太原市PM10、PM2.5、SO2和CO冬夏兩季污染特征研究

(中國輻射防護(hù)研究院，山西 太原 030006)

太原市作為能源大省山西省的省會，屬于傳統(tǒng)重工業(yè)城市，地處山西省的中部太原盆地，由于其特殊的工業(yè)結(jié)構(gòu)及地形條件，大氣污染較為嚴(yán)重。為制定更加有效的污染防治對策，確保人民身體健康，十分有必要了解和認(rèn)識太原主城區(qū)大氣污染物污染特征。本文收集和整理了太原市區(qū)冬夏兩季環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，分析了兩季PM10、PM2.5、SO2、CO污染狀況，同時進(jìn)行了各項大氣污染物濃度的相關(guān)性分析和污染來源影響分析，可為太原市大氣污染防治工作提供支持。

1 數(shù)據(jù)來源

本文所利用的PM10、PM2.5、SO2和CO濃度來自中國環(huán)境監(jiān)測總站全國城市空氣質(zhì)量實時發(fā)布平臺對外發(fā)布的太原市塢城監(jiān)測點(diǎn)的空氣質(zhì)量實時數(shù)據(jù)，平臺根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)的有關(guān)規(guī)定，發(fā)布全國空氣質(zhì)量狀況。冬季數(shù)據(jù)采集時段為2013年12至2014年1月期間共連續(xù)28天，夏季數(shù)據(jù)采集時段為2014年6至7月期間共連續(xù)30天，數(shù)據(jù)采集期每日記錄了各項大氣污染物一個24小時濃度均值(上一日11時到當(dāng)日10時)。塢城監(jiān)測點(diǎn)位于太原市區(qū)中心偏南部區(qū)域，位于城區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，屬于市區(qū)內(nèi)部人口擁擠，交通密集、工業(yè)較多區(qū)域，可以代表太原市污染特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩季濃度值特征分析

兩季PM10、PM2.5、SO2和CO24小時平均濃度月變化趨勢見圖1所示。

2.1.1 兩季PM1024小時濃度變化特征分析

由監(jiān)測結(jié)果可知，冬季PM10濃度為72～288μg/m3，平均值為134.4μg/m3，PM1024小時平均值國家二級標(biāo)準(zhǔn)為150μg/m3，超標(biāo)率為35.7%。夏季PM10濃度為22～258μg/m3，平均值為122.7μg/m3，超標(biāo)率為26.7%。兩季PM10監(jiān)測結(jié)果見表1所示。PM1024小時平均濃度值最小值、最大值、平均值、超標(biāo)率均為夏季值小于冬季值?？傮w而言，PM10污染冬季較夏季嚴(yán)重。

表1 兩季PM10 24小時濃度值監(jiān)測結(jié)果

2.1.2兩季PM2.524小時濃度變化特征分析

由監(jiān)測結(jié)果可知，冬季PM2.5濃度為31～158μg/m3，平均值為69.7μg/m3，PM2.524小時平均值國家二級標(biāo)準(zhǔn)為75μg/m3，超標(biāo)率為35.7%。夏季PM2.5濃度為18～153μg/m3，平均值為55.4μg/m3，超標(biāo)率為20.0%。兩季PM2.5監(jiān)測結(jié)果見表2所示。PM2.524小時平均濃度值最小值、最大值、平均值、超標(biāo)率均為夏季值小于冬季值?？傮w而言，PM2.5污染冬季較夏季嚴(yán)重。

2.1.3兩季PM2.5/PM1024小時平均濃度比值特征分析

污染越重的地區(qū)PM2.5/PM10濃度比值也越大，污染較輕的城市比值在0.3～0.4之間，而污染較重的在0.5～0.7之間[1]。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，冬季PM2.5/PM10濃度比值為0.32～0.70，平均值為0.51，其中比值在0.5以上比例為60.7%。夏季PM2.5/PM10濃度比值為0.30～0.82，平均值為0.46，其中比值在0.5以上的比例為30.0%。比值結(jié)果見表3。

表2 兩季PM2.5 24小時濃度值監(jiān)測結(jié)果

表3 兩季PM2.5/PM10 濃度比值結(jié)果

兩季PM2.5/PM10濃度比值范圍變化基本不大，但是PM2.5/PM10濃度比值在0.5以上比例相差較大，冬夏兩季分別為60.7%和30.0%，冬季要明顯高于夏季?？傮w而言，兩季顆粒物污染程度不同，均有重污染日又有輕污染日，但是冬季重污染日較夏季多，冬季污染較夏季嚴(yán)重。

2.1.4兩季SO224小時濃度變化特征分析

由監(jiān)測結(jié)果可知，冬季SO2濃度為37～284μg/m3，平均值為138.6μg/m3，SO224小時平均值國家二級標(biāo)準(zhǔn)為150μg/m3，超標(biāo)率為42.9%。夏季SO2濃度為3～43μg/m3，平均值為20.8μg/m3，超標(biāo)率為0。兩季SO2監(jiān)測結(jié)果見表4所示。SO224小時平均濃度值最小值、最大值、平均值、超標(biāo)率均為夏季值小于冬季值?？傮w而言，SO2污染冬季較夏季嚴(yán)重。

表4 兩季SO2 24小時濃度值監(jiān)測結(jié)果

2.1.5兩季CO24小時濃度變化特征分析

由監(jiān)測結(jié)果可知，冬季CO濃度為1.379～4.577mg/m3，平均值為2.693mg/m3，CO 24小時平均值國家二級標(biāo)準(zhǔn)為4mg/m3，超標(biāo)率為3.6%。夏季CO濃度為0.627～3.093mg/m3，平均值為1.713mg/m3，超標(biāo)率為0。兩季CO監(jiān)測結(jié)果見表5所示。CO 24小時平均濃度值最小值、最大值、平均值、超標(biāo)率均為夏季值小于冬季值?？傮w而言，CO污染冬季較夏季嚴(yán)重。

表5 兩季CO 24小時濃度值監(jiān)測結(jié)果

2.2 污染物相關(guān)性分析

通過對兩種大氣污染物濃度之間的相關(guān)性分析，可以初步判斷兩者是否來自相同的污染源，還可以根據(jù)某種大氣污染物的質(zhì)量濃度來估算與之相關(guān)的另一種污染物的質(zhì)量濃度。

2.2.1 冬季各項大氣污染物相關(guān)性分析

表6給出了冬季各大氣污染物24h平均濃度之間的相關(guān)系數(shù)，PM2.5、PM10和SO2之間的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到了0.8以上，特別是PM2.5和PM10之間的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.93856。說明了冬季PM2.5、PM10和SO2相互高度相關(guān)，三者相互之間具有很強(qiáng)的同源性。CO與PM2.5、PM10和SO2的相關(guān)系數(shù)在0.6～0.7之間，屬于中度相關(guān)關(guān)系，CO與其他大氣污染物來源有著較高的同源性。

表6 冬季各大氣污染物24h平均濃度之間的相關(guān)系數(shù)

2.2.2夏季各項大氣污染物相關(guān)性分析

表7給出了夏季各大氣污染物24h平均濃度之間的相關(guān)系數(shù)，夏季除了PM2.5和PM10具有高度的相關(guān)關(guān)系外，其他污染物之間的相關(guān)系數(shù)均偏低，相關(guān)系數(shù)均低于0.4。SO2與PM2.5和PM10之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.19971和0.33471，CO與PM2.5、PM10、SO2的相關(guān)系數(shù)在0.2～0.3之間，均呈現(xiàn)低度相關(guān)關(guān)系，SO2、CO與顆粒物相互之間污染來源有著較低的同源性。

表7 夏季各大氣污染物24h平均濃度之間的相關(guān)系數(shù)

2.2.3 兩季大氣污染物相關(guān)性差異原因分析

PM10指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于10μm的顆粒物，也稱可吸入顆粒物[2]，主要來源于燃煤、冶金、化工、內(nèi)燃機(jī)等污染源排放的顆粒物。PM2.5指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5μm的顆粒物，也稱細(xì)顆粒物[2]，細(xì)顆粒物來源復(fù)雜，約50%來自燃煤、機(jī)動車、揚(yáng)塵、生物質(zhì)燃燒等直接排放的一次細(xì)顆粒物；約50%是空氣中二氧化硫、氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)物等氣態(tài)污染物經(jīng)過復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)形成的二次細(xì)顆粒物。PM2.5是典型的大氣累積性的復(fù)合污染形態(tài)[3]。SO2主要來源于化石燃料的燃燒和工業(yè)污染，大氣中SO2會氧化而成硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠，是環(huán)境酸化的重要前驅(qū)物。CO主要來源于冶金工業(yè)煉焦、煉鐵生產(chǎn)過程、內(nèi)燃機(jī)排氣和化石燃料的不完全燃燒。

由于燃煤、冶金、化工等多種污染源均會同時產(chǎn)生PM2.5和PM10，有著很強(qiáng)的同源性，兩季PM2.5和PM10相關(guān)系數(shù)均達(dá)到了0.9以上，呈現(xiàn)高度相關(guān)關(guān)系。

冬季SO2與顆粒物呈高度相關(guān)，而夏季呈現(xiàn)低度相關(guān)關(guān)系，說明夏季顆粒物與SO2污染來源不同。CO冬季與顆粒物和SO2呈中度相關(guān)關(guān)系，夏季呈低度相關(guān)關(guān)系，說明冬季CO與顆粒物和SO2污染來源接近，而夏季污染來源基本不同。

冬季為采暖期，區(qū)域采暖燃煤排放大氣污染物是區(qū)域大氣污染的主導(dǎo)性影響因素，故顆粒物、SO2和CO相互之間呈現(xiàn)較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系。夏季為非采暖期，燃煤污染不是區(qū)域的主要污染因素，顆粒物、SO2和CO來源于城區(qū)區(qū)域不同性質(zhì)工業(yè)污染，同時城市機(jī)動車尾氣也是PM2.5和CO 的污染影響因素。

3 結(jié) 論

(1)兩季PM10、PM2.5、SO2和CO 24小時平均濃度值最小值、最大值、平均值、超標(biāo)率均為夏季值小于冬季值。PM2.5/PM10濃度比值在0.5以上比例冬夏兩季分別為60.7%和30.0%，冬季要明顯高于夏季?？傮w而言，冬季污染較夏季嚴(yán)重。

(2)冬季PM2.5、PM10和SO2之間的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到了0.8以上，冬季PM2.5、PM10和SO2相互高度相關(guān)，三者相互之間具有很強(qiáng)的同源性。CO與PM2.5、PM10和SO2的相關(guān)系數(shù)在0.6～0.7之間，屬于中度相關(guān)關(guān)系，CO與其他各大氣污染物來源有著較高的同源性。

(3)夏季除了PM2.5和PM10具有高度的相關(guān)關(guān)系外，其他污染物之間的相關(guān)系數(shù)均低于0.4。SO2與PM2.5和PM10之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.19971和0.33471，CO與PM2.5、PM10、SO2的相關(guān)系數(shù)在0.2～0.3之間，均呈現(xiàn)低度相關(guān)關(guān)系，SO2、CO與顆粒物相互之間污染來源有著較低的同源性。

(4)冬季為采暖期，顆粒物、SO2和CO相互之間呈現(xiàn)較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，區(qū)域采暖燃煤排放大氣污染物是區(qū)域大氣污染的主導(dǎo)性影響因素；夏季為非采暖期，顆粒物、SO2和CO相互之間呈現(xiàn)較弱的相關(guān)關(guān)系，燃煤污染不是區(qū)域的主要污染因素，顆粒物、SO2和CO來源于不同行業(yè)的工業(yè)污染，同時城市機(jī)動車尾氣也是PM2.5和CO 的污染影響因素。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐敬，丁國安，顏鵬，等.北京地區(qū)PM2.5的成分特征及來源分析.應(yīng)用氣象學(xué)報，2007，18(5)：645-654.

[2]環(huán)境保護(hù)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-2012).中國環(huán)境科學(xué)出版社.2012.

[3]徐映如，王丹俠，張建文.PM10和PM2.5危害、治理及標(biāo)準(zhǔn)體系的概況.職業(yè)與健康，2013，1：117-119.