劉 鑫，孫明虎

（1.山東省冶金設(shè)計院股份有限公司，山東 濟南 250101；2.濟南市環(huán)保局，山東 濟南 250101）

濟南市大氣中一氧化碳污染特征研究

劉 鑫1，孫明虎2*

（1.山東省冶金設(shè)計院股份有限公司，山東 濟南 250101；2.濟南市環(huán)保局，山東 濟南 250101）

為研究城市近地面CO濃度變化特征，于2015年1～12月在山東大學開展了CO連續(xù)監(jiān)測試驗。結(jié)果表明，濟南城區(qū)CO年均濃度為1.431 mg/m3。CO表現(xiàn)出明顯的雙峰型日變化規(guī)律，峰值出現(xiàn)在8:00和21:00，谷值出現(xiàn)在15:00。不同季節(jié)的CO日變化幅度存在差異，夏季最小，冬季幅度最大。一周之中周末CO濃度要高于工作日時。CO存在明顯的季節(jié)變化規(guī)律，濃度最高值出現(xiàn)在12月，最低值出現(xiàn)在7月份。

一氧化碳；日變化；周變化；季變化

1 研究方法

1.1 觀測站點和采樣時間

觀測始于2015年1月1日，到12月31日結(jié)束。觀測點位于山東大學中心校區(qū)內(nèi)，位于濟南東北城區(qū)，附近主要為居民區(qū)及商業(yè)區(qū)，道路交通量較大，周圍10 km范圍內(nèi)無較大的工業(yè)排放源，被認為能夠代表濟南城區(qū)大氣環(huán)境。觀測儀器設(shè)置在環(huán)境學院四樓樓頂（36.67°N，117.06°E），海拔高度約51 m，采樣口距地面約14 m。樣品的采集與輸送分析均采用聚四氟乙烯材料，盡量避免儀器本身對樣品造成污染。

1.2 實驗儀器

本次觀測使用的CO分析儀器為美國熱電環(huán)境儀器公司（TEI） 生產(chǎn)的Model 48i型CO分析儀。該儀器是利用CO吸收波長4.6 μm的紅外輻射的特性，通過氣體濾光相關(guān)紅外吸收（GFC）的方法測定空氣中的CO濃度。分析儀最低檢出限為0.04 ppm。儀器采樣響應(yīng)時間為60 s。觀測為24 h自動連續(xù)進行，利用觀測儀器自帶的軟件每分鐘記錄一次CO濃度數(shù)據(jù)。濃度數(shù)據(jù)的處理以及作圖分別用Microsoft Excel和Origin兩個軟件進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 濟南市CO濃度特征

對濟南市2015年全年的CO小時平均濃度進行統(tǒng)計分析，得到表1。濃度1.982 mg/m3）［5］等北方工業(yè)城市的年均濃度要低，但與南京（年均濃度0.757 ppm）［6］等南方城市相比則要高很多。這種地域間的濃度差異主要是不同城市間能源消耗量的多少導致的。另外，濟南城區(qū)CO年均濃度的標準差及濃度的變化范圍均較大，這反映出一年中環(huán)境空氣中CO濃度的變化較為劇烈，受到了局地污染源以及風速、太陽輻射等因素的影響。

表1 CO平均濃度、標準差、極值及中位數(shù) mg/m3

2.2 CO日變化特征

圖1 濟南市CO濃度的日變化

從表1中可以看出，濟南城區(qū)環(huán)境空氣中CO的年平均濃度為1.431 mg/m3。與國內(nèi)其他城市相比，比北京（年均濃度2.6 mg/m3）［4］、天津（年均

從圖1中可以看出，濟南城區(qū)CO呈現(xiàn)出明顯的日變化特征。4個季節(jié)的CO日變化曲線均呈雙峰型，與其他城市［4-5］監(jiān)測的CO日變化趨勢一致。一天之中，CO濃度的最高值一般出現(xiàn)在8:00左右，次高值出現(xiàn)在晚間21:00至22:00，最小值出現(xiàn)在午后的15:00至16:00。

CO日變化是城區(qū)車輛排放、太陽輻射、邊界層高度、大氣流動等因素共同作用的結(jié)果。自晚間22:00至次日的3:00，CO濃度呈現(xiàn)下降趨勢。這主要是道路車流量較小，CO排放量的減小導致的。從早上3:00至8:00，CO的濃度值開始快速上升，直到達到全天濃度最高值。這段時間內(nèi)，人群活動開始逐漸增多，大量的車輛消耗了可觀的汽柴油等燃料；另外，早上8:00前大氣邊界層高度正處于最低值［6］，不利于CO的擴散，同時這段時間太陽輻射仍處于較低的強度，CO的光化學消耗量較低。以上因素共同作用，使得空氣中CO濃度快速增加，并出現(xiàn)峰值。從8:00出現(xiàn)峰值之后，到下午15:00至16:00，CO濃度在該時間段迅速降低，并出現(xiàn)一天內(nèi)的濃度最低值。這段時間內(nèi)，車流量的減少使得污染物排放量較少；同時太陽輻射強度較高，有利于CO結(jié)合OH自由基發(fā)生光化學反應(yīng)生成CO2；另外，隨著近地面大氣溫度的上升，一方面大氣邊界層迅速增高，另一方面大氣流動增強，這兩方面的大氣活動均有利于污染物的擴散。以上所說的這些因素共同作用導致了該時間段CO濃度的降低。到午后15:00左右，城區(qū)上空邊界層高度到達最高值［6］時，CO濃度降到谷值。在此之后，一直到夜間21:00至22:00，CO濃度又出現(xiàn)上升。這主要是交通晚高峰、太陽輻射減弱、氣象條件趨于穩(wěn)定等因素導致的。

CO日變化趨勢在各個季節(jié)是大致相同的，但是變化幅度存在著明顯的季節(jié)差異。春季、夏季、秋季和冬季的濃度日變化幅度分別為0.444 mg/m3、0.316 mg/m3、0.596 mg/m3、0.868 mg/m3。冬秋兩季幅度較大，春夏兩季幅度較小，這與其他北方城市［4］的發(fā)現(xiàn)基本一致。除了日變化幅度外，不同季節(jié)CO的日變化峰值和谷值濃度也存在差異。冬季的日變化最低值和最高值濃度要遠高于其他3個季節(jié)，這主要歸因于冬季燃煤大量消耗。

2.3 CO濃度的周變化

早在1974年，Cleveland等人［7］提出了污染物存在“周末效應(yīng)”，即周末污染物濃度要低于工作日時的濃度；隨后，國內(nèi)外學者在南京［6］、北京［8］等地的研究中也發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。為揭示濟南城區(qū)CO濃度的周變化規(guī)律，筆者將含節(jié)假日的非正常工作周以及特殊天氣（大風、雨雪天氣）的數(shù)據(jù)剔除，計算了一周內(nèi)各天的年平均濃度值。

如圖2所示，濟南城區(qū)CO濃度呈現(xiàn)出一定的周變化規(guī)律。從周一到周五，CO濃度呈現(xiàn)上升趨勢，周末空氣中CO維持在較高濃度；一周內(nèi)CO日均濃度最高值出現(xiàn)在周六，且周末CO濃度要高于工作日的濃度。這與南京［6］、北京［8］等地的研究發(fā)現(xiàn)正好相反。分析出現(xiàn)這種差異的原因可能與本觀測點所處的區(qū)域有關(guān)。本觀測點周邊為重要商圈，大型商場和農(nóng)貿(mào)市場分布其間，這使得該區(qū)域周末人流車流量要比工作日更多，與之相應(yīng)的是CO的直接排放增多，出現(xiàn)了“反周末效應(yīng)”。

圖2 濟南市CO濃度周變化

為更好地說明CO濃度在工作日和周末的變化情況，根據(jù)雙休日制度將一周分為工作日和周末兩類時間，計算各自的CO小時平均濃度。從圖3可以看出，在5:00至15:00，周末CO濃度明顯高于工作日時的濃度；在其他時間段，周末和工作日的CO濃度相差不大。二者濃度出現(xiàn)差別的時段基本上與購物人群的活動時間相吻合。在7:00至10:00這一時段，周末和工作日二者之間濃度差值較大，達到了0.150 mg/m3以上，而這一時段正是購物人群最活躍時間。由此可見，濟南城區(qū)大氣CO濃度的反周末效應(yīng)主要是人類活動所導致的。

圖3 工作日和周末的CO濃度日變化曲線

2.4 CO濃度的季節(jié)變化

圖4 CO濃度月均值變化曲線

2015年濟南市CO春季、夏季、秋季、冬季的平均濃度值分別為1.219 mg/m3，1.017 mg/m3，1.534 mg/m3，1.936 mg/m3。比較1～12月的月平均濃度值發(fā)現(xiàn)，最大月均值出現(xiàn)在12月份，其濃度均值為2.514 mg/m3，最小月均值出現(xiàn)在7月份，其濃度均值為0.883 mg/m3。

按照采暖時間，可以將全年分為采暖期（11月15日至次年3月15日）和非采暖期（3月16日至11月14日）。采暖期平均濃度為1.874 mg/m3，非采暖期為1.212 mg/m3。采暖期供暖使得煤炭消耗量較大，CO排放量也隨之增加。除了人為源強的變化之外，采暖期溫度較低，大氣穩(wěn)定度較高，邊界層維持在較低高度，這樣的氣象條件有利于CO在近地面積累；另外，太陽輻射強度低使得光化學反應(yīng)較弱，CO的消耗作用不強。以上各方面的因素共同作用，使得采暖期的CO濃度較高。

與全球大氣本底站［2］的CO變化相比，濟南城區(qū)CO濃度高值出現(xiàn)在12月份，而本底大氣中CO濃度最高值出現(xiàn)在早春3月，這主要是城市人為排放源所導致的［6］。采暖季過后，CO濃度逐月下降，但5、6月份濃度不降反升；出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因主要是濟南當?shù)卮杭敬竺娣e的燒荒，6月份夏收夏種期間又出現(xiàn)燒秸稈情況。到7月份CO濃度降至最低值，這主要是源排放強度較低、氣象條件利于污染物擴散，較高濃度的OH自由基大量消耗CO，三方面因素共同作用所致。自7月之后，CO濃度又開始上升，到10月份之后，受溫度較低及供暖影響，CO濃度迅速上升并維持在較高濃度水平。

3 結(jié)論

（1）相較于其他北方城市，濟南城區(qū)CO濃度相對較低。

（2）濟南城區(qū)CO呈現(xiàn)出明顯的日變化規(guī)律，這是機動車排放、太陽輻射、邊界層高度、大氣流動等因素共同作用的結(jié)果。

（3） 一周內(nèi)，CO濃度最高值出現(xiàn)在周六，最低值出現(xiàn)在周一，這是觀測點周邊人群活動的周期性變化導致的。

（4）CO濃度冬季濃度最高，夏季最低，這是排放源強以及氣象條件的季節(jié)變化所導致的。

［1］KHALIL M A K，RASMUSSEN R A.Global decrease in atmospheric carbon monoxide concentration［J］.Nature，1994，370（6491）：639-641.

［2］周凌晞，溫玉璞，李金龍，等.瓦里關(guān)山大氣CO本底變化［J］.環(huán)境科學學報，2004，24（4）：637-642.

［3］方雙喜，周凌晞，欒天，等.浙江臨安大氣本底站CO濃度及變化特征［J］.環(huán)境科學，2014，35（7）：2454-2459.

［4］薛敏，王躍思，孫揚，等.北京市大氣中CO的濃度變化監(jiān)測分析［J］.環(huán)境科學，2006，27（2）：200-206.

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［7］CLEVELAND W S，GRAEDEL T E，KLEINER B，et al.Sunday and workday variations in photochemical air pollutions in New Jersey and New York［J］.Science，1974，186（4168）：1037-1038.

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（編輯：程 ?。?/p>

A Study on Pollution Characteristics of Atmospheric CO in Jinan

Liu Xin1，Sun Minghu2*
（1.Shandong Provincial Metallurgical Engineering Co.，Ltd，Jinan Shandong 250101，China；2.Jinan Environmental Protection Bureau，Jinan Shandong 250101，China）

Continuous measurement of carbon monoxide（CO）at one observation point in Shandong University was carried out in Jinan from January to December 2015 to study the concentration characteristics of CO.Studies revealed that the annual mean concentration of CO was 1.431 mg/m3. CO exhibited significant diurnal variation with two peaks about 8:00 am and 21:00 pm and the trough around 15:00 pm.Diurnal variations in the different seasons were not same with the largest in winter and the smallest in summer.As to weekly variation of CO，the mean concentration in the weekend was higher than that on working days.There was an obviously seasonal cycle of CO，with the maximum in December and the minimum in July.

carbon monoxide，diurnal variation，weekly variation，seasonal variation

X511

A

1008-813X（2016）05-0075-04

2016-09-12

劉鑫（1984-），男，山東萊蕪人，畢業(yè)于平頂山工學院環(huán)境工程專業(yè)，工程師，主要從事環(huán)境影響評價、環(huán)境監(jiān)測等工作。

*通訊作者：孫明虎（1986-），男，山東濟南人，畢業(yè)于山東大學環(huán)境工程專業(yè)，博士，主要從事環(huán)境行政管理工作。

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.05.20

在近地面環(huán)境大氣中，CO是不容忽視的一種污染物。它對環(huán)境的影響作用主要表現(xiàn)在兩個方面：一是CO會直接影響人體健康。一般認為，長時間處于較高濃度的CO中，人的血液和神經(jīng)系統(tǒng)會受到一定程度的毒害。除此之外，CO作為一種反應(yīng)性氣體，可以與OH自由基發(fā)生氧化反應(yīng)。這一反應(yīng)會削弱大氣的氧化能力，從而導致大氣中微量氣體如CH4、O3的壽命增長，進而影響對流層大氣化學過程，加劇溫室效應(yīng)［1］。

自Migeotte等于1952年首次對大氣中CO進行觀測以來，國內(nèi)外在多個全球或者區(qū)域大氣本底站開展了一系列CO觀測［2-3］。相比而言，在人類活動影響強烈的城市中開展的觀測活動還較少。濟南作為東部沿海省份的省會城市，是環(huán)保部公布的2015年中國空氣污染最為嚴重的十個城市之一。本研究于2015年全年對濟南城區(qū)大氣中CO濃度進行了定點連續(xù)觀測，評價了CO的污染水平，分析了CO濃度的變化特征及其影響因素，以期為濟南市今后的大氣污染防治工作提供參考資料。