黃艷玲

(佛山市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 佛山 528000)

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佛山市PM2.5污染時空分布特征研究

黃艷玲

(佛山市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東 佛山 528000)

根據(jù)2014年佛山市環(huán)境空氣質(zhì)量實時發(fā)布平臺發(fā)布的PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)研究了佛山市PM2.5污染時空分布特征。結(jié)果表明：2014年佛山市PM2.5日均濃度集中在16～45 μg/m3的濃度區(qū)間，PM2.5日均濃度超標(biāo)的日子主要出現(xiàn)在秋冬季(1月、10～12月)和春季(3月)靜穩(wěn)天氣多發(fā)的時段，以及夏季(6月)臺風(fēng)外圍下沉氣流影響時段。污染日平均濃度為101 μg/m3，為年均濃度45 μg/m3的2.2倍。污染時段周末的污染天數(shù)略高，受夜間逆溫等氣象條件影響，污染日內(nèi)PM2.5各時刻的濃度出現(xiàn)夜間偏高。靠近污染源和污染輸送通道的點(diǎn)位年均濃度較高。利用克里金插值進(jìn)行年均濃度和污染日平均濃度空間分析發(fā)現(xiàn)，濃度高值區(qū)均位于與廣州中心城區(qū)相鄰，工業(yè)制造業(yè)較為發(fā)達(dá)的東北部。污染時段內(nèi)，中度污染的污染帶影響面積覆蓋南海區(qū)和禪城區(qū)的大部分區(qū)域。

PM2.5；時空分布；污染；克里金插值

1　引言

近年來，不同地區(qū)開展的研究表明，細(xì)顆粒物(PM2.5)質(zhì)量濃度與人體健康狀況顯著相關(guān)[1，2]，同時也對大氣能見度有重要影響[3，4]，對水環(huán)境質(zhì)量也有一定影響[5]。美國環(huán)境保護(hù)局在1997年提出了關(guān)于PM2.5的標(biāo)準(zhǔn)。我國于2012年由國家環(huán)保部頒發(fā)的最新環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)，明確規(guī)定了PM2.5的24 h平均濃度標(biāo)準(zhǔn)和年均濃度標(biāo)準(zhǔn)，并要求2016年全國實施。此前，不少城市已經(jīng)逐步開展PM2.5在線實時監(jiān)測，通過積累的數(shù)據(jù)展開相關(guān)的數(shù)據(jù)分析和挖掘。王敬等[6]對烏魯木齊重污染期間PM2.5化學(xué)特征進(jìn)行分析；吳兌等[7]分析了珠三角地區(qū)PM2.5長期變化趨勢及灰霾天氣出現(xiàn)的時段特征；楊復(fù)沫等[8]對北京市城區(qū)和居住區(qū)的PM2.5濃度季節(jié)變化特征進(jìn)行研究；王文錚等[9]對上海市靜安區(qū)PM2.5濃度變化趨勢進(jìn)行了分析。

佛山市位于珠江三角洲中部偏西，比鄰廣州西面，受地形和氣象條件的影響PM2.5污染在區(qū)域內(nèi)相對較高，影響了佛山市整體空氣質(zhì)量水平和空氣質(zhì)量綜合指數(shù)排名[10]。在實施環(huán)境空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)后，隨著大量的監(jiān)測站點(diǎn)逐步開展擴(kuò)項，累積大量的PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)，對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析，探尋PM2.5污染變化規(guī)律，對空氣質(zhì)量的評價和重污染預(yù)報預(yù)警有重要的意義。本文以佛山市2014年環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測所得的PM2.5濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，探究污染時段PM2.5污染的時空分布特征。

2　監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)

2.1監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

本研究所使用的數(shù)據(jù)資料來源于佛山市空氣質(zhì)量實時發(fā)布平臺所發(fā)布的2014年1月1日至2014年12月31日各個環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)位 PM2.5小時濃度，點(diǎn)位分布如圖1。

圖1　監(jiān)測點(diǎn)位分布及類型

2.2監(jiān)測方法

各監(jiān)測站點(diǎn)均按照粵港澳珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)[13]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量控制及質(zhì)量管理，PM2.5監(jiān)測儀均采用β射線法進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證措施均符合《珠江三角洲區(qū)域空氣監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)QA/QC手冊》[12]相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，符合監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。

2.3監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

本研究按《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)中對數(shù)據(jù)有效性的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算，按照二類功能區(qū)所應(yīng)符合的二級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價分析。PM2.5日均值超過75 μg/m3為達(dá)到輕度污染或以上。

3　結(jié)果與分析

3.1PM2.5污染時間變化特征

3.1.1PM2.5濃度區(qū)間分布特征

受亞熱帶降雨量充足，夏季太陽輻射強(qiáng)烈等氣象條件影響，珠三角地區(qū)PM2.5濕沉降和大氣污染垂直擴(kuò)散條件較為有利，PM2.5污染少有達(dá)到“爆表”(PM2.5日均濃度超過250 μg/m3)的程度。但受珠三角季候風(fēng)和三面環(huán)山一面向海的地形影響，位于珠三角偏西的佛山市容易受區(qū)域污染影響，加上本地污染囤積，形成PM2.5污染。根據(jù)2014年全市PM2.5日平均濃度的濃度區(qū)間分布的分析結(jié)果(圖2)，全市PM2.5日均濃度集中在16～45 μg/m3濃度區(qū)間。全年有44%的日均濃度低于35 μg/m3(優(yōu))；87%的日均濃度低于75 μg/m3(輕度污染以下)，達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)；僅有3%為中度污染，未出現(xiàn)過重度污染或以上的情況。

PM2.5日均濃度超標(biāo)(超過75 μg/m3)的日子主要出現(xiàn)在1月、3月、6月、10～12月。1月和10～12月為秋冬季節(jié)，靜穩(wěn)天氣多發(fā)，太陽輻射減弱大氣垂直對流活動平緩，污染物容易囤積不易擴(kuò)散；2月受春節(jié)長假期影響，生產(chǎn)生活污染排放減少，但3月份污染源水平恢復(fù)正常，加上春季季風(fēng)變化，靜穩(wěn)天氣和高濕天氣不利于污染擴(kuò)散，容易引發(fā)PM2.5污染。在6月等夏季月份，大氣垂直對流活動強(qiáng)烈，大氣混合層較高，降雨量大，有利于污染物的擴(kuò)散稀釋和沉降，空氣質(zhì)量較好，但受臺風(fēng)外圍下沉氣流影響時，常出現(xiàn)污染情況。

圖2PM2.5日均濃度區(qū)間分布

3.1.2月變化特征

對2014年全市PM2.5污染日天數(shù)及平均濃度的逐月變化進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)(圖3)，全年P(guān)M2.5污染日天數(shù)為47天，占全年有效天數(shù)的12.9%。污染日平均濃度為101 μg/m3，為年均濃度45 μg/m3的2.2倍。超標(biāo)天數(shù)較多的月份為1月、10～12月，4、5月和8、9月未出現(xiàn)超標(biāo)，夏季(6～7月)的污染日濃度低于秋冬春季(1～3月和10～12月)，結(jié)果與上述一致，秋冬季擴(kuò)散條件較差，污染多發(fā)，夏季降雨充足且垂直擴(kuò)散有利，出現(xiàn)污染的情況較少，即使出現(xiàn)污染，污染程度相對秋冬春季較輕。秋冬季整體污染水平較高，污染日濃度與月均濃度差距較小，而春季污染日(2～3月)和夏季(6～7月)污染日濃度是月均濃度的2倍以上，可見在這兩個時段內(nèi)污染出現(xiàn)的頻率較小，但變化的幅度比較大。

圖3PM2.5濃度月變化

3.1.3周變化特征

2014年全市PM2.5濃度周變化不明顯，濃度水平基本一致，周六日未因休假而出現(xiàn)生產(chǎn)生活排放大量減少的情況。而在污染時段，PM2.5濃度有一定的周變化差異，周五和周二平均濃度最高，周三最低，周末的污染天數(shù)略高，但濃度差異幅度不大，工作日和非工作日未出現(xiàn)顯著差異。表明污染時段的污染水平一定程度上受工作日和非工作日的差異影響，但影響程度較小(圖4)。

圖4PM2.5濃度周變化

3.1.4日變化特征

為有效對比污染日內(nèi)PM2.5濃度變化特征，除了對各時刻的平均濃度進(jìn)行對比外，還對各時刻濃度的第95百分位數(shù)和第5百分位數(shù)進(jìn)行分析(為避免異常數(shù)據(jù)不使用最大、最小值)。發(fā)現(xiàn)PM2.5日內(nèi)變化不明顯，各時刻平均值和第5百分位數(shù)夜間和日間的變化不大，第95百分位數(shù)夜間有偏高。污染日內(nèi)PM2.5各時刻的濃度均值、第95百分位數(shù)和第5百分位數(shù)均出現(xiàn)夜間偏高。夜間容易受輻射逆溫的影響，擴(kuò)散條件差，污染物更容易囤積，最高濃度一般出現(xiàn)在7時或8時的日出前后時間，日出后太陽輻射逐步增強(qiáng)，逆溫層逐漸消失，污染得到一定的消散，午后13時、14時最低，傍晚又再次因為地面迅速散熱而逐步形成逆溫條件(圖5)。

圖5PM2.5濃度日變化

3.2PM2.5污染空間分布特征

3.2.1不同類型點(diǎn)位對比

為對比PM2.5濃度空間分布，選取監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中典型的四種類型點(diǎn)位作為代表進(jìn)行對比分析，包括位于中心城區(qū)內(nèi)周邊為居民樓或樓盤的居民區(qū)點(diǎn)位(圖1中的1號點(diǎn)位)，位于汽車站和高速路附近的路網(wǎng)密集區(qū)點(diǎn)位(圖1中的2號點(diǎn)位)，位于接近西部丘陵山區(qū)的近郊點(diǎn)位(圖1中的3號點(diǎn)位)，以及靠近城市邊界，受外來源影響較大的區(qū)域邊界點(diǎn)位(圖1中的4號點(diǎn)位)。

對四種不同點(diǎn)位的年均濃度和污染日濃度進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)(圖6)，年均濃度最高的是區(qū)域邊界點(diǎn)位和路網(wǎng)密集區(qū)點(diǎn)位，近郊點(diǎn)位最低，居民區(qū)點(diǎn)位最接近全市平均水平(45 μg/m3)，各類點(diǎn)位的年均濃度差別不大，反映城市化程度已經(jīng)比較高，污染水平無明顯的城區(qū)和郊區(qū)之分，靠近污染源和污染輸送通道的點(diǎn)位濃度較高；而污染日平均濃度最高為路網(wǎng)密集區(qū)點(diǎn)位，最低的仍為近郊點(diǎn)位，點(diǎn)位間的濃度差異比年均值的差異大。近郊點(diǎn)位接近全市背景濃度水平，在污染時期，受局地交通源影響的路網(wǎng)密集區(qū)點(diǎn)位更容易產(chǎn)生大氣污染；而區(qū)域邊界點(diǎn)位雖受外來輸送影響，但污染物需要經(jīng)過較遠(yuǎn)距離傳輸才能到達(dá)，中途還有部分的沉降和稀釋，降低了污染影響的程度。

圖6　2014年不同類型點(diǎn)位PM2.5濃度對比

3.2.2空間分布

以克里金插值法對監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各點(diǎn)位監(jiān)測濃度進(jìn)行插值獲得空間分布結(jié)果?？死锝?Kriging)插值法又稱空間自協(xié)方差最佳插值法，它是以南非礦業(yè)工程師D．G．Krige的名字命名的一種最優(yōu)內(nèi)插法?？死锝鸱◤V泛地應(yīng)用于地下水模擬、土壤制圖等領(lǐng)域，是一種很有用的地質(zhì)統(tǒng)計格網(wǎng)化方法。它首先考慮的是空間屬性在空間位置上的變異分布，確定對一個待插點(diǎn)值有影響的距離范圍，然后用此范圍內(nèi)的采樣點(diǎn)來估計待插點(diǎn)的屬性值[21]。

PM2.5年均濃度和污染日濃度進(jìn)行插值結(jié)果如圖7。年均濃度和污染日平均濃度的高值區(qū)均位于城市的東北部，與廣州中心城區(qū)相鄰的區(qū)域，同時也是工業(yè)制造業(yè)較為發(fā)達(dá)的區(qū)域之一。污染時段內(nèi)，平均濃度達(dá)到中度污染(大于115 μg/m3)的區(qū)域自東北向城市中部延伸，形成污染帶，影響面積覆蓋南海區(qū)和禪城區(qū)的大部分區(qū)域(圖7)。

(a)年均濃度(b)污染日平均濃度

圖7PM2.5年均濃度及污染日平均濃度空間分布

4　結(jié)論

(1) 2014年佛山市PM2.5日均濃度集中在16～45 μg/m3濃度區(qū)間，全年有87%的日均濃度在輕度污染以下；PM2.5日均濃度超標(biāo)的日子主要出現(xiàn)在秋冬季(1月、10～12月)和春季(3月)靜穩(wěn)天氣多發(fā)的時段，以及夏季(6月)臺風(fēng)外圍下沉氣流影響時段。

(2) 2014年佛山市PM2.5污染日天數(shù)為47 d，占全年有效天數(shù)的12.9%。污染日平均濃度為101 μg/m3，為年均濃度45 μg/m3的2.2倍。超標(biāo)天數(shù)較多的月份為1月、10～12月。

(3) 污染時段周末的污染天數(shù)略高，污染水平一定程度上受工作日和非工作日的差異影響，但影響程度較小。受夜間逆溫等氣象條件影響，污染日內(nèi)PM2.5各時刻的濃度均值、第95百分位數(shù)和第5百分位數(shù)均出現(xiàn)夜間偏高。

(4) 市內(nèi)不同類型點(diǎn)位的年均濃度差別不大，反映城市化程度已經(jīng)比較高，污染水平無明顯的城區(qū)和郊區(qū)之分，靠近污染源和污染輸送通道的點(diǎn)位濃度較高。污染時段內(nèi)，受局地交通源影響的路網(wǎng)密集區(qū)點(diǎn)位污染較重。

(5) 年均濃度和污染日平均濃度的高值區(qū)均位于與廣州中心城區(qū)相鄰，工業(yè)制造業(yè)較為發(fā)達(dá)的東北部。污染時段內(nèi)，中度污染的污染帶影響面積覆蓋南海區(qū)和禪城區(qū)的大部分區(qū)域。

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Analysis on Featuresof Spatial and Temporal Distribution of PM2.5During Pollution Period in Foshan

Huang Yanling

(FoshanEnvironmentalMonitoringCenterStation,Foshan,Guangdong, 528000,China)

Based on the PM2.5monitoring data released by Foshan environmental air quality real-time publishing platform in 2014, we analyzed the features of spatial and temporal distribution of PM2.5in Foshan City. It was found that the daily average concentration of PM2.5inFoshanconcentratedbetween 16 and 45μg/m3.The excessive days of PM2.5occurred mainly in autumn and winter (January, October to December) and spring (March) which static stability weather often appears, and summer (June) affected by Typhoon downdraft. The daily average concentration of PM2.5was 101 g/m3during pollution period, which was 2.2 times of the average annual concentration of 45 g/m3. The pollution days were slightly higher in weekends than working days. For the Inversion layer , the concentration of PM2.5appeared higher during the night.The annual concentration of monitoring stations near the pollution source and pollution transport channel was higher. The analysis of concentration interpolation during pollution period and normal period by Kriging interpolation showed usthat the high concentration value areas were located in the northeast of Foshan, which located adjacent to the central city of Guangzhou and had moredevelopedindustrial manufacturing. The mesosaprobicpollution zone covered most areas of Nanhai Districtand ChanchengDistrict during pollution period.

PM2.5; spatial and temporal distribution; pollution; Kriging interpolation

2016-05-10

佛山市科技發(fā)展專項資金項目(編號：2012AA100741)；佛山市科技計劃項目(編號：2015AB004381)

黃艷玲(1984—)，女，碩士，主要從事環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析及環(huán)境預(yù)警預(yù)報工作。

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A

1674-9944(2016)14-0104-05