PM2.5簡(jiǎn)介及福州市PM2.5污染分布特征*

王 宏 陳曉秋 隋 平 余永江

PM2.5簡(jiǎn)介及福州市PM2.5污染分布特征*

王 宏1陳曉秋2隋 平1余永江1

1.福建省氣象科學(xué)研究所，2.福建省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站

該文介紹了PM2.5細(xì)粒子污染重要的空氣質(zhì)量指示意義。利用2010年～2011年福州市PM2.5觀測(cè)資料，分析了福州市細(xì)粒子污染的分布狀況、主要特征及與氣象條件的關(guān)系。結(jié)果表明：福州市PM2.5年平均濃度接近新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的35ug/m３，污染程度較輕；月平均濃度峰值出現(xiàn)在5月，谷值出現(xiàn)在7月；季節(jié)分布高低排序?yàn)榇杭荆径荆厩锛荆鞠募?，春季污染最?yán)重，一級(jí)超標(biāo)率達(dá)72.7%，夏季最輕；日分布呈單峰型，中午前后濃度最高；PM2.5濃度月季分布特征明顯，說明PM2.5濃度變化與天氣條件關(guān)系密切。

PM2.5分布特征 天氣條件 福州

0 引言

PM是particulate matter（顆粒物）的英文縮寫，PM2.5監(jiān)測(cè)值表示每立方米空氣中直徑≤2.5μm（微米）的顆粒物質(zhì)量濃度，單位ug/m３（微克/立方米）。2011年底，美國(guó)駐華大使館PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)“爆表”事件引發(fā)了全民關(guān)注PM2.5細(xì)粒子污染，許多城市的公眾通過微博參與PM2.5自測(cè)行動(dòng)，催生了一場(chǎng)“民間環(huán)保風(fēng)暴”。這場(chǎng)全國(guó)范圍關(guān)于高濃度PM2.5引發(fā)嚴(yán)重霧霾天氣的大討論，折射出我國(guó)許多城市空氣質(zhì)量不容樂觀，特別是一些政治中心、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口眾多的大城市，嚴(yán)重的細(xì)粒子污染對(duì)城市形象，民眾健康，交通安全產(chǎn)生了巨大的負(fù)面影響。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，汽車數(shù)量猛增，PM2.5細(xì)粒子污染造成的能見度惡化事件越來越多，灰霾天氣明顯上升[1-2]。吳兌等[3]指出，能見度的惡化主要與細(xì)粒子的濃度關(guān)系比較大，與氣溶膠的質(zhì)量濃度關(guān)系不大，30年前在粉塵污染時(shí)代，我國(guó)建立的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)體系已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能描述新型復(fù)合空氣污染類型,尤其是不能描述細(xì)粒子污染的情況。PM2.5、PM1.0等細(xì)粒子易于富集空氣中的有毒重金屬、酸性氧化物、有機(jī)污染物、細(xì)菌和病毒，并可進(jìn)入人的肺部，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病，它對(duì)人體健康的危害遠(yuǎn)比人們熟悉的PM10（可吸入顆粒物）等粗顆粒物大[4]。美國(guó)1997年就制定了關(guān)于PM2.5的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PM2.5的日均濃度和年均濃度的限值分別為65ug/m３和15ug/m３），主要是為了有效地監(jiān)測(cè)隨著工業(yè)化日益發(fā)達(dá)而出現(xiàn)的、在舊標(biāo)準(zhǔn)中被忽略的對(duì)人體有害的細(xì)小顆粒物；相比發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)對(duì)PM2.5的監(jiān)測(cè)和研究起步較晚、缺乏長(zhǎng)期的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)資料，新標(biāo)準(zhǔn)的制定也尚未成熟，但國(guó)際上公認(rèn)PM2.5監(jiān)測(cè)值具有非常重要的空氣質(zhì)量指示意義，因此做好PM2.5污染特征的研究意義重大。

2012年1月1日起，福建省重點(diǎn)城市（福州和廈門）已布設(shè)多點(diǎn)位開展PM2.5小時(shí)連續(xù)觀測(cè)；在此之前PM2.5觀測(cè)資料比較有限，本文利用2010年～2011年福州紫陽站PM2.5觀測(cè)資料，分析其時(shí)間分布規(guī)律、與氣象條件的關(guān)系[5]，旨在描述福州市PM2.5污染的分布特征，探討PM2.5污染的影響因素，為PM2.5的監(jiān)測(cè)、預(yù)警預(yù)報(bào)，制定改善大氣環(huán)境的對(duì)策提供一些技術(shù)支持。由于篇幅有限，文中沒有對(duì)天氣形勢(shì)和氣象要素場(chǎng)對(duì)PM2.5濃度變化的影響展開分析，簡(jiǎn)要提及部分結(jié)論。

1 資料來源與處理

PM2.5資料來源于福州市環(huán)境監(jiān)測(cè)（紫陽）站2010年8月1日～2011年12月31日PM2.5連續(xù)觀測(cè)資料（日均值資料），2010年有效樣本136個(gè)，2011年有效樣本322個(gè)，將日均值大于35 ug/m３定義為一級(jí)超標(biāo)，日均值大于75 ug/m３定義為二級(jí)超標(biāo)。2011年12月5日，《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(二次征求意見稿)中，將PM2.5年和24小時(shí)平均濃度限值分別定為35ug/m３和75 ug/m３，與世界衛(wèi)生組織(WHO)過渡期第一階段目標(biāo)值相同。

2 結(jié)果與分析

2.1 年分布

2010年～2011年福州紫陽站PM2.5有效監(jiān)測(cè)天458天，PM2.5年平均值36ug/m3，略大于“標(biāo)準(zhǔn)”中規(guī)定的35ug/m3。引用近5年文獻(xiàn)記載[6-7]的國(guó)內(nèi)主要城市PM2.5平均濃度值（有些是短時(shí)間、試驗(yàn)性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)），例如：北京（約133ug/m3）、天津（約69ug/m3）、太原（約194 ug/m3）、沈陽（約80 ug/m3）、重慶（約262 ug/m3）、上海（約75 ug/m3）、南京（約196 ug/m3）、廣州（約104 ug/m3），對(duì)比可見，福州市PM2.5污染水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上述城市，細(xì)粒子污染程度較輕，空氣質(zhì)量總體上良好；廈門PM2.5年平均值約37 ug/m3，空氣質(zhì)量也很不錯(cuò)。

2010年～2011年福州市日均PM2.5濃度一級(jí)超標(biāo)超標(biāo)率42.1%，二級(jí)超標(biāo)超標(biāo)率6.6%，月均最大值68ug/m3，出現(xiàn)在5月（春季），月均最小值15ug/m3，出現(xiàn)在7月（夏季）；日均最大值115ug/m3，出現(xiàn)在2011年3月6日（處于鋒前暖區(qū)天氣形勢(shì)控制下）；日均最小值2ug/m３，出現(xiàn)在2011年7月28日（處于副熱帶高壓邊緣天氣形勢(shì)控制下）。

表1 2010年～2011年福州市PM2.5濃度分布表 （單位：ug/m３）

2.2 月分布

由圖1可見，福州市PM2.5月均最大值（峰值）出現(xiàn)在5月，6月開始出現(xiàn)明顯下降，谷值出現(xiàn)在7月，6～10月PM2.5月均濃度處在低值區(qū)（15～26 ug/m３），11月后開始明顯上升，12月～翌年5月PM2.5月均濃度處于一年中的高值區(qū)（40～68 ug/m３）。

圖1 福州市PM2.5濃度月分布圖

PM2.5濃度高值通常出現(xiàn)在高壓底部、高壓后部、鋒前暖區(qū)和地面倒槽4種天氣形勢(shì)下，這4種天氣型為不利于大氣污染物擴(kuò)散的天氣型；低值通常冷高壓脊、低渦鋒面、副熱帶高壓、臺(tái)風(fēng)（熱帶輻合帶）4種天氣形勢(shì)下，這4種天氣型為有利于大氣污染物擴(kuò)散的天氣型。

2.3 季節(jié)分布

由表2分析可得，福州市春季PM2.5平均濃度是四個(gè)季節(jié)中最高的，其次是冬季，再次是秋季，夏季平均濃度最低，不足春季或冬季的一半。春季PM2.5濃度一級(jí)超標(biāo)超標(biāo)率高達(dá)72.7%，二級(jí)超標(biāo)超標(biāo)率17.4%；夏季PM2.5濃度一級(jí)超標(biāo)超標(biāo)率僅11.1%，二級(jí)超標(biāo)超標(biāo)率僅0.7%。春季不利于大氣污染物擴(kuò)散的天氣型，如鋒前暖區(qū)、地面倒槽、高壓后部出現(xiàn)率高，因此PM2.5平均濃度值高；夏季有利于大氣污染物擴(kuò)散的天氣型，如低渦鋒面、副熱帶高壓、臺(tái)風(fēng)（熱帶輻合帶）出現(xiàn)率高，因此PM2.5平均濃度值低。

與PM10濃度（每日發(fā)布API指數(shù)）季節(jié)分布對(duì)比，基本相似，PM10濃度季節(jié)分布排序?yàn)椋憾荆敬杭荆厩锛荆鞠募?，冬季最高，春季其次，夏季最低。將PM2.5與PM10濃度求相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.73，通常情況下，PM10濃度越高，PM2.5濃度也越高，但也不完全同步，有時(shí)PM10濃度值較低，空氣狀況等級(jí)“優(yōu)”，但PM2.5濃度值并不低，空氣看起來很混濁，空氣質(zhì)量并不好，所以說粗顆粒物濃度低，并不一定代表空氣質(zhì)量好。

表2 福州市PM2.5濃度季節(jié)分布表 （單位：ug/m３）

PM2.5濃度月分布、季節(jié)分布特征明顯，說明PM2.5濃度的變化與天氣條件密切相關(guān)。因?yàn)閷?duì)于某一區(qū)域來說，其污染源分布一般比較固定，污染物排放也是相對(duì)固定的，而氣象條件是最容易改變的，它的改變直接影響了PM2.5濃度高低，因?yàn)闅庀髼l件對(duì)大氣污染物的輸送、擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)過程的重要影響[8]，在相同排放的情況下，不同的天氣條件可能會(huì)產(chǎn)生截然不同的污染狀況，因此PM2.5的濃度是可預(yù)測(cè)的。

2.4 日分布

選擇一個(gè)無降水，相對(duì)濕度在90%以下，沒有霧，天氣晴好，形勢(shì)穩(wěn)定的天氣過程，利用PM2.5小時(shí)連續(xù)觀測(cè)資料來分析PM2.5的日分布規(guī)律（圖略）。分析可得，福州市一天中PM2.5濃度分布呈現(xiàn)“單峰型”，早晨（約07～09時(shí)）上班交通高峰期、工廠污染物排放，PM2.5濃度開始上升，隨著污染物光化學(xué)等復(fù)合反應(yīng)的加劇，PM2.5濃度迅速上升，12時(shí)達(dá)到最大值，13～15時(shí)出現(xiàn)明顯下降，16時(shí)至翌日清晨06時(shí)PM2.5濃度處于一天中的低值區(qū)，小時(shí)濃度值變化不大。高峰值（中午前后）PM2.5濃度可達(dá)低谷值（夜間）的3倍以上，可見一天中PM2.5濃度變化是很劇烈的。若出現(xiàn)降水或大霧天氣，PM2.5濃度日分布穩(wěn)定。

2.5 與能見度的關(guān)系

福州市PM2.5濃度與能見度的相關(guān)系數(shù)為－0.82，顯著負(fù)相關(guān)，說明當(dāng)能見度越高時(shí)，PM2.5濃度越低，細(xì)顆粒污染越輕，空氣質(zhì)量越好；反之，細(xì)顆粒污染嚴(yán)重，空氣質(zhì)量較差。有研究表明：平均而言，粒徑小于2.5μm的懸浮粒子在波長(zhǎng)等于0.55μm處對(duì)太陽輻射的散射占總散射的89%,較粗粒子(2.5μm或以上)的散射比例僅為11%，因此民眾可以通過目測(cè)能見度的高低，判斷PM2.5濃度的高低。

3 小結(jié)與討論

3.1 PM2.5監(jiān)測(cè)值具有非常重要的空氣質(zhì)量指示意義，由于灰霾天氣是因大氣中的PM2.5、PM1.0等細(xì)粒子濃度上升，導(dǎo)致能見度下降而形成的。嚴(yán)重的灰霾天氣對(duì)生態(tài)環(huán)境、交通安全和人體健康危害極大，新型的大氣復(fù)合污染應(yīng)值得社會(huì)高度關(guān)注，盡快制定與國(guó)際接軌的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行。

3.2 福州市PM2.5年平均值36ug/m３，略大于“標(biāo)準(zhǔn)”中規(guī)定的35ug/m３，與全國(guó)幾個(gè)大城市對(duì)此，福州市PM2.5細(xì)粒子污染水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于他們，空氣質(zhì)量總體上良好。

3.3 福州市PM2.5濃度6～10月處于低值區(qū)，11月～翌年5月處于高值區(qū)；春季PM2.5平均濃度是四個(gè)季節(jié)中最高的，其次是冬季，再次是秋季，夏季平均濃度最低；日分布呈現(xiàn)“單峰型”，7時(shí)開始明顯上升，12時(shí)達(dá)到最大值，13～15時(shí)出現(xiàn)明顯下降，傍晚到夜間維持在低值區(qū)。

3.4 PM2.5濃度與能見度顯著負(fù)相關(guān)，能見度越高時(shí)，PM2.5濃度越低，細(xì)顆粒污染越輕，空氣質(zhì)量越好；反之亦然。PM2.5濃度變化與天氣條件密切相關(guān)，因此PM2.5濃度是可以預(yù)測(cè)的。

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環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201009004）資助。