區(qū)域PM2.5污染特征及影響因素研究

張鵬妍 黃金香 孫歡歡

(河南油田技術(shù)監(jiān)測(cè)中心，河南 南陽 473132)

區(qū)域PM2.5污染特征及影響因素研究

張鵬妍 黃金香 孫歡歡

(河南油田技術(shù)監(jiān)測(cè)中心，河南 南陽 473132)

通過對(duì)區(qū)域環(huán)境空氣中PM2.5的采樣監(jiān)測(cè)，分析了區(qū)域PM2.5的時(shí)間變化特征及溫度、濕度、風(fēng)速對(duì)其質(zhì)量濃度產(chǎn)生的影響，并對(duì)PM2.5與PM10污染水平及關(guān)系進(jìn)行了研究，得出了一些有意義的結(jié)論。

PM2.5，氣溫，濕度，風(fēng)速，PM10

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，以煤炭為主的能源消耗大幅攀升，機(jī)動(dòng)車保有量急劇增加，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)NOx和VOCs排放量顯著增長(zhǎng)，O3和PM2.5污染加劇。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。我國對(duì)大氣顆粒物的研究仍主要集中在總懸浮顆粒物(TSP)和可吸入顆粒物(IP)，而對(duì)PM2.5則研究甚少。目前，對(duì)細(xì)微顆粒物PM2.5的研究已成為國際上大氣污染研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和前沿。

1 采樣與分析

1.1 監(jiān)測(cè)方法與儀器

采樣點(diǎn)設(shè)在某區(qū)域中心，其屬于商業(yè)、交通、居民混合區(qū)。監(jiān)測(cè)方法采用β射線法。為保證監(jiān)測(cè)效率和結(jié)果準(zhǔn)確性，根據(jù)現(xiàn)有條件，儀器采用LD-5C微電腦數(shù)字粉塵儀。該儀器是以激光為光源的光散射式快速測(cè)塵儀，有多種切割器可供選擇，內(nèi)置濾膜采樣裝置，儀器可在連續(xù)監(jiān)測(cè)空氣中顆粒物的同時(shí)收集粉塵樣品，以便進(jìn)行成分分析和運(yùn)用濾膜稱重求出質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值。該儀器可直讀質(zhì)量濃度mg/m3，具有獨(dú)特的光路自清洗系統(tǒng)，避免粉塵對(duì)儀器核心部件——光學(xué)系統(tǒng)的污染。帶有自校準(zhǔn)系統(tǒng)，可有效消除儀器的系統(tǒng)誤差，確保儀器有良好的穩(wěn)定性和可靠性。

1.2 監(jiān)測(cè)時(shí)間及頻率

監(jiān)測(cè)時(shí)間為2012年9月，每天監(jiān)測(cè)4次，每次持續(xù)1 h。采樣高度距地面約10 m。

2 結(jié)果與討論

經(jīng)監(jiān)測(cè)分析，刪除一些不正常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之后，共取得100多個(gè)有效監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，整個(gè)采樣期間，PM2.5的日均值在0.059 mg/m3～0.368 mg/m3，平均值為0.131 mg/m3，與城市相當(dāng)。以我國空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB 3095-2012)來衡量PM2.5水平，即日均值0.075 mg/m3來衡量PM2.5水平，超標(biāo)倍數(shù)在0.01～3.91之間。

其原因可能為：1)9月下旬運(yùn)動(dòng)會(huì)的召開，致使人流量突然增多，機(jī)動(dòng)車流量增大，尾氣排放量增加；2)秋收到來之際，田頭、道路兩旁隨意焚燒農(nóng)作物秸稈，造成煙霧彌漫，環(huán)境大氣污染。因此應(yīng)制定相應(yīng)的政策，杜絕秸稈、草木和廢物的露天焚燒，減少碳黑和有機(jī)碳粒子的排放。

2.1 PM2.5濃度時(shí)間分布特征

環(huán)境監(jiān)測(cè)站每天分4個(gè)時(shí)段，即8:00～9:00,11:00～12:00,17:00～18:00,20:00～21:00，對(duì)PM2.5濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果見圖1。

通過圖1我們可以看出，在不同時(shí)間段監(jiān)測(cè)到的PM2.5小時(shí)濃度值是不同的，呈現(xiàn)出早晚高，白天低的趨勢(shì)，早上低于晚上，中午和下午污染較輕。

其原因?yàn)椋?)早晚這兩個(gè)時(shí)間段氣溫較低，較易產(chǎn)生逆溫天氣；2)早晚這兩個(gè)時(shí)間段是采暖設(shè)施運(yùn)行負(fù)荷較高、污染物的排放較強(qiáng)且機(jī)動(dòng)車車流量最大、市民活動(dòng)最頻繁的時(shí)段，這就直接導(dǎo)致了PM2.5濃度的加劇。

2.2 PM2.5濃度與氣象要素關(guān)系

2.2.1 溫度與PM2.5濃度的關(guān)系

為了研究溫度與PM2.5濃度的關(guān)系，在不同溫度下對(duì)PM2.5進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果見圖2。

由圖2可以看出，PM2.5的質(zhì)量濃度與日均氣溫呈負(fù)相關(guān)，即PM2.5的濃度隨溫度的增大而減小。這主要是由于：1)溫度高，上下層空氣的湍流得到加強(qiáng)，暖空氣上升，垂直方向產(chǎn)生對(duì)流交換，有利于顆粒物的稀釋擴(kuò)散，使PM2.5的濃度低；2)氣溫降低，大氣層相對(duì)穩(wěn)定，不易產(chǎn)生對(duì)流交換，不利于顆粒物的稀釋擴(kuò)散，使PM2.5的濃度高。

2.2.2 濕度與PM2.5濃度的關(guān)系

濕度是表示在一定的溫度下在一定體積的空氣里含有的水汽多少的物理量。不同濕度下PM2.5的質(zhì)量濃度也不同，具體監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖3。

從圖3可以看到，PM2.5的質(zhì)量濃度與日均濕度呈顯著的正相關(guān)，即PM2.5的濃度隨著濕度的增大而增大。這主要是由于：1)相對(duì)濕度越大，空氣中含有的水汽越多，有利于大氣中的顆粒物附著在水汽上，使得顆粒物質(zhì)量濃度增加；2)由于空氣濕度大的天氣多存在逆溫，逆溫的出現(xiàn)使空氣中的PM2.5聚集在一起，不易擴(kuò)散，而且空氣濕度大，容易形成霧罩，使顆粒物不易擴(kuò)散。

2.2.3 風(fēng)速與PM2.5濃度的關(guān)系

風(fēng)速即空氣流動(dòng)速率，風(fēng)速越大，單位時(shí)間內(nèi)污染物被輸送的距離越遠(yuǎn)、擴(kuò)散面積越大。不同風(fēng)速PM2.5濃度值也不同，具體監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖4。

由圖4可以看出，PM2.5的濃度與平均風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，即PM2.5的濃度隨相對(duì)風(fēng)速的增大而減小。這主要是由于：1)污染物會(huì)在風(fēng)的作用下被輸送到其他地區(qū)，風(fēng)速越小，越不利于細(xì)粒子的擴(kuò)散和輸送，這種水平輸送和稀釋沖淡的作用越弱，從而使得PM2.5的濃度越高。2)反之，風(fēng)速越大，只要在不超過一定閾值范圍內(nèi)，對(duì)空氣中顆粒物的輸送和擴(kuò)散能力越強(qiáng)，其與污染物混合的清潔空氣量越多，從而使得PM2.5的濃度越低。

2.3 PM2.5與PM10污染水平及關(guān)系

PM2.5存在于PM10中，但是在不同氣候條件下，ρ(PM2.5)/ρ(PM10)是不同的，它可能是受到氣象條件，如氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速等的影響，具體監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖5。

由圖5可知，平均狀況下，ρ(PM2.5)/ρ(PM10)為0.46～0.55，說明細(xì)粒子，特別是粒徑小于2.5 μm的超細(xì)粒子占了很大的比重，而對(duì)人體健康影響最大的恰恰是粒徑在0.1 μm～2.5 μm間的粒子。它們對(duì)人群健康的影響既包括急性效應(yīng)，也包括慢性長(zhǎng)期效應(yīng)，對(duì)老人、兒童及孕婦等的健康影響更為嚴(yán)重。因此，即使是在天高氣爽的秋季，也不能忽視可吸入顆粒物對(duì)人體健康的影響。

3 結(jié)語

1)PM2.5小時(shí)濃度值呈現(xiàn)出早晚高，白天低的趨勢(shì)，早上低于晚上，中午和下午污染較輕。

2)PM2.5的質(zhì)量濃度與日均氣溫呈負(fù)相關(guān)，即PM2.5的濃度隨溫度的增大而減小。

3)PM2.5的質(zhì)量濃度與日均濕度呈顯著的正相關(guān)，即PM2.5的濃度隨濕度的增大而增大。

4)PM2.5的濃度與平均風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，即PM2.5的濃度隨相對(duì)風(fēng)速的增大而減小。

5)平均狀況下，ρ(PM2.5)/ρ(PM10)為0.46～0.55。

[1] 洪 也，周德平，馬雁軍，等.沈陽地區(qū)PM10、PM2.5和PM1質(zhì)量濃度的分析[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010(5)：233-234.

[2] 溫新欣.濟(jì)南市環(huán)境空氣細(xì)顆粒物(PM10和PM2.5)污染特征研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)碩士學(xué)位論文,2009:54-66.

[3] 李 凱.西安市南郊空氣中PM2.5及其重金屬污染特征研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2009:26-30.

[4] GB 3095-2012,環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

Study on pollution characteristics and influence factors of PM2.5

ZHANG Peng-yan HUANG Jin-xiang SUN Huan-huan

(HenanOilfieldTechnologyMonitoringCenter，Nanyang473132,China)

In this paper, by sampled the PM2.5 concentration of regional environmental air, analysed time variation of regional PM2.5 and the influence of temperature, humidity, wind speed, researched on the pollution level and the relationship between PM2.5 and PM10, and draws some significance conclusions.

PM2.5， temperature， humidity， wind speed， PM10

1009-6825(2014)03-0211-03

2013-11-19

張鵬妍(1983- )，女，碩士，助理工程師； 黃金香(1986- )，女，助理工程師； 孫歡歡(1985- )，女，助理工程師

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