武漢市2012年6月PM10污染特征及成因分析

呂桅桅　馬德栗

摘 要：利用武漢2012年6月PM10濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)及相應(yīng)氣象資料，對武漢市該月PM10濃度進(jìn)行了變化特征分析，并重點研究了高濃度的污染成因，結(jié)果顯示：武漢PM10日均濃度范圍為8.5～99.1μg/m3，月內(nèi)PM10高污染時段為11日和15日，從污染源和動力氣象方面分析其成因包括：北方小麥主產(chǎn)區(qū)焚燒秸稈為霧霾提供污染源；低空引導(dǎo)氣流有利于污染物傳輸；逆溫的出現(xiàn)不利污染物擴(kuò)散。

PM10又稱可吸入顆粒物，是指懸浮在空氣中，空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于10μm的顆粒物。PM10作為空氣污染的葦要影響成分，其復(fù)雜的理化組成、多相反應(yīng)方式、紛繁的來源以及對人體和環(huán)境產(chǎn)牛的危害，成為近年來環(huán)境工作者共同關(guān)注的焦點[1，2]。

武漢市自2000年6月5日開始實施空氣質(zhì)量日報以來，可吸入顆粒物（PM10）一直是大氣中的首要污染物[3，4]，其濃度水平受天氣系統(tǒng)、自然和人為污染源以及城市下墊面等諸多因素的影響。6月11日～12日以及6月15日，異常霧霾天氣二度突襲湖北地區(qū)，影響范圍包括武漢、十堰、襄陽、隨州、荊州、孝感、仙桃等多地，對公眾出行、生活帶來較大影響，成為社會各界共同關(guān)注的熱點問題。

本文以武漢市2012年6月PM10監(jiān)測數(shù)據(jù)為研究對象，分析了其濃度日變化和月變化特征，并結(jié)合氣象資料，重點研究了6月11～12日和15日武漢市出現(xiàn)罕見灰霾天氣過程時PM10高污染的成因，旨在對未來進(jìn)一步區(qū)域大氣污染物源解析和大氣顆粒物防治提供理論基礎(chǔ)。

一、數(shù)據(jù)來源

本文所使用的大氣顆粒物濃度資料由湖北省氣象局提供，數(shù)據(jù)為2012年6月1日至6月31日的每5分鐘濃度數(shù)據(jù)，以及相應(yīng)時間段的日均氣象數(shù)據(jù)（包括氣溫、氣壓、相對濕度、風(fēng)速、降水量）。

二、特征分析

武漢市地處北回歸線，屬亞熱帶季風(fēng)性（濕潤）氣候，具有熱量充足、雨熱同季、四季分明等特點，同時，在地形上受鄂西山地與鄂東北同柏、大洪山的兩山相夾，以及大別山、幕阜山脈的阻擋，是冷空氣南下和東灌的通道[5]。由于武漢市天氣形勢變化劇烈，大氣顆粒物濃度受擴(kuò)散條件的影響明顯。

1.監(jiān)測實況

湖北省武漢2012年6月大氣顆粒物監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。武漢站三種粒徑顆粒物日平均濃度范圍分別為8.5～99.1μg/m3、7.9～92.2 μg/m3和7.9～92.0μg/m3。月平均濃度分別為25.1μg/m3、23.2 μg/m3、23.1μg/m3?？梢?，武漢站污染物以PM1.0為主，其占PM10的比率為92.0%。

表1 武漢6月大氣顆粒物質(zhì)量濃度統(tǒng)計表（μg/m3）

2.變化特征

武漢6月PM10濃度日變化曲線如圖1所示。武漢顆粒物濃度全天濃度變化范圍在17.8～31.9μg/m3；從00時開始濃度緩慢下降，04時為全天濃度最低時段，此后濃度快速上升，到11時達(dá)到較高值，后又波動變化，到17～18時達(dá)到全天濃度的最大值，然后又逐步下降。一般情況下，夏季PM10濃度較低，日變化不明顯，但本次研究中雖然夏季的擴(kuò)散條件較好，但依然有高污染時段出現(xiàn)，這與當(dāng)時的天氣系統(tǒng)[6]以及特殊污染事件相聯(lián)系。

圖1 武漢6月PM10質(zhì)量濃度逐時變化圖

武漢6月PM10濃度月內(nèi)逐日變化曲線如圖2所示。由圖2可知，6月武漢日均濃度均呈波動變化，月間有2次明顯的濃度變化，顆粒物濃度的最低值出現(xiàn)在26日，為8.5μg/m3，次低值在27日，為8.7 μg/m3；高值分別出現(xiàn)在11日（99.1μg/m3）和15日（58.4 μμg/m3）。

圖2武漢6月逐日平均PM10質(zhì)量濃度變化

3.空氣質(zhì)量評價

根據(jù)國家環(huán)?？偩种贫ǖ腜M10的空氣質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)，空氣質(zhì)量分為5級，Ⅰ級為優(yōu)，Ⅱ級為良，Ⅲ級為輕度污染，Ⅳ級為中度污染，Ⅴ級為重度污染。如圖3所示，6月武漢市郊區(qū)空氣質(zhì)量以優(yōu)為主，各等級所占比率分別為Ⅰ級89.7 %、Ⅱ級10.3 %。

圖3武漢6月不同等級空氣質(zhì)量日數(shù)

三、成因分析

6月間由于夏季氣溫的逐步升高，大氣湍流運(yùn)動增強(qiáng)，污染物擴(kuò)散較快，因此總體上顆粒物濃度比春季有所降低。武漢6月降水主要出現(xiàn)在6日、22日以及26～28日，由于有效降水對大氣中的污染物有較好的清除作用，因此降水過程內(nèi)顆粒物濃度明顯較低，尤其是26～27日的強(qiáng)降水過程（日降水量分別為28.0mm、102.8mm），對應(yīng)PM10日均濃度為月內(nèi)低值。

6月11～12日和15日，湖北省出現(xiàn)兩次嚴(yán)重霧霾天氣，11日和15日最為嚴(yán)重，PM10濃度分別為99.1μg/m3、58.4μg/m3。其重污染原因分析如下：

1.北方小麥主產(chǎn)區(qū)焚燒秸稈為霧霾提供污染源

6月以來，北方小麥主產(chǎn)區(qū)相繼進(jìn)入收割期，許多秸稈被人為焚燒，產(chǎn)生了大量的大氣顆粒物，為霧霾發(fā)生提供了污染源。根據(jù)環(huán)保部衛(wèi)星熱源點監(jiān)測，11、15日，北方小麥主產(chǎn)區(qū)河南、山東、安徽、江蘇等省出現(xiàn)大量熱源點（表1），特別11～13日河南、山東、安徽、江蘇4省份熱源點分別達(dá)到627、447、759和295個。

表1 湖北省及周邊省份秸稈焚燒遙感監(jiān)測熱源點統(tǒng)計

2.低空引導(dǎo)氣流有利于污染物傳輸

利用美國國家環(huán)境預(yù)報中心（NECP）/美國國家大氣研究中心（NCAR）提供的FNL全球分析資料（10點）分析925hpa風(fēng)場（圖4）。11日925百帕引導(dǎo)氣流，湖北東部為東北氣流，處于弱高壓的中東部，利于秸稈焚燒產(chǎn)生的顆粒物向南傳輸并在武漢下沉堆積。15日武漢市上空仍為東北氣流，有利于北方顆粒物向武漢的傳輸。

圖4 6月11日（左）和6月15日（右）925hpa風(fēng)場分布

3.逆溫的出現(xiàn)不利污染物擴(kuò)散

此外，11日和15日武漢市均出現(xiàn)了逆溫現(xiàn)象，根據(jù)FNL資料（10點）沿31°N溫度坡面圖（圖5），11日的逆溫層底部位于700m附近，較為穩(wěn)定；15日逆溫層高度較低，頂部在300m左右，底部幾乎接地。逆溫層結(jié)不利污染物擴(kuò)散，造成顆粒物累積，濃度快速上升。

四、結(jié)論

通常，城市大氣污染物主要來源于本地排放和其他地區(qū)污染物的平流輸送，與武漢市地形、氣候特點，天氣系統(tǒng)影響等密切相關(guān)，假定某一段時間地形和污染物的排放量相對穩(wěn)定，此時影響武漢市空氣質(zhì)量的主要因子就是氣象條件[7]。

通過對武漢市2012年6月份PM10濃度分析顯示，月內(nèi)PM10出現(xiàn)2次高污染時段11日和15日，對應(yīng)著湖北省出現(xiàn)的兩次嚴(yán)重霧霾天氣，其成因主要包括：北方小麥主產(chǎn)區(qū)焚燒秸稈為霧霾提供污染源；低空引導(dǎo)氣流有利于污染物傳輸；逆溫的出現(xiàn)不利污染物擴(kuò)散。

圖5 11日（左）和15日（右）逆溫層分布

參考文獻(xiàn)

[1]Qian Zhengmin，He Qingci，Lin Hung Mo，et a1.Association of daily cause-specific mortality with ambient particle air pollution in Wuhan，China[J]，Environmental Research，2007，105（3）：380—389.

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[4]李海波，余祺，沈建軍.武漢市城區(qū)空氣質(zhì)量特征及控制對策分析[J]，工業(yè)安全與環(huán)保， 2007，33（2）：46～48.

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[7]朱敏，陳海字，張驍君. 上海市青浦區(qū)PM10污染狀況及其與氣象要素的關(guān)系[J]，中國環(huán)境管理，2012，1：7～11.