摘 要:棗莊市是傳統(tǒng)的煤煙型重污染城市,在工業(yè)城市轉(zhuǎn)型的過程中,解決空氣質(zhì)量問題迫在眉睫。對2014年—2015年棗莊市8個自動空氣質(zhì)量監(jiān)測站的PM2.5數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,探討PM2.5的季節(jié)分異特征、地域分布特征、日變化差異分析以及與大氣氧化物的相關(guān)性分析。結(jié)果表明,夏季PM2.5的平均濃度最低、冬季最高。各監(jiān)測站中濃度較高的是嶧城區(qū)政府觀測點、市中區(qū)政府觀測點和高新區(qū)觀測點;較低的是山亭區(qū)環(huán)保局觀測點和臺兒莊區(qū)環(huán)保局觀測點。在一天中,PM2.5的濃度變化呈多峰分布,峰值分別出現(xiàn)在0:00、07:00、10:00及19:00。PM2.5濃度與SO2、NO2和CO濃度均為顯著正相關(guān),與O3濃度成明顯負(fù)相關(guān),表明大氣氧化物對PM2.5濃度有顯著影響。
關(guān)鍵詞:棗莊 PM2.5 季節(jié)分布 地域分布 日變化 大氣氧化物
中圖分類號:F205 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1004-4914(2016)12-162-03
大氣細(xì)顆粒物PM2.5是直徑小于等于2.5μm的顆粒物,能較長時間懸浮于空氣中,其在空氣中含量濃度越高,就代表空氣污染越嚴(yán)重。PM2.5粒徑小,面積大,活性強(qiáng),易附帶有毒、有害物質(zhì)(例如,重金屬、微生物等),可通過呼吸進(jìn)入肺泡沉積,并由此進(jìn)入人的血液之中,從而導(dǎo)致心血管疾病增加死亡率,成為空氣中的“隱形殺手”。此外,PM2.5是霧霾的重要組成部分,其濃度的增加會降低大氣的能見度,影響人們的日常生活安全,因而受到越來越多的關(guān)注。
棗莊市位于山東省的東南部,其地跨東經(jīng)116°48′30″—117°49′24″,北緯34°27′48″—35°19′12″,總面積4563平方公里,常住人口394萬,轄薛城區(qū)、市中區(qū)、嶧城區(qū)、山亭區(qū)、臺兒莊區(qū)、滕州市。北部接壤孔孟之鄉(xiāng)濟(jì)寧,南部與吳楚之邦徐州相鄰,東部與革命圣地臨沂接壤,西部是京杭大運河的源頭微山湖,如圖1。棗莊市因其悠久的采煤歷史被稱為魯南煤城,但同時棗莊市近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城鎮(zhèn)化腳步的加快,城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大,一些化工污染企業(yè)的增多,家庭汽車擁有量的增加等因素的影響,棗莊市已經(jīng)成為全國重污染城市之一,解決環(huán)境問題迫在眉睫。
根據(jù)山東省環(huán)境監(jiān)測部門公布的結(jié)果顯示:2014年6月——2015年5月間,棗莊市“藍(lán)天白云,繁星閃爍”天數(shù)(能見度≥10公里)最多的月份為2015年5月為19日,最少的月份為2014年8月為4日,PM2.5的平均濃度為91.33μg /m3,空氣質(zhì)量Ⅱ級,如圖2、圖3。
一、棗莊市PM2.5污染現(xiàn)狀分析
AQI(空氣質(zhì)量指數(shù))是定量描述空氣質(zhì)量狀況的無量綱指數(shù)。參與評價的主要指標(biāo)為PM2.5、PM10、SO2和NO2四個部分。對棗莊市2013年第四季度至2015年第三季度AQI及其相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行時間、地域的差別分析,監(jiān)測數(shù)據(jù)來源為市中區(qū)政府、污水處理廠、市環(huán)保局、薛城區(qū)環(huán)保局、嶧城區(qū)政府、臺兒莊環(huán)保局、山亭區(qū)環(huán)保局、高新區(qū)八個監(jiān)測點,如圖4。監(jiān)測對象為AQI、PM2.5、PM10、NO2、SO2。
二、棗莊市PM2.5數(shù)據(jù)季節(jié)統(tǒng)計分析
(一)棗莊市2014年環(huán)境質(zhì)量狀況
2014年棗莊市AQI均值為128,PM2.5平均濃度為88μg/m3;PM10平均濃度為167μg/m3;SO2平均濃度為67μg/m3;NO2平均濃度為41μg/m3。PM2.5是影響全市環(huán)境空氣質(zhì)量的首要污染物。
如圖5,四種污染物全年濃度變化走勢相同,AQI值在12月份以及1月份達(dá)到全年最高值,其中,一月份AQI均值高達(dá)209;全市空氣質(zhì)量在夏季7-9月達(dá)到全年最佳,7-9月全市空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)分別為21天、18天和23天;全年NO2以及SO2濃度全年走勢平緩,對AQI值得貢獻(xiàn)較低,PM2.5以及PM10濃度較高,且波動較大,對AQI值貢獻(xiàn)大。2014年棗莊市空氣質(zhì)量在冬季較差,夏季較好,AQI、PM2.5濃度在1月份達(dá)到最高。監(jiān)測的四種污染物隨著時間變化趨勢相同,NO2以及SO2變化趨勢較為平緩,且全年值較低,PM2.5及PM10值較高,并隨時間變化趨勢較為明顯;PM2.5是棗莊市空氣污染的首要污染物。
(二)棗莊市PM2.5的季節(jié)性差異原因分析
棗莊市地處魯中南低山丘陵南部地區(qū),屬于黃淮海沖擊平原的一部分,是典型的煤炭型工業(yè)城市,隨著煤炭資源的大量開采,且不合理的露天堆放,導(dǎo)致了棗莊市PM2.5濃度高于國家平均水平,近些年隨著城市化的發(fā)展,家庭汽車擁有量的增加,新建住宅小區(qū)、城市公路的增加以及耕地的減少,都是空氣質(zhì)量的直接殺手。
在氣候上棗莊市受中緯度暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候影響,全年降水集中在6-9月,降水對空氣中的PM2.5、PM10、SO2等污染物的濃度有很好的降低作用,此外由于夏季日照充足、天氣炎熱、太陽熱輻射高、風(fēng)速較其他季節(jié)大、大氣熱對流強(qiáng)烈、逆溫現(xiàn)象較少等原因,PM2.5不易堆積,擴(kuò)散較好,濃度較低。
棗莊市冬春兩季寒冷少雨,逆溫現(xiàn)象嚴(yán)重,大風(fēng)、沙塵天氣的頻繁出現(xiàn),此外我國北方冬季大量使用燃煤采暖、空調(diào)等供暖使用,且春節(jié)期間煙花爆竹的大量燃放,導(dǎo)致空氣中AQI相關(guān)污染物濃度增高。
三、棗莊市PM2.5的地域分布統(tǒng)計分析
(一)棗莊市PM2.5地域分布統(tǒng)計分析
選取棗莊市8個大氣采樣點2015年夏季連續(xù)50d的AQI、PM2.5、PM10質(zhì)量濃度均值數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。監(jiān)測點1—8分別代表市中區(qū)政府、污水處理廠、市環(huán)保局、薛城區(qū)政府、嶧城區(qū)政府、臺兒莊區(qū)環(huán)保局、山亭區(qū)環(huán)保局、高新區(qū),得圖6—圖8。
如圖數(shù)據(jù)可知,夏季棗莊市8個監(jiān)測點的AQI、PM2.5、PM10濃度值均處于高位,污染嚴(yán)重。從地域分異上來看:7(山亭區(qū)環(huán)保局)觀測點和6(臺兒莊區(qū)環(huán)保局)觀測點三項指標(biāo)濃度相對較低,空氣質(zhì)量相對較好;5(嶧城區(qū)政府)觀測點、1(市中區(qū)政府)觀測點及8(高新區(qū))觀測點三項指標(biāo)濃度最高,空氣污染嚴(yán)重。
(二)棗莊市PM2.5地域差異原因分析
棗莊市是傳統(tǒng)的煤炭城市,如圖9,轄區(qū)內(nèi)礦區(qū)和熱電產(chǎn)業(yè)主要分布在滕州市鄉(xiāng)鎮(zhèn),而造成二氧化硫、氮氧化合物的煙塵污染的水泥產(chǎn)業(yè)主要分布在市中區(qū)內(nèi),污染物排放量大,體現(xiàn)出了工業(yè)布局和區(qū)域傳輸對棗莊市PM2.5濃度的影響。同時棗莊市中區(qū)和滕州市區(qū)是主城區(qū),人口密度大、交通發(fā)達(dá)、物流發(fā)達(dá),汽車尾氣和生活污染排放量較高,也會導(dǎo)致PM2.5指標(biāo)濃度的升高;山亭區(qū)以山區(qū)為主,處于剛開發(fā)狀態(tài),綠色生態(tài)環(huán)境較好,人口密度和車流量較低,人工環(huán)境相對少,導(dǎo)致PM2.5濃度相對較低;臺兒莊區(qū)東連沂蒙山、西瀕微山湖是棗莊市重點發(fā)展的旅游區(qū)域,轄區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)較少,人口密度低,綠地面積大PM2.5濃度低。
四、棗莊市PM2.5日變化統(tǒng)計分析
(一)棗莊市PM2.5日變化統(tǒng)計分析
選取棗莊市8個監(jiān)測點以2015年7月26日同一時間點的AQI、PM2.5、PM10濃度的平均值,做出24h均值的變化曲線。如圖10可知AQI、PM2.5、PM1024h變化曲線呈多峰變化趨勢,峰值分別出現(xiàn)在0:00、07:00、10:00、19:00。
(二)棗莊市PM2.5日變化差異原因分析
棗莊市夜間PM2.5濃度處于一個較高的水平,是由于夜間對流層氣溫較低,易產(chǎn)生逆溫層,使大氣污染物的擴(kuò)散受到影響,導(dǎo)致底層大氣污染嚴(yán)重。隨著上班交通高峰的到來,07:00左右PM2.5濃度略有上升,但對空氣質(zhì)量影響不大。由于棗莊市屬于中等城市,城鎮(zhèn)化水平較低,居民機(jī)動車擁有量相對較少,對環(huán)境不會造成直接影響。棗莊市是一個重工業(yè)城市,隨著進(jìn)入工作時間點,空氣質(zhì)量陡然上升,到10時—11時PM2.5濃度出現(xiàn)了全天最高值。隨著氣溫的升高,大氣擴(kuò)散情況好轉(zhuǎn),夏季植物光合作用的加強(qiáng),在加上交通高峰的過去,PM2.5濃度下降。直到晚上19:00點附近,由于氣象條件的變化,人類活動、下半集體出行活動的增多,PM2.5濃度又出現(xiàn)了一個小峰值。21點之后,由于夏季燒烤在城市的流行,小型污染企業(yè)的夜間開工AQI、PM2.5、PM10平均濃度升高。
五、PM2.5和大氣氧化物的相關(guān)性分析
SO2和NO2可以通過光學(xué)反映對PM2.5濃度產(chǎn)生作用,同時棗莊作為典型的煙煤型城市,其CO排放量對空氣質(zhì)量也形成較大影響。應(yīng)用SPSS17.0軟件對棗莊市8個觀測點的PM2.5平均小時濃度與SO2、NO2、CO和O3進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析,得表1。
結(jié)果顯示,棗莊市的PM2.5平均小時濃度與SO2、NO2和CO濃度均為明顯正相關(guān),與O3濃度成明顯負(fù)相關(guān)。這其中O3對PM2.5濃度的影響最為顯著,關(guān)聯(lián)度達(dá)到0.54,其次是NO2、O3和CO,關(guān)聯(lián)度分別為0.42、-0.36和0.25.這也證明了棗莊市的空氣污染物主要為SO2、NO2和粉塵。
六、結(jié)論
對棗莊市不同年月的PM2.5濃度及其相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行整理統(tǒng)計分析得到以下結(jié)論:
首先,棗莊市2014年AQI、PM2.5季節(jié)性濃度均值夏季7—9月最低,冬季最高,對人體造成一定傷害。
其次,8個功能監(jiān)測點中山亭區(qū)環(huán)保局和臺兒莊環(huán)保局空氣質(zhì)量較好,PM2.5濃度值較低;嶧城區(qū)政府觀測點、市中區(qū)政府觀測點和高新區(qū)觀測點指標(biāo)濃度較高,空氣污染嚴(yán)重。
第三,棗莊市24hPM2.5濃度呈明顯的多峰形狀,峰值分別出現(xiàn)在0:00、07:00、10:00、19:00,這與日常生活出行、人類活動與氣象自然因素密不可分。
第四,棗莊市PM2.5濃度與SO2、NO2和CO濃度均為顯著正相關(guān),與O3濃度成明顯負(fù)相關(guān),說明其二次轉(zhuǎn)化對PM2.5濃度影響明顯,從相關(guān)性分析的結(jié)果來看,SO2對PM2.5濃度的影響最為顯著,CO最不顯著。
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(作者單位:棗莊科技職業(yè)學(xué)院 山東棗莊 277500)
(作者簡介:程麗莉,講師,碩士研究生,研究方向:遙感與土地開發(fā)。)
(責(zé)編:賈偉)