吳棟橋 周登

（1 湖北省咸寧市氣象局，咸寧 437100；2 金沙國家大氣本底站，武漢 430074）

0 引言

金沙國家大氣本底站位于湖北省咸寧市崇陽縣，海拔750 m，是我國7個(gè)成型的本底站之一。大氣本底站監(jiān)測的是（排除局地環(huán)境影響的）整個(gè)大氣環(huán)境混合均勻之后的平均狀況，金沙國家大氣本底站能對華中區(qū)域的大氣成分狀況進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)的觀測。金沙國家大氣本底站從2006年開始?xì)馊苣z（PMPM）的在線觀測，2019年2月開始反應(yīng)性氣體臭氧、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物的在線觀測，空氣質(zhì)量由顆粒物質(zhì)量濃度與反應(yīng)性氣體質(zhì)量濃度進(jìn)行綜合評價(jià)。

1 資料與方法

顆粒物資料采用位于金沙國家大氣本底站的GRIMM180顆粒物監(jiān)測儀探測到的PM、PM數(shù)據(jù)，資料時(shí)段為2006年11月—2019年5月，數(shù)據(jù)為5 min一組，資料整體上連續(xù)性較好，在數(shù)據(jù)分析上做了質(zhì)量控測，用于計(jì)算小時(shí)平均值的有效數(shù)據(jù)樣本量不低于60%，日平均采用的有效數(shù)據(jù)樣本量不低于75%。

反應(yīng)性氣體資料采用2019年3月1日—6月30日數(shù)據(jù)，每分鐘一組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)計(jì)算到小時(shí)平均值，然后再統(tǒng)計(jì)24 h平均濃度。

2 空氣質(zhì)量狀況分析

《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）規(guī)定2016年1月1日起在全國實(shí)施。其中，自然保護(hù)區(qū)、特殊保護(hù)區(qū)域按一級標(biāo)準(zhǔn)，居住區(qū)、文化區(qū)、工業(yè)區(qū)、農(nóng)村地區(qū)按二級標(biāo)準(zhǔn)。反應(yīng)性氣體數(shù)據(jù)采用的時(shí)間段為2019年3月1日—6月30日，顆粒物質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)年平均值采用時(shí)間段為2007—2018年，顆粒物質(zhì)量濃度24 h平均值采用時(shí)間段為2014年6月—2018年12月。反應(yīng)性氣體及顆粒物質(zhì)量濃度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

反應(yīng)性氣體CO、SONO、NO質(zhì)量濃度其24 h平均最大值達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)，部分日數(shù)臭氧質(zhì)量濃度超過一級標(biāo)準(zhǔn)，臭氧日超標(biāo)率10.6%。PM質(zhì)量濃度日超標(biāo)率為18.0%，P M質(zhì)量濃度日超標(biāo)率17.0%。

從空氣質(zhì)量狀況來看，對空氣質(zhì)量影響較大的為顆粒物及臭氧，臭氧質(zhì)量濃度超過一級標(biāo)準(zhǔn)的日數(shù)較少，且超出范圍不高。顆粒物質(zhì)量濃度超標(biāo)率較高，PM年平均濃度無法達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)15 μg/m，只能達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)35 μg/m，二級達(dá)標(biāo)率為83.3%。

從反應(yīng)性氣體質(zhì)量濃度變化特征來看，CO、SONO、NO遠(yuǎn)低于一級標(biāo)準(zhǔn)，說明金沙本底站本地空氣污染源極少，臭氧的濃度有少部分超過一級標(biāo)準(zhǔn)。臭氧的主要來源為閃電、太陽的紫外輻射、臭氧的VOCs前體物（氮氧化物等），另有研究表明研究人員表示，臭氧水平上升與PM污染的相應(yīng)減少有直接關(guān)系?？諝庵械念w粒物能吸附化學(xué)自由基，以阻止臭氧的產(chǎn)生。當(dāng)PM濃度降低，細(xì)微顆粒減少時(shí)，對反應(yīng)物的吸附量也會減少，最終導(dǎo)致大氣氧化性增加，促使VOCs和NO轉(zhuǎn)化成了臭氧。

表1 空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與金沙本底站空氣質(zhì)量（單位：μg/m3，其中CO濃度單位為mg/m3）統(tǒng)計(jì)Table 1 Air quality standards and statistics of air quality (unit: μg/m3, except CO with an unit of mg/m3) at Jinsha atmospheric background station

3 顆粒物濃度變化特征分析

3.1 顆粒物質(zhì)量濃度年變化特征

由圖1可以看出，2006—2013年，金沙站大氣顆粒物濃度屬于上升趨勢，2013年至今，年平均質(zhì)量濃度呈現(xiàn)下降趨勢。

圖1 2007—2018年顆粒物（PM2.5和PM10）質(zhì)量濃度年平均變化特征Fig. 1 Annual average variations of particulate matter concentrations of PM10 and PM2.5 during the period from 2007 to 2018

顆粒物質(zhì)量濃度在2013年達(dá)到極值，PM年平均質(zhì)量濃度為44.1 μg/m，PM年平均質(zhì)量濃度為49.7 μg/m，2013年后逐漸降低，至2015年后PM質(zhì)量濃度降為25 μg/m以下，最低年份均值出現(xiàn)在2016年為22.8 μg/m。2015年以前PM質(zhì)量濃度在25.8～44.1 μg/m，2016年后PM質(zhì)量濃度在22.8～24.1 μg/m。自2013年以來，我國加大力度解決空氣污染問題，從數(shù)據(jù)可以看到，華中區(qū)域顆粒物濃度的減少有明顯的改善效果，2014年以后PM年平均質(zhì)量濃度小于35 μg/m的二級標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 顆粒物質(zhì)量濃度月變化特征

如圖2所示，PMPM月變化趨勢基本一致，呈夏季低而冬季高的特點(diǎn)，最低月平均出現(xiàn)在2017年6月（11.1 μg/m、12.4 μg/m），月均值最高出現(xiàn)在2013年1月（66.0 μg/m、77. 1 μg/m），主要是因?yàn)橄募練鉁馗?，有利于大氣污染物的擴(kuò)散，冬季容易出現(xiàn)逆溫層，不利于近地面污染物擴(kuò)散。

3.3 顆粒物質(zhì)量濃度日變化特征

金沙PM、PM質(zhì)量濃度的逐時(shí)變化趨勢基本一致，呈波動(dòng)變化（圖3）。從00時(shí)（北京時(shí)，下同）至05時(shí)緩慢上升，05時(shí)達(dá)到日峰值（24.4 μg/m、34.0 μg/m），06時(shí)后兩種粒徑的大氣顆粒物緩慢下降，分別在13時(shí)和15時(shí)達(dá)到日谷值（20.3 μg/m、28.1 μg/m），14時(shí)至夜間，大氣顆粒物質(zhì)量濃度逐漸上升，屬于典型的晝低夜高的變化特征。

4 顆粒物質(zhì)量濃度受氣象要素的影響

4.1 風(fēng)的影響

以顆粒物質(zhì)量濃度及風(fēng)向風(fēng)速作圖，數(shù)據(jù)采用2014年6月—2018年12月地面氣象風(fēng)數(shù)據(jù)及顆粒物質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)。

圖2 顆粒物（PM2.5和PM10）質(zhì)量濃度月平均變化特征Fig. 2 Monthly variations of particulate matter concentrations of PM10 and PM2.5

圖3 顆粒物（PM2.5和PM10）質(zhì)量濃度24小時(shí)變化特征Fig. 3 Diurnal variations of particulate matter concentrations of PM10 and PM2.5

風(fēng)向決定了污染物輸送的方向，而對污染物的稀釋擴(kuò)散程度很大程度取決于風(fēng)速，從圖4中可以看到出現(xiàn)系統(tǒng)性北風(fēng)、東風(fēng)時(shí)金沙站PMPM質(zhì)量濃度要明顯高于其他風(fēng)向，且隨著風(fēng)速的增加，大氣污染物顆粒物濃度減少并不明顯，這是因?yàn)槠鸨憋L(fēng)時(shí)，氣流經(jīng)過上游距金沙站90 km的武漢市，另外金沙站的東部30 km處為咸寧市中心城區(qū)，人口較為密集，工業(yè)化程度較高，對東向的顆粒物來源有較大貢獻(xiàn)。而其他風(fēng)向，隨著風(fēng)速的增加，PMPM質(zhì)量濃度都小于35 μg/m。

5 結(jié)論

1）影響金沙本底站空氣質(zhì)量污染物主要是顆粒物及臭氧，按《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)，其中顆粒物PM日超標(biāo)率為18.0%，顆粒物PM日超標(biāo)率為17.0%，臭氧日超標(biāo)率為10.6%。

2）金沙本底站顆粒物質(zhì)量濃度2013年達(dá)到峰值后逐漸降低，最低年份均值出現(xiàn)在2016年，PM為22.8 μg/m。2015年以前PM濃度在25.8～44.1 μg/m，2016年后PM濃度在22.8～24.1 μg/m。顆粒物質(zhì)量濃度年平均狀況有明顯的改善。

3）金沙本底站顆粒物質(zhì)量濃度有明顯的季節(jié)性，冬高夏低。

圖4 金沙站顆粒物（PM2.5和PM10）質(zhì)量濃度與風(fēng)向風(fēng)速的關(guān)系Fig. 4 Distributions of particulate matter concentrations of PM10 and PM2.5 in different wind directions and wind speeds at Jinsha Station

4）風(fēng)向影響金沙本底站顆粒物來源，當(dāng)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)或東風(fēng)時(shí)臺站顆粒物濃度較高，在其他風(fēng)向上風(fēng)速的增加會導(dǎo)致顆粒物質(zhì)量濃度的明顯減少。