古田山莊環(huán)境空氣PM10、PM2.5和PM1.0日變化特征*

龔國漢

(龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗所/國家空氣污染治理設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心， 福建 龍巖 364000)

古田山莊環(huán)境空氣PM10、PM2.5和PM1.0日變化特征*

龔國漢

(龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗所/國家空氣污染治理設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心， 福建 龍巖 364000)

通過測定古田山莊環(huán)境空氣PM10、PM2.5和PM1.0質(zhì)量濃度及數(shù)目濃度，獲得其日變化特征，以了解古田山莊空氣質(zhì)量水平、變化規(guī)律及影響因素。結(jié)果表明：古田山莊環(huán)境空氣符合國家一級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；PM10、PM2.5和PM1.0的質(zhì)量及數(shù)目濃度均呈現(xiàn)早晨較高、中午下降、傍晚回升之變化趨勢，此為當(dāng)?shù)匚廴驹磁欧排c環(huán)境條件共同作用的結(jié)果；隨著環(huán)境空氣溫度升高、相對濕度降低、光照增強，各顆粒物質(zhì)量濃度普遍降低，細(xì)顆粒物和超細(xì)顆粒物比重(PM2.5/PM10、PM1.0/PM10)普遍升高。顆粒物粒徑越大，質(zhì)量、數(shù)目濃度降低程度越大，對氣溫、相對濕度和光照強度的響應(yīng)越好。

古田山莊；空氣；PM10；PM2.5；PM1.0

空氣顆粒態(tài)污染物根據(jù)大小可分為總懸浮顆粒物、降塵、可吸入顆粒物、粗顆粒物、細(xì)顆粒物和超細(xì)顆粒物。總懸浮顆粒物(TSP)指大氣中空氣動力學(xué)直徑(AD)<100 μm的所有顆粒物；降塵指AD>10 μm的固體顆粒；可吸入顆粒物，指能通過鼻和嘴進(jìn)入人體呼吸道的顆粒物總稱，又稱飄塵，用PM10表示，即AD<10 μm的懸浮顆粒；粗顆粒物(PM2.5～10)，即AD介于2.5～10 μm的可吸入顆粒物；細(xì)顆粒物(PM2.5)指AD<2.5 μm的可吸入顆粒物，又稱可入肺顆粒物，能夠進(jìn)入人體肺泡甚至血液系統(tǒng)；超細(xì)顆粒物(PM1.0)指AD<1.0 μm的可吸入顆粒物。近年來，更小的顆粒物如PM2.5、PM1.0，因其特殊的理化特性，已受到廣泛關(guān)注。這些顆粒粒徑小、質(zhì)量輕、吸附性強，懸浮于空氣的時間長，傳播距離遠(yuǎn)；且成分復(fù)雜，富含大量有毒有害物質(zhì)如有機化合物、重金屬等，并可攜帶細(xì)菌和病毒的載體侵入人體[1]。

當(dāng)前，大氣污染已超越國界成為全球性問題，越來越多的人開始關(guān)注空氣質(zhì)量。隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的深入推進(jìn)，能源資源消耗持續(xù)增加，大氣污染形勢嚴(yán)峻，以PM10、PM2.5為特征污染物的區(qū)域性大氣環(huán)境問題日益突出，如北京、廣州等城市的灰霾現(xiàn)象頻繁發(fā)生[2-3]，對人體健康、生活環(huán)境造成了直接的負(fù)面影響，引起了各界廣泛、高度重視。

古田山莊位于紅色旅游經(jīng)典景區(qū)-古田會議會址群景區(qū)內(nèi)，距會址僅約1.8 km。古田氣候宜人，四季如春，風(fēng)景美麗，被譽為“北回歸線荒漠地帶上的綠色翡翠”。本文通過測定古田山莊環(huán)境空氣PM10、PM2.5和PM1.0的濃度，研究其受氣象條件或環(huán)境參數(shù)和人類活動排放的影響，以期了解古田山莊環(huán)境空氣各粒徑顆粒物的濃度水平、日變化規(guī)律和影響因素，從而為自然風(fēng)光居住區(qū)可吸入顆粒物、細(xì)顆粒物和超細(xì)顆粒物質(zhì)量預(yù)報、大氣污染防治等工作提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支持。

1 實驗部分

1.1 檢測時間與地點

采樣、檢測時間為2014年7月17日，天氣晴朗，微風(fēng)(風(fēng)速≤0.5 m/s)；地點為古田山莊內(nèi)別墅區(qū)附近(116°49'56.63"E，25°14'04.42"N，海拔高度約746 m)，屬于典型的自然風(fēng)光居住區(qū)。采樣、檢測點選在較為開闊的地帶，避開障礙物。

1.2 檢測儀器與方法

采用電稱低壓沖擊系統(tǒng)(Electrical Low Pressure Impactor，ELPI，芬蘭Dekati公司)，配備干燥(除濕)裝置，實時測定空氣PM10、PM2.5和PM1.0質(zhì)量及數(shù)目濃度，采樣流速為10.0 L/min。采用HT-8500環(huán)境參數(shù)測試儀(廣州市宏誠集業(yè)電子科技有限公司)，測量空氣溫度、相對濕度、光照強度、風(fēng)速等。采樣高度均不低于1.5 m (約1.75 m)[4]，測定時間間隔約為1 h，每次測定時間約為10 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 質(zhì)量濃度檢測結(jié)果與分析

各采樣、測定時間點空氣PM10、PM2.5和PM1.0的質(zhì)量濃度日變化如圖1所示，PM10、PM2.5和PM1.0質(zhì)量濃度均呈現(xiàn)早晨較高、中午下降、傍晚回升的趨勢，與吳萬寧等報道的南京仙林地區(qū)[5]、劉潔等報道的北京地區(qū)PM2.5日變化特征相似[6]。這是人類生產(chǎn)活動和大氣環(huán)境變化共同作用的結(jié)果[5]，既與污染物排放有關(guān)，又與氣象條件或環(huán)境參數(shù)有關(guān)(見2.3)[7]。因古田山莊周邊無工業(yè)污染源，顆粒物排放源主要為道路揚塵、建筑工地?fù)P塵、機動車尾氣排放和烹飪。在早晨，人們開始活動，道路揚塵、建筑工地?fù)P塵、機動車尾氣排放和烹飪均相對較多，對PM10、PM2.5和PM1.0的貢獻(xiàn)較大；在夏天的中午，除烹飪外，其他人類活動相對較少，且溫度最高、相對濕度最低，顆粒物因沉降或擴散而減少。但隨著午后人類活動逐漸增加，下班高峰到來及各種排放均增加，顆粒物濃度再次攀升。PM2.5、PM1.0日變化與PM10基本相似，但在6:20～13:00，PM10、PM2.5和PM1.0質(zhì)量濃度分別下降47.3 %、22.5 %和11.6 %，而PM2.5～10、PM1.0～2.5質(zhì)量濃度分別下降85.8 %、77.2 %，可見，從早晨至中午，顆粒物粒徑越大，質(zhì)量濃度下降的程度越大，這與更細(xì)的顆粒物不易沉降有一定關(guān)系。

圖1 空氣PM10、PM2.5和PM1.0質(zhì)量濃度日變化

從6:20～20:00，PM10、PM2.5和PM1.0質(zhì)量濃度范圍分別為26.6～56.4、25.7～52.2和23.4～48.0 μg/m3，平均為42.8、33.7、30.4 μg/m3，PM2.5質(zhì)量濃度與謝宏群等報道的東莞城區(qū)夏季平均值36 μg/m3相近[8]。GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定[9]，一級環(huán)境空氣中PM10平均濃度不大于50 μg/m3，二級不大于150 μg/m3；PM2.5平均濃度一級不大于35 μg/m3，二級不大于75 μg/m3。本文測得古田山莊符合一級環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

如圖2所示，PM2.5/PM10、PM1.0/PM10質(zhì)量濃度比例呈早晨較低、中午上升、傍晚回落的趨勢?？梢?，細(xì)顆粒物和超細(xì)顆粒物所占比重中午較高，早晨、傍晚較低。PM2.5/PM10、PM1.0/PM10范圍分別為55.8 %～98.2 %、45.8 %～95.9 %，平均81.6 %、74.7 %，普遍高于楊復(fù)沫等報道的北京春、夏、秋和冬季PM2.5/PM10比例(分別為42 %、49 %、59 %和66 %)[1]，略高于王薈等報道的南京市PM2.5/PM10(平均75.9 %)[10]。分析認(rèn)為，春季頻發(fā)的沙塵天氣可能對粗顆粒物的貢獻(xiàn)較大，而冬季劇增的采暖燃燒源可能對細(xì)顆粒物的貢獻(xiàn)更大[11]。洪也等[12]報道，沈陽春季受沙塵影響，PM2.5/PM10、PM1.0/PM10大大降低。有文獻(xiàn)報道[13-14]，PM2.5/PM10南方城市相對較高，廣州市街道PM2.5/PM10平均值85 %[3]。而古田山莊屬南方城市，PM2.5/PM10相對較高，可見，PM2.5、PM1.0的主要來源可能為生活排放，如烹飪、機動車尾氣排放等。

圖2 空氣PM2.5/PM10、PM1.0/PM10質(zhì)量濃度比例日變化

2.2 顆粒物數(shù)目濃度檢測結(jié)果與分析

各采樣、測定時間點的空氣PM10、PM2.5和PM1.0顆粒物數(shù)目濃度如表1所示。古田山莊環(huán)境空氣PM10、PM2.5、PM1.0、PM2.5～10和PM1.0～2.5顆粒物數(shù)目濃度日變化如圖3～5所示。由于PM1.0顆粒物數(shù)目很多，但單個顆粒物重量很小，故PM1.0顆粒物數(shù)目占PM10顆粒物數(shù)目的比重很大(均為99.8 %以上)。據(jù)圖3，空氣PM10、PM2.5和PM1.0顆粒物數(shù)目濃度也均呈早晨較高、中午下降、傍晚回升的趨勢，在6:20～13:00，PM10、PM2.5和PM1.0顆粒物數(shù)目均下降約63.0 %；而據(jù)圖4、5，在6:20～13:00，PM2.5～10、PM1.0～2.5顆粒物數(shù)目分別下降86.3 %、78.5 %。在6:20～20:00，PM10、PM2.5和PM1.0顆粒物數(shù)目最大值出現(xiàn)在7:00，最小值出現(xiàn)在13:00，PM10、PM2.5和PM1.0顆粒物數(shù)目均下降約70.0 %；而PM2.5～10、PM1.0～2.5顆粒物數(shù)目分別下降99.5 %、92.7 %，PM2.5～10、PM1.0～2.5顆粒物數(shù)目最大值出現(xiàn)在7:00、10:00，最小值出現(xiàn)在17:00、15:00。如前所述，這既與污染物排放有關(guān)，又與氣象、環(huán)境參數(shù)有關(guān)。因古田山莊顆粒物排放源主要為道路揚塵、建筑工地?fù)P塵、機動車尾氣排放和烹飪，通常此類排放顆粒物粒徑較大，故當(dāng)中午道路揚塵、建筑工地?fù)P塵、機動車尾氣排放減少時，顆粒物粒徑越大，顆粒物數(shù)目減少的程度越大。

表1 空氣PM10、PM2.5和PM1.0顆粒物數(shù)目濃度

圖3 空氣PM10、PM2.5和PM1.0顆粒物數(shù)目濃度日變化

圖5 空氣PM1.0～2.5顆粒物數(shù)目濃度日變化

2.3 與環(huán)境參數(shù)相關(guān)性分析

空氣溫度、相對濕度和光照強度日變化如圖6～8所示。將空氣各顆粒物質(zhì)量濃度與各環(huán)境參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示，由表2可得相關(guān)性顯著水平，如表3所示。

圖6 空氣溫度日變化

圖7 空氣相對濕度日變化

圖8 光照強度日變化

據(jù)表2、3，環(huán)境空氣溫度升高，PM10質(zhì)量濃度呈非常顯著下降，PM2.5～10質(zhì)量濃度極顯著下降，PM2.5/PM10質(zhì)量濃度比例非常顯著上升，PM2.5～10/PM10比例非常顯著下降，PM1.0/PM10比例顯著上升。這是因為氣溫較高時有利于大氣垂直對流，加快顆粒物擴散，顆粒物的質(zhì)量濃度低，而溫度較低時，近地面大氣形成逆溫層，不利于大氣顆粒物的擴散，顆粒物濃度增加[15-16]。

據(jù)表2、3，隨著環(huán)境空氣相對濕度升高，PM10質(zhì)量濃度呈顯著上升，PM2.5～10質(zhì)量濃度極顯著上升，PM2.5/PM10質(zhì)量濃度比例非常顯著下降，PM2.5～10/PM10質(zhì)量濃度比例非常顯著上升， PM1.0/PM10比例顯著下降，與何平等報道的上海寶山地區(qū)，PM2.5質(zhì)量濃度隨空氣相對濕度增加而增大，相對濕度與PM2.5質(zhì)量濃度之間有正相關(guān)趨勢一致[17]。較高的相對濕度利于大氣顆粒物在水汽上附著，在空氣中易停留，并有利于二次粒子的轉(zhuǎn)化形成，從而顆粒物質(zhì)量濃度增加，這種現(xiàn)象主要是由于顆粒物的吸濕性和吸附效應(yīng)的影響[18]。

表2 顆粒物質(zhì)量濃度與環(huán)境參數(shù)相關(guān)性分析

表3 顆粒物質(zhì)量濃度與環(huán)境參數(shù)相關(guān)性顯著水平分析

據(jù)表2、3，光照強度本身與各顆粒物質(zhì)量濃度、比例無顯著相關(guān)關(guān)系，但取對數(shù)后分析，隨著ln(光照強度)升高，PM10質(zhì)量濃度呈顯著下降，PM2.5質(zhì)量濃度非常顯著下降，PM1.0質(zhì)量濃度極顯著下降。當(dāng)光照增強時，利于顆粒物沉降或擴散。

綜上，當(dāng)氣象條件轉(zhuǎn)好，利于顆粒物沉降或擴散時，粗粒子比細(xì)粒子更易去除，其輸送遷移和沉降的效果均好于細(xì)粒子，濃度降低趨勢比細(xì)粒子顯著。因此，PM10的質(zhì)量濃度對相應(yīng)溫度、濕度和光照強度的響應(yīng)較好[2]。

將空氣各顆粒物數(shù)目濃度與各環(huán)境參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示，由表4可得相關(guān)性顯著水平，如表5所示。

據(jù)表4、5，隨著環(huán)境空氣溫度升高，PM10、PM2.5～10、PM2.5和PM1.0數(shù)目濃度極顯著下降；隨著環(huán)境空氣相對濕度升高，PM10、PM2.5～10、PM2.5和PM1.0數(shù)目濃度極顯著上升；隨著光照強度升高，PM10、PM2.5和PM1.0數(shù)目濃度顯著下降。究其原因，均與質(zhì)量濃度受環(huán)境參數(shù)變化影響一致。

表4 顆粒物數(shù)目濃度與環(huán)境參數(shù)相關(guān)性分析

表5 顆粒物數(shù)目濃度與環(huán)境參數(shù)相關(guān)性顯著水平分析

3 結(jié)論

(1) 本文測得古田山莊環(huán)境空氣符合一級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 古田山莊環(huán)境空氣PM10、PM2.5和PM1.0的質(zhì)量和數(shù)目濃度均呈現(xiàn)早晨較高、中午下降、傍晚回升的日變化趨勢，此為人類生產(chǎn)活動即當(dāng)?shù)匚廴驹磁欧藕痛髿猸h(huán)境變化共同作用的結(jié)果。

(3) 從早晨至中午，顆粒物粒徑越大，顆粒物質(zhì)量、數(shù)目濃度下降的程度越大。這是因為氣象條件轉(zhuǎn)好時，有利于顆粒物沉降或擴散，粗粒子其輸送遷移和沉降的效果均好于細(xì)粒子，比細(xì)粒子更易去除。因此，顆粒物粒徑越大，對氣象條件的響應(yīng)更好。

(4) 本文測得古田山莊環(huán)境空氣PM2.5/PM10、PM1.0/PM10質(zhì)量濃度比例呈現(xiàn)早晨較低、中午上升、傍晚回落的趨勢。PM2.5/PM10、PM1.0/PM10相對于其他城市尤其是北方城市較高，PM2.5、PM1.0的主要來源可能為生活排放。

(5) 采用ELPI同時測定空氣PM10、PM2.5和PM1.0質(zhì)量及數(shù)目濃度，可更深入地觀測其變化特征，從而更有力地闡明其影響因素、環(huán)境參數(shù)作用機制。

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Daily variation of ambient air PM10, PM2.5, and PM1.0in Gutian Villa, Longyan

Gong Guohan

(Longyan Institute of Quality Inspection for Products/National Institute of Quality Supervision and Inspection for Air Pollution Control Equipments, Longyan 364000, China)

in order to understand ambient air quality, variation rules and impact factors of Gutian Villa, mass and number concentration of ambient air PM10, PM2.5, and PM1.0in Gutian Villa was measured and daily variation characteristics were obtained. The results show that PM10and PM2.5in Gutian Villa can meet first grade criteria of State Ambient Air Quality Standards. Both mass and number concentration of PM10, PM2.5, and PM1.0show a daily trend of being higher in the morning, lower at noon and recovered in the evening due to synergistic effect of local emissions and environmental conditions. As the ambient air temperature get higher, relative humidity is decreased, and light intensity is enhanced, mass concentrations for each type of particle are generally declined and fine particulate matter and ultrafine particles mass ratio (PM2.5/PM10and PM1.0/PM10)are increased. Generally speaking, the larger the particle diameter is, the greater decreased degree of mass and number concentrations, and the better response to temperature, relative humidity and light intensity.

Gutian villa; air; PM10: PM2.5; PM1.0

* 國家質(zhì)檢總局科技計劃項目(2013zjjg012)資助

2015-06-05；2015-06-26修回

龔國漢，男，1986年生，助理工程師，研究方向：環(huán)境空氣污染監(jiān)測與防治。E-mail: 419536305@qq.com

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