劉慶華

（貴州眾藍科技有限公司，貴州 貴陽 550081）

據(jù)相關(guān)調(diào)查報告顯示，思南縣的空氣污染不僅影響了本地的發(fā)展，對周邊地區(qū)的環(huán)境也造成了不容忽視的影響。另外，由于風(fēng)向、風(fēng)速、大氣湍流、大氣穩(wěn)定度等氣象條件不會始終保持一成不變，而總是呈現(xiàn)出不斷變化的狀態(tài)，再加上不同污染物即使來自同一污染源，但在不同的時間和不同的地點也會呈現(xiàn)出截然不同的污染狀況，有時污染濃度差可能高達數(shù)十倍。不僅如此，污染物本身還可以分成一次污染物及二次污染物，例如，顆粒物的二次轉(zhuǎn)化因受氣象條件等方面的影響，在黃昏與夜間會呈現(xiàn)出較高的污染濃度；而VOCs二次轉(zhuǎn)化污染通常在陽光照射下形成，故其濃度最高的時間往往是在正午，清晨與夜晚的濃度反而較低，污染物的傳播速度往往是受大氣與風(fēng)速的影響[1-4]。

1 研究方法

1.1 觀測點及采樣時間

本文選取的觀測點是在貴州省思南縣，該縣位于河谷地帶，選擇觀測點除了要參考中國環(huán)境檢測總站及酸雨監(jiān)測的布點原則外，還因該地區(qū)位于河谷東岸，周圍有較為茂密的植被。除此之外，該縣因位于貴州省的東北部，西臨鳳崗、北至德江、南靠石阡，所以來自不同方向的污染氣團都可以在思南縣很好地進行捕捉。

1.2 樣品采集分析

本文在分析采集樣品方面主要運用了美國API公司生產(chǎn)的臭氧分析儀，型號分別選用了AIP400E、API300E、API201E以及API100E SO2型。在上述儀器設(shè)備的0組合運用下，將能得到主要的分析對象NOx，但鑒于本研究最終得到的NOx，其轉(zhuǎn)化過程中會有部分氮氧化物轉(zhuǎn)化為NO，所以實際測得的NOx會與實際意義上的NOx存在一定的差異。當(dāng)然，在實驗過程中，為了保證測量結(jié)果的精確性，本次實驗不僅嚴格按照實驗的質(zhì)量保證及質(zhì)量管理規(guī)范進行，同時也標(biāo)定了各儀器的零點及跨度點。本研究所使用的氣體是由上海蓋斯工業(yè)氣體有限公司所提供的混合標(biāo)準(zhǔn)氣。

1.3 后向氣流軌跡

所謂的氣流軌跡，顧名思義，就是大氣氣團在一段時間內(nèi)的運動路徑。該氣團路徑不僅可以作為分析氣團來源的依據(jù)，同時也能夠掌握其具體的傳輸途徑，并借助混合型單粒子拉格朗日綜合軌跡模式即可以模擬后推氣流軌跡[5]。氣象數(shù)據(jù)的選用是從全球數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（Data Assimilation System，GDAS）中調(diào)用的相關(guān)資料，軌跡的計算保持了每6 h一次，共計持續(xù)時間為72 h，在此過程中，模擬軌跡的起始高度為100 m。

1.4 微型反演資料

此次研究因使用了衛(wèi)星反演資料以及對地面的污染物濃度進行了監(jiān)測，可確保所選觀察點區(qū)域具有較強的代表性[6]。此外，此次研究的監(jiān)測重點以VOCs（臭氧的前體物）和顆粒物（PM2.5）為主，此次研究亦將觀測站地面監(jiān)測的數(shù)據(jù)與OMI衛(wèi)星所處的對流層垂直柱濃度進行了對比。當(dāng)然，該方法也常用于多項大氣觀測，至于具體過程則根據(jù)所測對象的差異而有所不現(xiàn)。如在測量對流層NO2的垂直柱濃度時，通常選用美國航天航空局的地表臭氧檢測器，并對地表臭氧檢測器所檢測到的各項數(shù)據(jù)，在獲取之初要進行三層次數(shù)據(jù)計算。同樣，在獲取對流層O3的垂直柱狀濃度時也需經(jīng)過相應(yīng)的計算，計算依據(jù)為衛(wèi)星反演資料。

2 結(jié)果與討論

2.1 污染物的濃度水平

通過統(tǒng)計貴州省思南縣的大氣污染物濃度及強因素年均值，可得該地區(qū)的O3、CO以及NO2分別為19.9×10-9、805.4×10-9以及14.5×10-9。根據(jù)我國氣象局的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》以及美國最新修訂的《國家清潔空氣法》中對大氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值的規(guī)定，2019年思南縣在銅仁市的10個縣（區(qū)）中排名為第7，全年綜合指數(shù)為2.75，首要污染物為PM2.5。2020年思南縣在銅仁市各區(qū)縣的排名為第7，全年綜合指數(shù)為2.48，首要污染物為PM2.5。2021年1～6月思南縣在銅仁市各區(qū)縣的排名為第6，全年綜合指數(shù)為2.55，首要污染物為PM2.5，優(yōu)良率為98.9%。2019年思南縣城市環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良率為97.8%；2020年優(yōu)良率為99.4%；2021年1～6月，優(yōu)良率為98.9%?？傮w而言，貴州省思南縣的空氣質(zhì)量尚處于優(yōu)良水平，根據(jù)長時間的觀測，當(dāng)?shù)爻^一級標(biāo)準(zhǔn)的氣體污染濃度為920 h，而超過二級標(biāo)準(zhǔn)有18 h，這表明該地區(qū)的空氣質(zhì)量尚有可提升空間。具體結(jié)果見表1。

表1 觀測期間不同污染物年均濃度統(tǒng)計

2.2 污染物濃度日變化特征

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)我們可以了解到貴州省思南縣的氣體污染物濃度及PM2.5在不同季節(jié)的變化特征。其中，在四季中，日變化特征相似的為O3，而日間濃度最低與最高的時段分別為06：00之前和14：00左右。此外，O3在夏季與冬季的濃度變化差異最大，兩者的最高值分別為50×10-9和20×10-9，這主要是與太陽的輻射有關(guān)。而CO與NO等一次污染物的濃度變化也會在此期間呈現(xiàn)雙峰分布的態(tài)勢，當(dāng)CO與NO的濃度開始上升時，O3的濃度也將于第二日的中午達到峰值。

由此可知，城市的污染氣團還將受到人類活動的影響，這主要是由于污染氣團的傳輸影響所致。值得注意的是，在冬季保持在較高水平的污染氣體是PM2.5，而夜間的PM2.5與SO2也呈現(xiàn)出同樣的特征，其中的原因除了正午會降低氣體對流稀釋外，各類污染氣體在冬季也會受到擴散條件的限制，使污染氣體在夜間的污染濃度明顯高于白天，而且污染源也十分清晰，即燃煤污染。

2.3 污染物濃度與氣流來源關(guān)系的分析

基于氣體所具有的流動性特征，通過對氣流流動軌跡及路徑的分析可探尋到水氣團的來源以及路徑。此外，運用軌跡聚類分析法還能探尋到大氣化學(xué)成分的濃度變化與氣團傳輸路徑之間的關(guān)系，從而能對氣流軌跡展開聚類分析，獲得氣流最大的運動速度及變量。

選擇垂直高度為聚類分析變量的原因主要包含以下幾點：一是相較于大尺度的長距離輸送，水平輸送情況更值得關(guān)注；二是如果是以垂直高度為分析變量，就會因按單位與水平坐標(biāo)不同而難以決定水平坐標(biāo)的相對貢獻；三是基于水平運動本身與高度之間具有較為密切的關(guān)系，因此即使未能選擇垂直高度變量也能在最終的分類中得到體現(xiàn)。

從表2統(tǒng)計的污染物濃度可以看出，在5組氣流聚類中，河谷地帶所產(chǎn)生的污染物濃度要普遍高于其他地區(qū)的氣流聚類，其中最高值出現(xiàn)在春季、夏季與秋季，因此可以判定貴州省很多地區(qū)所遭遇的大氣O3污染除了受本地光化學(xué)影響外，貴州省內(nèi)部氣團也對此有著較大的影響。具體如表2所示。

表2 不同季節(jié)中氣流軌跡聚類的污染物濃度統(tǒng)計

3 結(jié)論

通過對貴州省思南縣監(jiān)測站為期一年的持續(xù)觀測得知，該地區(qū)氣體污染濃度水平均處于較為優(yōu)良的水平，符合《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）二級標(biāo)準(zhǔn)。

此外，除城郊地區(qū)出現(xiàn)了光化學(xué)污染的特征外，思南縣在早晚時段也呈現(xiàn)出了較高的污染物濃度，表明該地區(qū)生物質(zhì)燃燒排放的特征也十分明顯。早間φ（SO2）與夜間PM2.5的上升趨勢明顯代表了該地區(qū)主要是遭受到煤煙型污染的影響，而導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因極有可能是與觀測區(qū)采暖季節(jié)的燃煤排放有關(guān)。最后，從OMI衛(wèi)星檢測反映的情況看，地面監(jiān)測與OMI衛(wèi)星檢測雖然從整體上看差異不大，但兩者的最大值卻有著顯著的區(qū)別，這可能是由于高空的垂直分布導(dǎo)致的。因為到了冬季，地面污染物的排放量就會增加，最終使得地面觀測的φ（NO2）上升。