鄂州市區(qū)大氣中PM2.5和PM10質(zhì)量濃度污染特征

夏亞紅

(湖北省鄂州市環(huán)境保護監(jiān)測站，湖北 鄂州 436000)

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鄂州市區(qū)大氣中PM2.5和PM10質(zhì)量濃度污染特征

夏亞紅

(湖北省鄂州市環(huán)境保護監(jiān)測站，湖北 鄂州 436000)

摘要：根據(jù)鄂州市3個環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站采集的2014年12月至2015年11月間的PM2.5和PM10質(zhì)量濃度數(shù)據(jù),分析了2015年鄂州市環(huán)境空氣顆粒物質(zhì)量濃度的變化特征。結(jié)果表明：2015年,鄂州市PM2.5和PM10的年均質(zhì)量濃度均超過了《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》規(guī)定的年均值二級標準限值；PM2.5和PM10質(zhì)量濃度的日變化幅度比較大，但整體變化趨勢非常相似，PM2.5和PM10質(zhì)量濃度存在明顯的季節(jié)變化，均為冬季最高，春季次之，秋季較低，夏季最低，PM2.5和PM10質(zhì)量濃度的日均值冬季明顯高于其它季節(jié)，呈雙峰型，夜晚整體高于白天；PM2.5和PM10質(zhì)量濃度的月均值峰值均出現(xiàn)在1月，谷值均出現(xiàn)在7月，各月PM2.5的超標天數(shù)都多于PM10；11月的β值(PM2.5和PM10的濃度比)最高。

關(guān)鍵詞：PM2.5；PM10；質(zhì)量濃度；污染特征；鄂州市

近年來，可吸入顆粒物(PM10)和細顆粒物(PM2.5)在我國許多大中城市大氣中超標十分嚴重，已引起政府及研究部門的高度重視。盡管PM2.5在大氣中的含量不高，但若在空氣中的懸浮時間較長，將嚴重影響能見度，空氣質(zhì)量會急劇下降[1]。人類通過呼吸能夠?qū)M10吸入體內(nèi)，呼吸系統(tǒng)內(nèi)積存大量的PM10會導致各種疾病，對人類健康造成極大威脅。PM2.5中存在各種銨鹽、硝酸鹽、硝酸、硫酸鹽或硫酸[2]，這些粒子進入人體細胞、血液中會誘發(fā)嚴重的疾病。顆粒直徑越小，威脅越大，對人體的傷害就越嚴重[3]。

1996年，有關(guān)機構(gòu)在空氣質(zhì)量評價指標體系中添加了PM10的測試項；2012年2月，我國頒布了新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012，簡稱新標準)，環(huán)境空氣污染物監(jiān)測體系中首次列入了PM2.5。按照要求，鄂州市應(yīng)從2016年1月1日起執(zhí)行新標準，湖北省環(huán)保廳和鄂州市委、市政府基于湖北城市圈環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀將新標準提前到2014年7月1日執(zhí)行。

作者根據(jù)鄂州市2014年12月至2015年11月PM2.5、PM10的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了鄂州市PM2.5、PM10質(zhì)量濃度的變化特征和規(guī)律，擬為研究鄂州市的空氣狀況和污染程度、制定顆粒污染物的治理措施等提供參考。

1數(shù)據(jù)監(jiān)測

1.1數(shù)據(jù)來源

鄂州市設(shè)立了3個環(huán)境空氣重點監(jiān)測點，進行空氣質(zhì)量指標的實時監(jiān)測和發(fā)布，并于2014年7月6日開始每日定期對外公布PM2.5、PM10的具體數(shù)據(jù)，每5min更新一次PM2.5、PM10的原始信息。如果出現(xiàn)設(shè)備故障、停電、癱瘓等問題需校準監(jiān)測設(shè)備，或由于其它因素無法對數(shù)據(jù)進行連續(xù)監(jiān)測，根據(jù)新標準的要求，每天對PM2.5、PM10的有效監(jiān)測時間不少于20h，以其采樣時間和平均濃度為基準，其余情況監(jiān)測的數(shù)據(jù)并不具有參考意義，不進行統(tǒng)計和分析。

1.2監(jiān)測點位與監(jiān)測方法

目前鄂州市共設(shè)置3個環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站，分別為市政府監(jiān)測點(鄂州市職業(yè)高中樓頂，2002年6月建成)、趙家壩監(jiān)測點(鄂州市環(huán)保局樓頂，2007年6月建成)、凡口開發(fā)區(qū)監(jiān)測點(凡口開發(fā)區(qū)管委會樓頂，2010年9月建成)。

PM2.5和PM10監(jiān)測采用空氣質(zhì)量連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測儀器采用武漢市環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司生產(chǎn)的TH-2000PM型PM2.5監(jiān)測儀和PM10監(jiān)測儀。監(jiān)測方法為β射線測量法，根據(jù)粉塵粒子吸收β射線的量與粉塵粒子質(zhì)量成正比的原理，通過測量β射線經(jīng)過干凈濾紙和含有粉塵濾紙時的強度變化，測量計算出顆粒物的濃度值。監(jiān)測時間為2014年12月1日至2015年11月30日。

《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中規(guī)定PM2.5、PM10質(zhì)量濃度的日均值二級標準限值分別為75μg·m-3和150μg·m-3；PM2.5、PM10質(zhì)量濃度的年均值二級標準限值分別為35μg·m-3和70μg·m-3。

2結(jié)果與討論

2.1PM2.5和PM10質(zhì)量濃度水平

2014年12月至2015年11月間鄂州市大氣顆粒物濃度的小時均值、日均值和年均值如表1所示。

表12015年鄂州市PM2.5和PM10均值/(μg·m-3)

Tab.1Average value of PM2.5and PM10in E′zhou,2015/(μg·m-3)

項目小時均值最大值(出現(xiàn)月份)最小值日均值最大值(出現(xiàn)月份)最小值年均值PM2.5308(1)1233(1)866PM10638(1)1300(1)17102

注：小時均值是指當日每小時PM2.5、PM10質(zhì)量濃度的平均值，日均值是指當日內(nèi)PM2.5、PM10質(zhì)量濃度的平均值。

由表1可知，1月份的PM2.5質(zhì)量濃度小時均值和日均值最大，分別為308 μg·m-3和233 μg·m-3；PM10質(zhì)量濃度小時均值和日均值最大值也出現(xiàn)在1月，分別為638 μg·m-3和300 μg·m-3。2015年鄂州市PM2.5和PM10質(zhì)量濃度年均值分別為66 μg·m-3和102 μg·m-3，超過了《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》規(guī)定的年均值二級標準限值。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，2015年鄂州市所有空氣環(huán)境質(zhì)量超標日中，首要污染物是PM2.5的比例為71%，首要污染物是PM10的比例為0。

2.2不同季節(jié)的日變化特征

以氣象學理論為指導，將一個年度劃分為4個季節(jié)：12月至次年2月為冬季、3～5月為春季、6～8月為夏季、9～11月為秋季。按照春、夏、秋、冬4個季節(jié)，對PM2.5和PM10質(zhì)量濃度的小時均值進行分析，探討顆粒物濃度隨時間的變化趨勢，結(jié)果見圖1。

由圖1可看出，鄂州市PM2.5和PM10質(zhì)量濃度隨季節(jié)變化的特征和規(guī)律基本相似，PM2.5和PM10質(zhì)量濃度從高到低的順序為：冬季>春季>秋季>夏季。這是因為，鄂州市沒有充足的水源，少雨干旱，大部分為靜風天氣，氣溫不高，容易導致逆溫氣候，具有較高的穩(wěn)定度，空氣流動速度慢，不利于污染物的擴散，另外，冬季受較強北風影響，北方外源污染物會加劇鄂州市的污染；春季大部分為揚塵氣候，顯著增大了PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度；夏季有強烈的氣流活動，能夠有效擴散污染物和懸浮物。此外，2015年，受氣候的影響，鄂州市7月降雨量較高，能有效減少空氣中的懸浮物和污染物，起到了凈化空氣的效果。因此，夏季空氣質(zhì)量顯著提高，PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度最低。

圖1鄂州市PM2.5和PM10不同季節(jié)的日變化

Fig.1Diurnal variation of PM2.5and PM10in different seasons in E′zhou

由圖1還可看出， 在冬季，PM2.5質(zhì)量濃度的小時均值在00：00～06：00相對較低，06：00之后逐漸升高，到中午12：00左右達到日間峰值，然后開始下降，到下午16：00左右降到較低值，此后再次回升，到夜間22：00達到夜間峰值，此后有所降低，到次日06：00左右降到較低值，呈現(xiàn)出一種比較明顯的雙峰趨勢，即上午和夜間各出現(xiàn)一個峰，而下午濃度相對較低。PM10質(zhì)量濃度的小時均值在00：00～08：00相對較低，08：00之后逐漸升高，中午12：00左右達到日間峰值，然后開始下降，到下午18：00左右下降到較低值，此后再次回升，至夜間22：00達到夜間峰值，此后有所降低，到次日06：00左右下降到較低值，也呈現(xiàn)出較明顯的雙峰趨勢，即上午和夜間各出現(xiàn)一個峰，而下午濃度相對較低。鄂州市PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度日變化趨勢是城市工業(yè)排放、汽車尾氣排放和空氣擴散條件等影響所致。清晨以后，出行行人和車輛顯著增加，空氣中顆粒物濃度顯著增大，中午時，空氣污染問題最為嚴重，顆粒物濃度最高。但是，中午陽光充足，空氣流動率高，污染物擴散速度快，導致下午空氣中顆粒物濃度降低。從整體上看，大氣顆粒物夜間濃度高于日間濃度，是因為白天氣溫回升，空氣擴散條件有利，污染物濃度相對較低；夜間地表溫度降低，產(chǎn)生逆溫，不利于空氣污染物擴散，因此污染物濃度較高。

2.3月變化特征

月變化更能反映污染物濃度隨季節(jié)的變化趨勢。圖2為2015年P(guān)M2.5和PM10的月變化情況。

由圖2可以看出，PM2.5和PM10質(zhì)量濃度的月變化趨勢基本相同。1月最高，7月最低。從1月至7月，PM2.5和PM10質(zhì)量濃度總體呈下降趨勢；從7月至11月，則呈上升趨勢。10月份PM2.5和PM10質(zhì)量濃

圖2　鄂州市PM2.5和PM10月變化情況Fig.2　Monthly changes of PM2.5 and PM10 in E′zhou

度陡升，主要原因是隨著氣溫下降，逆溫和靜風頻率增加，不利于污染物擴散，加上秋收生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生了大量的顆粒物，加劇了污染物的積累。

由圖2還可以看出，除8、9月無PM2.5和PM10超標天數(shù)，3、6、7、11月無PM10超標天數(shù)外，其余月份PM2.5的超標天數(shù)都大于PM10。雖然PM2.5隸屬于PM10，然而由超標現(xiàn)狀不難發(fā)現(xiàn)，與PM10相比，PM2.5的污染性更高。印證了將PM2.5引入到空氣質(zhì)量監(jiān)測指標體系中是科學合理的，能夠?qū)諝鈶腋∥锖臀廴疚镞M行有效研究。

2.4β值的變化特征

PM10主要有兩種尺寸的顆粒，即直徑在2.5 μm以下的細顆粒和2.5～10 μm的粗顆粒(PM2.5～10)。β值為PM2.5與PM10的濃度比，反映了PM2.5在PM10中的含量。計算PM2.5和PM10質(zhì)量濃度的各月均值的β值，見圖3。

由圖3可以看出，β值在0.581～0.732之間，平均值為0.638，說明PM2.5在PM10中所占比例大于PM2.5～10。β值的變化幅度較小，11月最高。這是因為，11月份降雨頻次較多，雨量較少，下雨能夠有效降低空氣中的粗顆粒含量，而細顆粒并不會受到顯著影響[4]；另外，11月初秸稈露天焚燒導致細顆粒濃度增加。因此，PM2.5在PM10中所占比例最大。

圖3　β值的變化曲線Fig.3　Charge curve of β value

3結(jié)論

(1)對2014年12月至2015年11月間鄂州市PM2.5和PM10質(zhì)量濃度的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了分析，年均值分別為66 μg·m-3和102 μg·m-3，超過了《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》規(guī)定的年均值二級標準限值，超標率分別為85.7%和45.7%；全年所有空氣環(huán)境質(zhì)量超標日中，PM2.5為空氣中首要污染物的比例高達71%，PM10為首要污染物的比例為0。

(2)2015年，鄂州市區(qū)PM2.5和PM10質(zhì)量濃度隨季節(jié)變化的規(guī)律相同，均表現(xiàn)為冬季最高，春季次之，秋季較低，夏季最低。PM2.5和PM10質(zhì)量濃度的峰值均出現(xiàn)在1月，谷值均出現(xiàn)在7月，PM2.5超標時間多于PM10，與PM10相比，PM2.5的污染程度更大，問題更嚴峻。

(3)PM2.5和PM10的變化規(guī)律和特征基本相同，表明其來源是一樣的。

(4)β值為0.581～0.732，平均值為0.638，與PM2.5～10相比，PM2.5在PM10中占有更大的比例。β值變化幅度不大，11月β值最大。

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收稿日期：2016-02-18

作者簡介：夏亞紅(1973-)，女，湖北鄂州人，工程師，主要從事環(huán)境自動監(jiān)測及環(huán)境驗收監(jiān)測報告編制，E-mail：1535404238@qq.com。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.07.016

中圖分類號：X 513

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5425(2016)07-0064-04

Pollution Characteristics of Mass Concentrations of PM2.5and PM10in E′zhou

XIA Ya-hong

(E′zhouEnvironmentalProtectionMonitoringStation,E′zhou436000,China)

Abstract：PM2.5and PM10mass concentration data were collected at three monitoring sites of E′zhou from December 2014 to November 2015.The change characteristics of mass concentrations of PM2.5and PM10in E′zhou in 2015 were analyzed according to the continuous automatic monitoring data.Results showed that,the annual average mass concentrations of PM2.5and PM10in E′zhou in 2015 exceeded the annual average standard of grade secondary standard limit in the new criterion.Mass concentrations of PM2.5and PM10were similar,and were significantly positive correlated,although there were wide daily variations.Mass concentrations of PM2.5and PM10had evident changes in different seasons.The highest value of mass concentrations of PM2.5and PM10appeared in winter,the higher value was in spring,the lower value was in autumn and the lowest value was in summer.The daily average concentrations of PM2.5and PM10in winter were significantly higher than that of other three seasons and presented as bimodal distribution.Meanwhile,their concentrations at night were integrally higher than that in the daytime.The mass concentrations of PM2.5and PM10monthly mean peaks appeared in January and troughed in July.And the number of days of PM2.5exceeding the standard was more than that of PM10in each month.The β value(concentration ratio of PM2.5to PM10) was the highest in November.

Keywords：PM2.5;PM10;mass concentration;pollution characteristics;E′zhou

夏亞紅.鄂州市區(qū)大氣中PM2.5和PM10質(zhì)量濃度污染特征[J].化學與生物工程，2016，33(7)：64-67.