南充市區(qū)PM2.5的時(shí)空分布特征*

魏 艷　王 蘭　康 琳　張 斌　林葉彬

(西華師范大學(xué) 國(guó)土資源學(xué)院， 四川　南充　637009)

南充市區(qū)PM2.5的時(shí)空分布特征*

魏 艷王 蘭康 琳張 斌林葉彬

(西華師范大學(xué) 國(guó)土資源學(xué)院， 四川南充637009)

摘要：根據(jù)南充市環(huán)保局提供的2014年3月到2015年2月的空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)，探究南充市區(qū)PM2.5的時(shí)間分布特征、空間分布特征以及其與PM10、SO2、NO2、O3、CO的相關(guān)性。結(jié)果表明，南充市主城區(qū)PM2.5污染季節(jié)變化由輕到重依次為夏季、秋季、春季、冬季；空間分布特征為嘉陵區(qū)濃度最高，其次為高坪區(qū)，最后是順慶區(qū)。PM2.5的月平均濃度整體呈波浪型分布，在5月、10月和1月各出現(xiàn)一個(gè)峰值。PM2.5與PM10呈現(xiàn)出明顯的線性相關(guān)性，且與SO2、NO2、O3、CO的濃度均呈現(xiàn)正相關(guān)性，表明SO2、NO2、O3、CO對(duì)PM2.5濃度有一定影響。

關(guān)鍵詞：南充市區(qū)； PM2.5； 時(shí)空特征； 相關(guān)性

PM2.5是指空氣環(huán)境中空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于等于2.5 μm的懸浮顆粒。因其能進(jìn)入人體肺泡，且可在肺泡沉積，因此也稱為細(xì)顆粒物或可入肺顆粒物。PM2.5的主要來源為燃煤、機(jī)動(dòng)車排放、建筑塵、揚(yáng)塵、生物質(zhì)燃燒、二次硫酸鹽和硝酸鹽及有機(jī)物。其中燃煤塵、揚(yáng)塵、有機(jī)物及二次硫酸鹽和硝酸鹽貢獻(xiàn)率較大。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市化進(jìn)程加快以及能源消耗不斷增加，顆粒物已經(jīng)成為我國(guó)大氣污染的首要污染物，其中PM2.5在大氣中所占的比例雖不大，但它對(duì)大氣能見度和氣候變化有著重要的影響。此外，PM2.5粒徑小，比表面積大，能夠吸附大量有毒、有害物質(zhì)且在空氣中滯留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，可進(jìn)入人體呼吸道，沉積在肺部，甚至可以穿過肺泡進(jìn)入血液，對(duì)人體健康有嚴(yán)重的危害。研究表明，PM2.5不僅與心血管和呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率、居民總死亡率以及心肺疾病的死亡率增加有關(guān)[2-3]，還能導(dǎo)致肺功能異常、醫(yī)院門診人數(shù)增加、影響肺癌的發(fā)生率以及死亡率等[4-7]。

國(guó)外對(duì)于顆粒物的研究進(jìn)行得較早，其中美國(guó)在20世紀(jì)80年代初率先開始了對(duì)PM2.5的研究。我國(guó)對(duì)顆粒物的研究起步較晚，但是發(fā)展迅速，目前，國(guó)內(nèi)對(duì)PM2.5的研究主要集中在京津冀地區(qū)、中東部的長(zhǎng)江三角洲和珠江三角洲，但在經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的西部地區(qū)，特別是中小城市，相關(guān)的研究還比較少。在PM2.5時(shí)空分布特征的研究方面，國(guó)內(nèi)仍是在典型城市或是典型背景下的研究較多，且多涉及源解析[9-10]。

南充作為西部地區(qū)人口超過100萬的中等城市，廣大市民對(duì)空氣質(zhì)量非常關(guān)注，尤其是快速城市化過程中PM2.5的變化，更是關(guān)系到全市人民的切身利益。由于過去對(duì)南充市空氣質(zhì)量的研究?jī)H限于大氣中總懸浮顆粒物、PM10以及PM10離子組成的監(jiān)測(cè)[11-13]，缺少對(duì)PM2.5及其時(shí)空分布特征的研究，因此無法在PM2.5濃度控制方面采取針對(duì)性的措施。有鑒于此，本文擬在前人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)南充市環(huán)保局提供的空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)，并結(jié)合南充市區(qū)具體實(shí)際情況，探討南充市區(qū)PM2.5時(shí)空分布特征以及與其他物質(zhì)的相關(guān)性，以期提出減少及防治PM2.5的對(duì)策性建議，為美好南充的建設(shè)提供理論支持，為全市人民的公共健康做出貢獻(xiàn)。

1研究區(qū)概況

南充市位于四川省東北部，嘉陵江中游，介于30°35′～31°51′N，105°27′～106°58′E之間，地貌類型以丘陵為主。氣候冬暖、春旱、夏熱、秋雨，四季分明，雨熱同期，多云霧，屬于中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫17℃，年日照時(shí)間1 200～1 500 h，年降雨量1 100 mm，季節(jié)分配不均，全年以西北風(fēng)為主。主城區(qū)由順慶區(qū)、嘉陵區(qū)和高坪區(qū)組成，面積101 km2。境內(nèi)森林覆蓋率39%，城區(qū)綠化覆蓋率38%，人口103萬。

南充市市區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以第二產(chǎn)業(yè)為主，且南充工業(yè)企業(yè)消費(fèi)的主要能源品種是原煤、電力、天然氣。主城區(qū)三區(qū)的具體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有所不同，除順慶區(qū)第3產(chǎn)業(yè)占優(yōu)勢(shì)外，嘉陵區(qū)和高坪區(qū)均以第二產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)[14]，但是對(duì)空氣總體質(zhì)量的影響不甚明顯。近年來南充市城區(qū) SO2、NO2和 PM10年均濃度值呈下降趨勢(shì)，主城區(qū)總體空氣質(zhì)量呈優(yōu)良狀態(tài)[15]。

2數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于南充市環(huán)保局官方網(wǎng)站提供的2014年3月到2015年2月空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)[16]，包括南充市市委、南充市煉油廠、南充市環(huán)境監(jiān)測(cè)站(順慶區(qū)內(nèi))、高坪區(qū)監(jiān)測(cè)站、嘉陵區(qū)環(huán)保局(以下簡(jiǎn)稱市委、煉油廠、市環(huán)境、高坪區(qū)和嘉陵區(qū))共5個(gè)站點(diǎn)的SO2、NO2、CO、PM10、PM2.5的24 h平均數(shù)據(jù)，以及臭氧1 h平均值和臭氧8 h平均值數(shù)據(jù)。其中缺失數(shù)據(jù)共23 d。

2.2站點(diǎn)區(qū)域情況描述

5站點(diǎn)的位置如圖1所示。南充市高坪區(qū)監(jiān)測(cè)站附近沒有大型工廠，居民點(diǎn)和商鋪居多；嘉陵區(qū)環(huán)保局瀕臨嘉陵江，周圍也沒有大型工廠，建筑物也不及高坪區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站附近密集；煉油廠自身就是重排污企業(yè)，且周圍建筑物密集；市委在城市中心的位置，與公園相鄰，居民活動(dòng)頻繁；市環(huán)境監(jiān)測(cè)站附近建筑物密集，且處于人流量大的位置。5站點(diǎn)中除嘉陵區(qū)環(huán)保局外的4個(gè)站點(diǎn)周圍植被覆蓋量都較大。

圖1　南充市地理位置及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

2.3研究方法

利用excel對(duì)每個(gè)站點(diǎn)每種污染物日平均值求算術(shù)平均得到月平均值、季節(jié)平均，再把每年的日平均數(shù)據(jù)進(jìn)行平均求得年平均，并用線性回歸分析PM2.5與其他污染物的相關(guān)性。

3結(jié)果分析

3.1PM2.5濃度特征

根據(jù)每個(gè)站點(diǎn)的月平均值求得各站點(diǎn)及市區(qū)的年平均值，如表1。

表1　各站點(diǎn)PM2.5年均水平

由表1可見，南充市各監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5的年平均濃度值相差不大，由高到低依次是：煉油廠、嘉陵區(qū)、高坪區(qū)、市委、市環(huán)境，分別是70.7、69.7、67.7、64.6和64 μg/m3，市區(qū)年平均值為67.3 μg/m3?？傮w分布特征為嘉陵區(qū)PM2.5濃度最高，其次為高坪區(qū)，最后是順慶區(qū)。根據(jù)我國(guó)GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[17]規(guī)定的二類區(qū)PM2.5年均濃度限值(35 μg/m3)，以上5個(gè)站點(diǎn)和市區(qū)的PM2.5的年平均濃度均已超標(biāo)，均介于限度值的1.83～2.02倍之間。由此可見，南充市區(qū)整體空氣質(zhì)量有待改善。

3.2PM2.5季節(jié)變化規(guī)律

將這1年的數(shù)據(jù)按季節(jié)劃分，其中2014年3、4、5月為春季，6、7、8月為夏季，9、10、11月為秋季，2014年12月、2015年1、2月為冬季。由圖2可見，南充市區(qū)冬季PM2.5濃度明顯高于其他3個(gè)季節(jié)，達(dá)到97.5 μg/m3，春季、夏季、秋季PM2.5濃度值相差不大，分別為67.6、50.7和53.6 μg/m3。由此可見，南充市區(qū)PM2.5濃度值在夏季最低，冬季最高且冬季濃度是夏季濃度的1.92倍。

由圖2可見，各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)PM2.5濃度與市區(qū)變化規(guī)律一致，均是冬季最高，春季次之，夏秋季較接近，其中夏季最低，該結(jié)論與南寧、上海等地的PM2.5濃度季節(jié)變化規(guī)律一致[18-19]。

圖2　各站點(diǎn)PM2.5濃度季節(jié)變化

經(jīng)分析，南充市區(qū)夏秋季PM2.5污染較輕的主要原因，可能是夏季氣溫高，逆溫少，大氣擴(kuò)散條件好，夏季降水量多、強(qiáng)度大；秋季降水量次之，多連綿陰雨，雨水帶走的污染物多，且夏秋兩季植被覆蓋率都較高，可吸附大量污染物。冬季PM2.5污染嚴(yán)重是因?yàn)槎練鉁氐?，逆溫多，多靜風(fēng)天氣，多霧，大氣擴(kuò)散條件差，降水量最少且以小雨為主，加之植被覆蓋率低，吸附能力下降，從而導(dǎo)致污染嚴(yán)重。春季干旱，氣溫低，植被稀少，能吸附的污染物少，但靜風(fēng)天氣少于冬季，所以春季污染程度稍低于冬季。

3.3PM2.5月變化規(guī)律

由圖3可得，南充市區(qū)各站點(diǎn)PM2.5月平均濃度整體呈波浪形分布，其中有3個(gè)明顯的峰值，分別是5月、10月和1月。各站點(diǎn)PM2.5濃度均在1月達(dá)到最大值，其大小關(guān)系為：煉油廠>嘉陵區(qū)>市環(huán)境>市委>高坪區(qū)，濃度分別為： 118.1、117.3、114.7、111.4、110.2 μg/m3，市區(qū)1月平均濃度為114.3 μg/m3。除市環(huán)境以外，其他站點(diǎn)均在9月濃度最低，其中市委是最低值，為38.6 μg/m3，市區(qū)為45.1 μg/m3。各站點(diǎn)PM2.5濃度在6～9月變化較緩，而在11～1月顯著增加。

圖3　南充市各站點(diǎn)PM2.5濃度月均值變化

研究表明，CO 和NO2是在一定環(huán)境條件下形成PM2.5前的主要?dú)鈶B(tài)物質(zhì)，四川省的生物質(zhì)燃燒活動(dòng)( 以燃料秸稈、薪柴和露天秸稈燃燒為主) 所釋放的PM2.5量居全國(guó)首位[20]。四川省秸稈露天焚燒污染物排放清單表明，南充市露天秸稈焚燒污染物排放量較高，其中5月為小麥、油菜等初夏小春作物的收獲季節(jié)，進(jìn)入中旬后大多數(shù)地區(qū)開始焚燒秸稈。由此可以得出，南充市區(qū)5月PM2.5濃度出現(xiàn)峰值是由于周邊農(nóng)戶大量焚燒秸稈所導(dǎo)致。1月出現(xiàn)的峰值與季節(jié)變化相符，可能是因?yàn)?月是冬季，氣溫低，逆溫多，多靜風(fēng)和云霧天氣，大氣擴(kuò)散條件差，易于污染物的累積，且1月元旦節(jié)，接近于春節(jié)，燃放煙花爆竹的時(shí)候多，車流量大，增加了大氣中的PM2.5濃度值。10月出現(xiàn)的峰值可能是在9月降雨量增多，而10月降水量減少，致使雨水對(duì)PM2.5的削弱能力降低。

3.4PM2.5與其他污染物的相關(guān)性

表2　各站點(diǎn)PM2.5與其它監(jiān)測(cè)項(xiàng)的相關(guān)性

由表2可看出，假設(shè)成立，即南充市1年的PM2.5濃度與PM10的濃度呈線性相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性最低為0.893(市環(huán)境監(jiān)測(cè)站)，最高達(dá)到0.988(南充市煉油廠)，該結(jié)論與四川省甘孜州和阿壩州兩點(diǎn)位的PM2.5濃度和PM10濃度均呈現(xiàn)顯著相關(guān)性的結(jié)論一致[23]。PM2.5則與其他指標(biāo)相關(guān)性不大，但都呈正相關(guān)關(guān)系，并且相關(guān)性大小在不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)大小不一，說明不同的點(diǎn)位影響因素有差異。其中各站點(diǎn)SO2和NO2濃度與PM2.5濃度均成正相關(guān)，驗(yàn)證了SO2和NO2二次轉(zhuǎn)化對(duì)PM2.5有一定影響。

4結(jié)論與討論

4.1結(jié)論

(1) 南充市區(qū)在2014年3月-2015年2月1年內(nèi)各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)PM2.5的年平均濃度范圍為64～70.7 μg/m3，為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(二類區(qū)PM2.5年均濃度為35 μg/m3)的1.83～2.02倍。

(2) 在空間分布特征上，南充市區(qū)PM2.5濃度在嘉陵區(qū)最高，其次為高坪區(qū)，最后是順慶區(qū)。

(3) 在季節(jié)變化規(guī)律上，南充市區(qū)PM2.5污染總體表現(xiàn)為冬季最嚴(yán)重，春季次之，夏秋兩季的污染相對(duì)較輕。

(4) 在2014年3月-2015年2月1年中，南充市區(qū)PM2.5的月均濃度整體呈現(xiàn)波浪形分布，在5月、10月和1月各出現(xiàn)一個(gè)峰值，其中1月平均濃度最高，為114.3 μg/m3，在9月平均濃度最低，為45.1 μg/m3。

(5) 南充市PM2.5濃度與PM10濃度呈線性相關(guān)關(guān)系，與各種監(jiān)測(cè)指標(biāo)均呈正相關(guān)關(guān)系。

4.2討論

(1) 本文數(shù)據(jù)來源于南充市環(huán)保局官方網(wǎng)站提供的南充市各點(diǎn)位空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)，只能對(duì)PM2.5總量進(jìn)行分析，而無法對(duì)其組分進(jìn)行深入研究，這在一定程度上制約了對(duì)污染物來源的判斷，也很難針對(duì)研究結(jié)果提出治理對(duì)策及建議。

(2) 由于數(shù)據(jù)采集方面的局限，本文沒有把南充的情況與四川其余城市或者中國(guó)其余城市做相應(yīng)的比較，因此也未得出南充城區(qū)的空氣質(zhì)量狀況與其它城市的比較結(jié)果。

(3) PM2.5是反映空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，但是由于其存在季節(jié)性變化和周期性波動(dòng)，且可在一定時(shí)空尺度上進(jìn)行遷移和轉(zhuǎn)化，因而相關(guān)的監(jiān)測(cè)和研究還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

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Spatial-temporal distribution characteristics of PM2.5in Nanchong City

Wei Yan, Wang Lan, Kang Lin, Zhang Bin, Lin Yebin

(Land and Resources College, China West Normal University, Nanchong 637009,China)

Abstract:Data of PM2.5in Nanchong city, sourced from the Daily Report of Air Quality (Mar 2014 - Feb 2015, by Nanchong Municipal Environmental Protection Bureau) were analyzed to examine the temporal and spatial characteristics of PM2.5and the correlation of PM10, SO2, NO2, O3, CO and PM2.5. The results showed that the pollution degree of PM2.5was worsening gradually from summer, autumn, spring to winter. In spatial distribution, the average concentration of PM2.5was highest in Jialing district, and decreased in Gaoping and Shunqing district. The monthly average concentration of PM2.5showed a wavy-shaped curve, the peaks of which appeared in May, October, and January. The linear correlation of concentration of PM2.5and PM10was observed, and concentrations of PM2.5were significantly positively correlated with those of SO2, NO2, O3, CO, which indicated that SO2, NO2, O3 and CO, had a significant impact on the concentration of PM2.5.

Keywords:Nanchong city; PM2.5; Spatial-temporal characteristics; correlation

收稿日期：2015-09-28；2016-01-25修回

作者簡(jiǎn)介：魏艷，女，1994年生，研究方向：資源開發(fā)利用與環(huán)境保護(hù)。E-mail：1622545643@qq.com 通訊作者： 林葉彬，男，1981年生，副教授，研究方向：資源開發(fā)利用與環(huán)境保護(hù)。E-mail:forrestbin@gmail.com

中圖分類號(hào)：X51

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

* 西華師范大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(42714018)