對(duì)象，選取覆蓋西安市主要區(qū)縣的13個(gè)PM2.5質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)其2013年1—4月份PM2.5污染的特征及其成因進(jìn)行分析。

1 西安市PM2.5的時(shí)空分布規(guī)律及污染評(píng)估

1.1 西安市PM2.5質(zhì)量濃度的時(shí)間變化規(guī)律

相關(guān)資料顯示，氣象條件對(duì)大氣污染水平有較大影響［4］。為了使氣象因素的影響降到最小，本次研究主要通過(guò)分析西安市PM2.5逐日變化規(guī)律和各月份分布情況來(lái)描述其時(shí)間變化規(guī)律。

1.1.1 PM2.5 質(zhì)量濃度逐日變化規(guī)律

利用Excel表繪制了2013年1—4月份西安市PM2.5平均質(zhì)量濃度變化規(guī)律圖(圖1)，并對(duì)其進(jìn)行分析。

圖1 2013年1—4月份西安市PM2.5全市平均質(zhì)量濃度變化規(guī)律圖

從圖1可知，西安市2013年1月1日至4月26日的日均PM2.5濃度在50～500μg/m3變化。從2013年1月1日開始，污染物逐漸積累，到1月8日PM2.5質(zhì)量濃度達(dá)到第一次高值，為364μg/m3，將24 h PM2.5小時(shí)平均質(zhì)量濃度作平均，得到PM2.5日平均值為220μg/m3，1月9日PM2.5的質(zhì)量濃度逐漸降低。之后幾天空氣狀況較好，顆粒物的質(zhì)量濃度逐漸增大，1月19日PM2.5平均質(zhì)量濃度增加至42μg/m3，到1月29日 PM2.5日平均值為240 μg/m3。值得注意的是，2月10日是中國(guó)的傳統(tǒng)佳節(jié)——春節(jié)，由于鞭炮燃放造成污染物質(zhì)量濃度日平均最高值達(dá)500μg/m3。在隨后的觀測(cè)中，西安市區(qū)顆粒物污染較前一段時(shí)間降低，但仍有數(shù)個(gè)污染高值出現(xiàn)，如2月16日PM2.5平均質(zhì)量濃度達(dá)到306μg/m3，2月24日(中國(guó)的傳統(tǒng)節(jié)日 —— 元宵節(jié))達(dá)到333μg/m3，元宵節(jié)后第2天達(dá)到32 μg/m3。

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095—2012)［5］，PM2.5日平均濃度二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值為75μg/m3。在1—2月份PM2.5的質(zhì)量濃度日平均值分別達(dá)到249，245 μg/m3，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn) 3.3 倍，3 月份 PM2.5 的質(zhì)量濃度日平均達(dá)到162μg/m3，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值2.2倍多。按照中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定》［6］，在1—3月份西安市區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量為重度污染，在4月份PM2.5的質(zhì)量濃度雖然相對(duì)比較平穩(wěn)，且總量較低，但是4月份空氣質(zhì)量為良的天數(shù)在總觀測(cè)天數(shù)中的比例僅為35%。由此可見，在1—3月份冬春季采暖期間大氣顆粒物污染較為嚴(yán)重，并且由于西安春季干燥少雨且易受來(lái)自于西北地區(qū)沙塵的影響，大氣的污染程度較為嚴(yán)重。

1.1.2 PM2.5 質(zhì)量濃度月變化規(guī)律

2013年1—4月份PM2.5的月平均質(zhì)量濃度分別為 249，245，162，112 μg/m3，可見 PM2.5 在冬春采暖期間的月均濃度遠(yuǎn)大于其他月份，如1月份PM2.5的月平均質(zhì)量濃度最高，是4月份的2倍多。為了更直觀地描述PM2.5質(zhì)量濃度在不同月份的變化情況，以50μg/m3為間隔，統(tǒng)計(jì)了觀測(cè)期間不同質(zhì)量濃度的PM2.5在每個(gè)月出現(xiàn)的天數(shù)在每月統(tǒng)計(jì)天數(shù)中的比例(圖2)。

圖2 各月份PM2.5質(zhì)量濃度出現(xiàn)頻率分布圖

由圖2可見，西安市區(qū)4月份 PM2.5質(zhì)量濃度在51～100μg/m3范圍內(nèi)出現(xiàn)的天數(shù)占本月統(tǒng)計(jì)天數(shù)的50%，在101～150μg/m3濃度范圍內(nèi)出現(xiàn)的天數(shù)占到了30%。4月份 PM2.5質(zhì)量濃度在201～300μg/m3范圍內(nèi)出現(xiàn)的比例卻不足5%，大于300μg/m3的天數(shù)為零;3月份 PM2.5質(zhì)量濃度在101～150μg/m3范圍內(nèi)出現(xiàn)的天數(shù)占本月統(tǒng)計(jì)天數(shù)的46%，在151～200μg/m3濃度范圍內(nèi)出現(xiàn)的比例為24%，均高于統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)的其他月份。值得注意的是:2月份PM2.5質(zhì)量濃度在201～300μg/m3范圍內(nèi)出現(xiàn)的天數(shù)比例為22%，大于300μg/m3范圍的比例達(dá)到了36%，僅次于1月份。1月份PM2.5質(zhì)量濃度在201～300μg/m3范圍內(nèi)出現(xiàn)的天數(shù)所占比例為27%，大于300μg/m3范圍的天數(shù)所占比例高達(dá)40%，均高于統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)的其他月份。分析認(rèn)為西安市區(qū)在1—3月份冬春季采暖期間大氣顆粒物污染較為嚴(yán)重，大氣中PM2.5質(zhì)量濃度較高，空氣質(zhì)量指數(shù)為重度污染和嚴(yán)重污染，4月份的空氣質(zhì)量指數(shù)較前3個(gè)月有較大改觀。

西安是典型的煤煙污染型城市，1—3月份是煤等燃料消耗的高峰期，因此SO2和NO2的排放量偏高，而且在此期間地表溫度低，大氣穩(wěn)定度較高，加之較少的降雨和較弱的光照，導(dǎo)致比較頻繁的逆溫現(xiàn)象，以致大氣污染物不易于擴(kuò)散，從而導(dǎo)致污染物的濃度急劇升高。

1.2 西安市PM2.5質(zhì)量濃度空間分布規(guī)律

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中計(jì)算空氣質(zhì)量指數(shù)的方法［5］，首先計(jì)算了各監(jiān)測(cè)點(diǎn)2013年1月1日至4月26日每天的空氣質(zhì)量指數(shù)，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每天的空氣質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行了級(jí)別劃分，然后統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)期間西安市13個(gè)觀測(cè)點(diǎn)各級(jí)空氣質(zhì)量指數(shù)出現(xiàn)的頻率(表1)。

表1直觀地體現(xiàn)了各區(qū)的污染狀況。廣運(yùn)潭的污染最為嚴(yán)重，空氣質(zhì)量指數(shù)級(jí)別超過(guò)Ⅱ級(jí)的概率高達(dá)78%;高壓開關(guān)廠、市人民體育場(chǎng)、高新西區(qū)和草灘的污染程度也令人堪憂，其空氣質(zhì)量指數(shù)級(jí)別超過(guò)Ⅱ級(jí)的頻率都超過(guò)70%。

2 PM2.5的相關(guān)因素分析

PM2.5的成分主要由水溶性離子、顆粒有機(jī)物和微量元素等組成。有研究認(rèn)為，AQI監(jiān)測(cè)指標(biāo)中的二氧化硫(SO2)，二氧化氮(NO2)，一氧化碳(CO)是在一定環(huán)境條件下形成PM2.5前的主要?dú)鈶B(tài)物質(zhì)。為了分析PM2.5形成的主要原因，本次研究對(duì)AQI指標(biāo)中6個(gè)基本監(jiān)測(cè)指標(biāo)的相關(guān)性與獨(dú)立性進(jìn)行分析，進(jìn)而分析PM2.5與其他5項(xiàng)分指標(biāo)及其對(duì)應(yīng)污染物含量間的相關(guān)性，相關(guān)性矩陣如表2所示。

表1 各觀測(cè)點(diǎn)空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)頻率統(tǒng)計(jì)表 %

表2 AQI指標(biāo)中6個(gè)基本監(jiān)測(cè)指標(biāo)的相關(guān)性分析表

PM10與 PM2.5 的相關(guān)性最大，為 0.743 883。CO、SO2和NO2也與PM2.5在含量上呈顯著正相關(guān)。事實(shí)上，CO是煤炭等化石燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，因此與PM2.5的含量有絕對(duì)的正相關(guān)性;SO2和NO2是生成硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽的前體物質(zhì)，理應(yīng)與PM2.5有很大的相關(guān)性;而O3具有強(qiáng)氧化性，極易將CO、SO2和NO2氧化，進(jìn)而抑制PM2.5質(zhì)量濃度的增加，從表中數(shù)據(jù)亦可以看出，O3與PM2.5、CO、SO2和NO2在含量上呈負(fù)相關(guān)。

3 結(jié)語(yǔ)

本次研究通過(guò)對(duì)西安市13個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在2013年1—4月份的PM2.5污染水平進(jìn)行分析，確定了其隨著時(shí)間和空間變化的分布特征，并通過(guò)因素相關(guān)性分析，確定了各AQI檢測(cè)指標(biāo)之間的相關(guān)性特征，為西安市完善PM2.5治理導(dǎo)則和實(shí)施治理提供了依據(jù)。

［1］Zhang R J，Wang M X，Xia X G.Chemical Composition of Aerosols in Winter or Spring in Beijing［J］.Journal of Environmental Sciences，2002，14(1):7-11.

［2］ Dockery D W，Schwartz J，Spengler JD.Air Pollution and Daily Mortality:Associations with Particulates and Acid Aerosol［J］.Atmospheric Environment，1992，59:362-373.

［3］毛節(jié)泰，張軍華，王美華.中國(guó)大氣氣溶膠研究綜述［J］.氣象學(xué)報(bào)，2002(5):625-634.

［4］ 任海燕.認(rèn)識(shí) PM2.5［J］.中國(guó)科技術(shù)語(yǔ)，2012，14(2):54-56.

［5］全國(guó)量和單位標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［6］HJ 633—2012環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)［S］.