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        長三角某區(qū)大氣顆粒物時間特征與原因分析

        2021-01-05 10:15:34周玉香蔣榮王敏敏
        關鍵詞:比值顆粒物長三角

        周玉香 蔣榮 王敏敏

        (1. 南京理工大學,江蘇南京 210094;2. 江蘇省南通環(huán)境監(jiān)測中心,江蘇南通 226000)

        1 引言

        大氣顆粒物按照粒徑大小可分為總懸浮顆粒物TSP(粒徑≤100 μm)、可吸入顆粒物PM10(粒徑≤10 μm)、細顆粒物PM2.5(粒徑≤2.5 μm)、超細顆粒物PM1(粒徑≤1 μm)。PM10和PM2.5是環(huán)境空氣質量監(jiān)測中的常規(guī)污染因子。2012 年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署公布的《全球環(huán)境展望5》指出,每年有近200 萬的過早死亡病例與顆粒物污染有關[1]。近幾年來我國出現(xiàn)大范圍的持續(xù)性霧霾天氣[2],對人體健康和交通出行等都產(chǎn)生一些不利影響。

        2013 年,國務院出臺大氣污染防治行動計劃和相關措施,目標到2017 年長三角區(qū)域細顆粒物濃度下降20%。經(jīng)過5 年實施計劃,大氣污染治理不斷提速,治理成效逐步顯現(xiàn)[3]。本文對長三角某區(qū)2013—2017 年的空氣質量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,探究該區(qū)大氣中PM10和PM2.5的時間變化特征,為該區(qū)治理顆粒物污染提供一定的數(shù)據(jù)支撐和建議。

        2 數(shù)據(jù)篩選

        考慮到選取該區(qū)5 年完整的季節(jié)時間段,數(shù)據(jù)選擇2013 年1 月1 日—2018 年2 月28 日每天連續(xù)采樣觀測PM10和PM2.5的日均值結果。采樣天數(shù)為1 885 d,由于自動監(jiān)測系統(tǒng)儀器故障或停電,實際有效天數(shù)為1 878 d。

        3 評價標準

        該區(qū)為二類環(huán)境空氣功能區(qū),執(zhí)行《環(huán)境空氣質量標準》(GB 3095—2012)二級質量濃度限值[4]。

        4 分析方法

        通過統(tǒng)計分析,尋找不同時間尺度下PM10和PM2.5濃度的時間分布特點,包括年度、季節(jié)、月度變化情況。

        5 監(jiān)測結果分析

        5.1 年變化特征

        2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM10和PM2.5的監(jiān)測結果見表1。由表1 可見,2013—2017 年該區(qū)PM10和PM2.5年均值呈下降趨勢。2013 年該區(qū)PM10和PM2.5年均濃度分別為109,71 μg/m3,至2017 年分別降至65,38 μg/m3,下降幅度分別達40.4%,46.5%。該區(qū)PM10和PM2.5有超標現(xiàn)象,2013 年超標最高。2013 年PM10超標0.56 倍,2016 和2017 年PM10均不超標。2013 年PM2.5超標1.03 倍,至2017年仍然超標0.08 倍。

        表1 長三角某區(qū)2013—2017 年大氣PM10 和PM2.5年均濃度變化情況

        5.2 季節(jié)變化特征

        該區(qū)屬亞熱帶濕潤性氣候,季風影響明顯,雨熱同季。該區(qū)四季分明,3—5 月為春季,6—8 月為夏季,9—11 月為秋季,12 月—第二年2 月為冬季。2013—2017 年該區(qū)大氣PM10和PM2.5季節(jié)濃度值見圖1。由圖1 可見,四季顆粒物質量濃度由高到低依次為冬季、春季、秋季、夏季。PM10和PM2.5濃度干濕兩季變化明顯,春冬季節(jié)為干季,降雨量較少,天氣易干燥,空氣的水平和垂直運動緩慢,晝夜溫差變化大,易出現(xiàn)大霧和逆溫影響PM10和PM2.5擴散。夏秋季為濕季,雨季集中出現(xiàn)在5—9 月,受來自海洋上空清潔氣團影響,降水量大,PM10和PM2.5濃度明顯下降。

        圖1 2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM10 和PM2.5 季節(jié)濃度值

        5.3 月變化特征及相關性

        5.3.1 月均濃度變化特征

        2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM10和PM2.5月均濃度值見圖2。從圖2 可以看出,2013—2017 年,該區(qū)大氣PM10和PM2.5月均濃度走勢具有相似性。PM10濃度最高值出現(xiàn)在2013 年12 月(195 μg/m3),最低值出現(xiàn)在2016 年8 月(35 μg/m3);PM2.5濃度最高值出現(xiàn)在2013 年12 月(137 μg/m3),同PM10濃度月份最高值一致,但最低月份值不一致,出現(xiàn)在2017 年10 月(20 μg/m3)。每個自然年中月均濃度變化接近V 型,每年的谷值出現(xiàn)在9 月前后,每年峰值出現(xiàn)在1 月前后。

        圖2 2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM10 和PM2.5 月均濃度值

        5.3.2 PM10和PM2.5月均質量濃度的相關性

        對2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM10和PM2.5月均質量濃度進行線性相關性分析,結果見圖3,擬合方程為y=1.308x+13.231,相關系數(shù)R 為0.938,說明PM10和PM2.5月均濃度呈很強的正相關,兩者都是大氣顆粒污染物,區(qū)別就在于粒徑的大小,一定程度上表明PM10和PM2.5具有同源性。

        圖3 2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM10 和PM2.5月均質量濃度相關性分析

        5.4 PM2.5/PM10 的變化特征

        探究PM2.5在PM10中的占比能反映出顆粒物粒徑構成和污染的原因。據(jù)統(tǒng)計,2013—2017 年長三角某區(qū)大氣PM2.5/PM10月均比值在0.46~0.85 之間,平均值為0.64,可見該區(qū)大氣顆粒物污染PM2.5的貢獻率達一半以上。按照季節(jié)分析PM2.5/PM10比值,發(fā)現(xiàn)四季的變化趨勢與顆粒物質量濃度高低不一致,冬季平均比值最高為0.70,春季平均比值最低為0.58,夏季和秋季比值一樣為0.63。這與Zhou X H等[5]所研究的中國PM2.5質量濃度占PM10的65%左右現(xiàn)象是一致的,這也表明冬季PM10和PM2.5的污染最為嚴重。

        6 污染變化原因分析

        6.1 氣候因素

        該區(qū)夏季盛行東南風,冬季盛行偏北風,夏季空氣對流活動增強,有利于空氣污染物的擴散。夏季雨量占全年雨量的40%~50%,而春冬季雨水較少,不利于大氣污染物的沖刷。冬季夜間溫度較低會增加相對濕度,同時降低空氣中的飽和含水量,早晨霧會遮擋光線,地面接收不到太陽的光照,易形成逆溫層,導致污染物無法向上擴散。

        6.2 地區(qū)活動

        工業(yè)源一直是污染物來源的主體,包括燃煤(燃煤電廠、集中供熱)和工業(yè)生產(chǎn)(工業(yè)鍋爐及窯爐、生產(chǎn)工藝過程排放)等。城市基礎設施建設及園林綠化工程造成揚塵污染增加。機動車保有量逐年增加,且未對私家車實行限行,機動車尾氣排放的主要污染物為CO,NOX,CH 化合物,造成光化學煙霧問題日益突出。

        6.3 環(huán)保政策影響

        環(huán)境政策往往決定了下一階段環(huán)境保護工作的重點,并通過管理手段來實現(xiàn)。2013 年9 月國務院發(fā)布《大氣污染防治行動計劃》,正式全方位科學地治理大氣污染,2014 年全面實施“治企、管車、降塵、控煤、禁燒、聯(lián)防”大氣污染防治方針等,一系列的環(huán)保政策使得大氣污染物排放量明顯下降,環(huán)境明顯改善。

        7 建議

        為有效控制該區(qū)大氣顆粒物污染,一是從源頭入手,加大控制力度,提高思想認識和進行政策激勵,多使用清潔能源;二是提倡廣大群眾綠色出行,鼓勵乘坐公共交通工具以及騎車;三是加強城市生態(tài)建設,合理規(guī)劃綠化和管理水域;四是加強監(jiān)測監(jiān)控,冬季需要重點開展大氣污染綜合治理攻堅行動。

        8 結論

        近年來,該區(qū)PM10和PM2.5年均值顯著下降,與2013 年比,2017 年下降幅度分別達40.4%,46.5%,超額完成《大氣污染防治行動計劃》年度改善目標,環(huán)境空氣質量總體改善明顯。該區(qū)PM10和PM2.5濃度干濕兩季變化明顯,呈現(xiàn)春冬季高、夏秋季低的變化趨勢,每年的谷值出現(xiàn)在9 月前后,每年峰值出現(xiàn)在1 月前后。PM10和PM2.5月均濃度呈很強的正相關,一定程度上說明2 種污染物的源頭和傳播途徑相似。該區(qū)PM2.5/PM10月均比值為0.64,冬季平均比值最高為0.70。PM10和PM2.5濃度的變化受氣候、地區(qū)活動和環(huán)保政策的影響,建議加強監(jiān)測監(jiān)控,鼓勵低碳環(huán)保行動。

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