劉奕堯， 邢夢(mèng)林， 王維思， 曾 洋， 郭 發(fā)　(河南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河南鄭州 450004)

?

2014年鄭州市一次灰霾天氣下空氣污染特征分析

劉奕堯， 邢夢(mèng)林， 王維思， 曾 洋， 郭 發(fā)(河南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河南鄭州 450004)

近年來(lái)，我國(guó)空氣中SO2和顆粒物等污染防治工作取得積極進(jìn)展，但是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加速，全國(guó)整體的環(huán)境空氣污染形式依然十分嚴(yán)峻，呈現(xiàn)出煤煙型與氧化型污染共存、局地污染和區(qū)域污染相疊加、污染物之間相互耦合的復(fù)合型大氣污染特征[1]。在我國(guó)京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角為代表的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重點(diǎn)地區(qū)均出現(xiàn)了不同程度的區(qū)域性大氣復(fù)合污染問(wèn)題[2]，以臭氧(O3)為特征的區(qū)域光化學(xué)煙霧時(shí)有出現(xiàn)，以大氣細(xì)顆粒物(PM2.5)污染為特征的灰霾天氣頻發(fā)，嚴(yán)重威脅人民群眾的身體健康和生態(tài)安全，已成為社會(huì)各界高度關(guān)注和亟待解決的重大環(huán)境問(wèn)題[3]。

經(jīng)過(guò)近10年的研究，對(duì)于國(guó)內(nèi)灰霾的發(fā)生時(shí)間、污染源及其與風(fēng)速、相對(duì)濕度、能見(jiàn)度、逆溫層等氣象因素的關(guān)系已有了較深的認(rèn)識(shí)[4-5]。然而，因早期技術(shù)限制，對(duì)于霾期間特征污染物的研究較少[6]。大氣穩(wěn)定度儀通過(guò)測(cè)量附著在顆粒物上的氡子體的放射性來(lái)判斷垂直方向上大氣的穩(wěn)定性，最終得以判斷大氣污染物擴(kuò)散情況[7]。激光雷達(dá)可以探測(cè)到不同高度大氣氣溶膠的強(qiáng)弱信號(hào)，使得研究氣溶膠垂直分布特征多了一種技術(shù)手段。如王苑等[8]利用微脈沖激光雷達(dá)對(duì)上海浦東2008年12月~2010年11月霾期間氣溶膠消光特征進(jìn)行了分析；丁銘等利用黑碳儀對(duì)蘇州市區(qū)秋末、初冬時(shí)段黑碳?xì)馊苣z濃度變化進(jìn)行研究[9]；崔虎雄等利用粒徑譜儀對(duì)上海浦東冬季顆粒物濃度及其譜分布特征進(jìn)行分析[10]。筆者利用大氣穩(wěn)定度儀、EC/OC、粒徑譜儀、激光雷達(dá)等，對(duì)2014年十一期間鄭州地區(qū)的一次灰霾天氣和后期一個(gè)非霾日進(jìn)行了不間斷觀測(cè)，結(jié)合霾天氣地面氣象要素和PM10、PM2.5質(zhì)量濃度資料，探討霾天氣過(guò)程大氣氣溶膠消光系數(shù)垂直分布特征、MLH變化特征以及MLH與PM2.5的關(guān)系，有助于對(duì)灰霾天氣的形成機(jī)制與污染特征的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。

1灰霾天氣下空氣污染物監(jiān)測(cè)

1.1監(jiān)測(cè)地點(diǎn)、時(shí)間監(jiān)測(cè)地點(diǎn)位于河南省輻射環(huán)境安全技術(shù)中心5樓樓頂(34°45′41″ N，113°41′58″ E)，采樣口距地面約25 m。該地點(diǎn)地處鄭州市金水區(qū)，附近主要為住宅區(qū)，500 m內(nèi)無(wú)明顯工業(yè)源，交通源和生活源對(duì)其有一定影響。觀測(cè)時(shí)間為2014年8月~2015年1月。

2.2監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)儀器的型號(hào)及生產(chǎn)廠(chǎng)家見(jiàn)表1。

表1　監(jiān)測(cè)儀器

2結(jié)果與分析

2.1重霾天氣下城市攝像對(duì)比拍攝地點(diǎn)為河南省大氣灰霾站。由圖1可知，2014年10月5日(能見(jiàn)度2 073 m)、11月22日(能見(jiàn)度1 524 m)霧霾現(xiàn)象較為嚴(yán)重，2015年1月5日(能見(jiàn)度2 452 m)也出現(xiàn)霧霾天氣，而晴好天氣下2014年11月12日(能見(jiàn)度19 057 m)同一時(shí)刻能見(jiàn)度較好。

2.2重霾天氣下污染物相關(guān)性分析

2.2.1黑碳與大氣穩(wěn)定度。由圖2可知，灰霾天氣下黑碳880 nm數(shù)值明顯高于日常平均值，可見(jiàn)光被這些黑碳粒子吸收后影響了能見(jiàn)度。此外，這兩天當(dāng)中大氣穩(wěn)定度明顯偏高(圖3)，大氣層邊界穩(wěn)定，不利于污染物擴(kuò)散，所以形成嚴(yán)重霧霾天氣。

2.2.2PM10與EC。由圖4可知，2014年10月5日顆粒物(PM10)濃度全天都在250 μg/m3以上，凌晨03：00最高，達(dá)558 μg/m3，主要是因?yàn)榍锸談偨Y(jié)束，鄭州周邊存在燒秸稈現(xiàn)象。國(guó)慶節(jié)日期間河南多地市出現(xiàn)霾天氣，其中秸稈燃燒是主要誘因。而2014年10月5日元素碳(EC)濃度呈下降趨勢(shì)。

2.2.3顆粒物粒徑分布。由圖5可知，2014年10月5日粒徑小于1 μm顆粒物(PM1)占總顆粒物的比例較之8~12月均值有很大提升，而大于1 μm、小于2.5 μm的顆粒物(PM2.5)比正常天氣下有所下降，說(shuō)明2014年10月5日是一次以PM1為主要污染物的霧霾過(guò)程。

2.3激光雷達(dá)觀測(cè)結(jié)果分析由圖6可知，2014年10月1~8日，國(guó)慶期間河南全省火點(diǎn)主要集中在豫中、豫東地區(qū)，鄭州周邊有明顯較多火點(diǎn)。圖7是利用激光雷達(dá)在532、355 nm波長(zhǎng)下進(jìn)行遙感探測(cè)得出的消光圖和退偏圖。2014年10月1日當(dāng)天有小雨，鄭州上空有云，近地面消光數(shù)值較低，近地面顆粒物水平也相對(duì)較低。10月2日鄭州上空退偏值較大，遙感圖像上可以觀察到有霾存在，疑似秸稈燃燒煙塵。10月3日鄭州遙感圖像明顯也變得模糊，氣溶膠厚度增大，同時(shí)近地面顆粒物增大，污染態(tài)勢(shì)加重。10月4日退偏圖顯示，在1.5~2.5 km高度上有大量高退偏物質(zhì)。

由圖8可知，2014年10月3日、10月5日兩時(shí)段有機(jī)碳(OC)的濃度較大，且主要位于高濕度時(shí)段，表明此時(shí)的二次轉(zhuǎn)化速率較大，氣態(tài)顆粒物向固態(tài)顆粒物轉(zhuǎn)化速度快，此時(shí)雷達(dá)的高消光特性，二次無(wú)機(jī)鹽的貢獻(xiàn)可能較大。10月5日遙感圖像上顯示整個(gè)河南省中、東部地區(qū)污染較為嚴(yán)重，受此影響，邊界層高度較低，只有1 km左右，垂直擴(kuò)散能力弱，在一定程度上導(dǎo)致污染的累積程度加強(qiáng)，近地面消光系數(shù)較大，顆粒物以細(xì)粒子為主。10月6日，受風(fēng)力增大影響，污染逐漸消散。10月7日受高濕度影響，秸稈燃燒后的氣態(tài)污染物向顆粒態(tài)轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致整個(gè)華中、華東地區(qū)出現(xiàn)大范圍污染，此時(shí)消光數(shù)值較大，退偏減小，顆粒物主要以細(xì)顆粒為主。10月8日與7日情況類(lèi)似，雷達(dá)高消光主要為二次轉(zhuǎn)化生成的細(xì)顆粒物所導(dǎo)致。

3結(jié)論

2014年鄭州市一次灰霾天氣下空氣污染具有以下特點(diǎn)：污染是以秸稈燃燒為誘因，雷達(dá)圖片圖及遙感衛(wèi)星火點(diǎn)分布圖可以在垂直和水平尺度把握生物質(zhì)燃燒的特征；燃燒后的氣態(tài)污染物在高濕的環(huán)境下，生成二次新生粒子，導(dǎo)致雷達(dá)消光增強(qiáng)，污染程度加深。綜上所述，該次污染過(guò)程是由生物質(zhì)燃燒所致，污染期間火點(diǎn)數(shù)目持續(xù)增多，且在高濕作用下存在大量二次粒子生成的一次污染過(guò)程。

參考文獻(xiàn)

[1] 王瑞斌,李健軍,孟曉艷,等.環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)[M].北京：中國(guó)環(huán)境出版社，2013.

[2] 唐嫻,王喜全,洪也,等.遼寧中部城市群一次灰霾天氣過(guò)程的外來(lái)影響程度研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2014,34(6)：1541-1550.

[3] 林云,李美玲,宋黨育.焦作市城區(qū)霧霾天氣成因與對(duì)策分析[J].河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013(5):27-31.

[4] 王明潔,朱小雅,陳申鵬.1981~2010年深圳市不同等級(jí)霾天氣特征分析[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2013,33(9):1563-1568.

[5] KANG H Q,ZHU B,SU J F,et al.Analysis of a longlasting haze episode in Nanjing,China[J].Atmospheric research,2013,120:78-87.

[6] 嚴(yán)國(guó)梁,韓永翔,張祥志,等.南京地區(qū)一次灰霾天氣的微脈沖激光雷達(dá)觀測(cè)分析[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2014,34(7):1667-1672.

[7] 王芬娟,張華,MARIA PIA ANCORA,等.通過(guò)測(cè)量氡的放射性來(lái)監(jiān)測(cè)大氣穩(wěn)定度的新方法[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2013,33(4)：594-598.

[8] 王苑,耿福海,陳勇航,等.基于微脈沖激光雷達(dá)的上海浦東地區(qū)不同強(qiáng)度霾研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2013，33(1):21-29.

[9] 丁銘,鄒強(qiáng),葛順,等.蘇州市黑碳?xì)馊苣z的污染特征分析[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2014,30(6):67-71.

[10] 崔虎雄,任小龍,張華.上海市浦東城區(qū)冬季顆粒物數(shù)濃度及其譜分布特征[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2014,30(6):62-66.

摘要2014年10月1~8日國(guó)慶期間鄭州地區(qū)發(fā)生了一次嚴(yán)重灰霾天氣過(guò)程，利用氣象觀測(cè)資料、大氣灰霾站監(jiān)測(cè)資料，對(duì)鄭州空氣污染情況進(jìn)行分析。結(jié)果表明，該次污染是由生物質(zhì)燃燒所致，污染期間火點(diǎn)數(shù)目持續(xù)增多，且在高濕作用下存在大量二次粒子生成的一次污染過(guò)程。

關(guān)鍵詞灰霾；顆粒物；秸稈焚燒；鄭州

Analysis on Spatial-temporal Characteristics of Air Pollution during a Regional Haze Episode over Zhengzhou in 2014

LIU Yi-yao, XING Meng-lin, WANG Wei-si et al(Henan Environmental Monitoring Centre, Zhengzhou, Henan 450004)

AbstractA serious haze weather process happened in Zhengzhou from Oct. 1 to 8,2014.The air pollution situation were analyzed based on the meteorological observation data and atmospheric haze station observation data. The results showed that biomass burning leaded to the pollution. The amount of fire-points increased continuously during the pollution and a great quantity of secondary particles were generated under the influence of high humidity.

Key wordsHaze; Particulate matter; Straw burning; Zhengzhou

收稿日期2015-10-14

作者簡(jiǎn)介劉奕堯(1986-)，男，河南周口人，助理工程師，碩士，從事大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)研究。

中圖分類(lèi)號(hào)S 181.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2015)32-119-03