哈爾濱市細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度變化特征

田　甜, 黃麗坤, 王　薇, 王敬元

(哈爾濱商業(yè)大學(xué) a.生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心;b.食品工程學(xué)院, 哈爾濱 150076)

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哈爾濱市細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度變化特征

田甜a, 黃麗坤b，*, 王薇a, 王敬元a

(哈爾濱商業(yè)大學(xué) a.生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心;b.食品工程學(xué)院, 哈爾濱 150076)

為了研究哈爾濱市細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度的變化特征，對全年大氣中PM1和PM2.5進(jìn)行了采集和分析。分析結(jié)果顯示，PM1質(zhì)量濃度逐月變化趨勢呈現(xiàn)了兩邊凸中間凹的特征，8月濃度最低，4月濃度最高。PM2.5質(zhì)量濃度逐月變化特征與PM1相似，表現(xiàn)為8月濃度最低，2月濃度最高。除6—10月，PM2.5質(zhì)量濃度均超過國家標(biāo)準(zhǔn)。PM2.5和PM1在日間和夜間的逐月濃度變化特征基本一致，且大部分月份均表現(xiàn)為日間濃度大于夜間，PM2.5以10月、11月、12月、1月、2月最為明顯，PM1以2月、6月、9月、10月最為明顯。PM2.5和PM1質(zhì)量濃度的季節(jié)變化趨勢均表現(xiàn)為冬季最高，夏季最低，且春季略高于秋季。

細(xì)顆粒物;PM2.5; PM1; 質(zhì)量濃度; 變化特征

美國紐約大學(xué)藥學(xué)院對大氣顆粒物污染與肺、心臟病所導(dǎo)致的死亡率之間的關(guān)系做了一份調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明：煙塵等細(xì)顆粒物污染與肺和心臟病死亡率關(guān)系密切，其細(xì)顆粒物所指的即為PM2.5，城市中PM2.5主要來源于化石燃料的燃燒，特別是將煤作為主要燃料的火力發(fā)電廠、燃油用的交通運輸工具以及各種工業(yè)機械制造廠[1]。對于長期生活和工作在顆粒物污染的空氣下容易引發(fā)肺癌之說，該研究已經(jīng)獲得確鑿的證據(jù)[2]。我國對大氣顆粒物濃度控制指標(biāo)的建立較晚，是于1996 年頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-1996)中規(guī)定了PM10的標(biāo)準(zhǔn)[3]，并統(tǒng)一在空氣質(zhì)量日報中取消了TSP 質(zhì)量指數(shù)，采用PM10指標(biāo)。近幾年由于灰霾天氣頻繁出現(xiàn)，在2015年國家環(huán)保部對空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步嚴(yán)格化，加入了PM2.5的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并于2016年正式采用新標(biāo)準(zhǔn)，可見此粒徑范圍內(nèi)的顆粒物危害性之大，對其進(jìn)行監(jiān)測和研究是非常必要的[4-8]。

本研究對哈爾濱市2014年11月-2015年10月的大氣顆粒物PM2.5以和PM1的質(zhì)量濃度進(jìn)行監(jiān)測，通過分析PM2.5及PM1質(zhì)量濃度變化特征以及主要影響因素，為哈爾濱市開展相關(guān)的大氣污染防治工作提供科學(xué)依據(jù)。

1　樣品采集及方法

1.1顆粒物樣品采集

采樣點位于4樓樓頂，距地面約14 m。該采樣點的特點是附近沒有較大的工業(yè)污染源，主要以小的采暖鍋爐、土壤揚塵及交通排放等污染為主。監(jiān)測數(shù)據(jù)在一定程度上代表哈爾濱市區(qū)域大氣污染水平。

顆粒物樣品采集所使用的采樣儀器為武漢市天虹儀表有限責(zé)任公司生產(chǎn)的 TH-150 型智能中流量顆粒物采樣器。采樣流量調(diào)節(jié)范圍為100 L/min，準(zhǔn)確度為±2.5%，濾膜采用美國 PALL 公司生產(chǎn)的石英纖維濾膜。

1.2PM2.5質(zhì)量濃度監(jiān)測

本研究2014年11月—2015年10月進(jìn)行質(zhì)量濃度采樣，每月均選取7 d進(jìn)行采樣，采樣方式為連續(xù)24 h采樣和12 h日夜分開采樣[9-10]。在顆粒物濃度較高的秋冬季節(jié)進(jìn)行密集的連續(xù)采樣。采樣原則是在非雨雪天氣且在雨雪天1～2 d之后、風(fēng)力小于3～4 級、無特殊污染短期排放且處于該月份顆粒物濃度較為正常的環(huán)境下進(jìn)行采樣[11-12]。本研究將進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，包括采樣過程中的質(zhì)量控制和分析過程中的質(zhì)量控制。

2　結(jié)果與討論

2.1PM2.5、PM1質(zhì)量濃度月變化特征

2014年11月—2015年10月每月的PM2.5質(zhì)量濃度最大值、最小值及平均值數(shù)據(jù)見表1。由表1可見，從均值來看，2014年11月—2015年10月的PM2.5質(zhì)量濃度在2015年1月、2月、10月及2014年11月、12月較其余月份明顯增高，表明大氣污染嚴(yán)重。對其逐月變化特征進(jìn)行分析可見，PM2.5質(zhì)量濃度逐月變化趨勢呈現(xiàn)了兩邊凸中間凹的特征，并在8月達(dá)到了最低值，此時PM2.5質(zhì)量濃度是10.037 μg/m3；而全年最高值則出現(xiàn)在2 月，此時PM2.5質(zhì)量濃度是304.300μg/m3。由于2月正值采暖中期，以及春節(jié)燃放煙花爆竹的影響，PM2.5濃度高居不下是必然的。若與國家24 h平均濃度小于75 μg/m3標(biāo)準(zhǔn)相比較，在1、2、3、4、5、10、11、12 月均超標(biāo)；與歐盟標(biāo)準(zhǔn)(15 μg/m3)相比較，全年P(guān)M2.5質(zhì)量濃度均高出歐盟標(biāo)準(zhǔn)，可見哈爾濱PM2.5質(zhì)量濃度全年中有超過半年不達(dá)標(biāo)。

PM1質(zhì)量濃度最大值、最小值及平均值數(shù)據(jù)見表2。由表2可見，從均值來看，PM1質(zhì)量濃度在2015年2、4月及2014年11、12月較其余月份明顯增高，表明大氣污染嚴(yán)重。對其逐月變化特征進(jìn)行分析可見，PM1質(zhì)量濃度逐月變化趨勢與PM2.5質(zhì)量濃度逐月變化趨勢基本相似，呈現(xiàn)了兩邊凸中間凹的特征，并在8月達(dá)到了最低值，此時PM1質(zhì)量濃度是10.751 μg/m3；而全年最高值則出現(xiàn)在4月，此時PM1質(zhì)量濃度是117.952 μg/m3。

表1　PM2.5質(zhì)量濃度特征

表2　PM1質(zhì)量濃度特征

2.2PM2.5、PM1質(zhì)量濃度日夜對比

由于人類活動和天氣因素的影響，大氣顆粒物濃度在全年各月分布不同，同時也會因為白天和夜晚人類活動性質(zhì)的不同而造成大氣顆粒物濃度在日間和夜間的差異。為了探討日夜間人類活動對PM2.5質(zhì)量濃度的影響，分別在日間(7時～19時)和夜間(19時～第二天早7時)進(jìn)行PM2.5采集和濃度分析，結(jié)果見圖1。由圖1可見，哈爾濱市PM2.5質(zhì)量濃度在日間和夜間的分布基本一致，且在大部分月份中均表現(xiàn)為日間濃度大于夜間，尤其以10、11、12、1、2月最為明顯，PM2.5日夜間濃度差分別為43.558、31.077、22.113、22.589、44.918 μg/m3，主要原因是哈爾濱市冬季采暖期日間供暖量要大于夜間供暖量，從而導(dǎo)致煤燃燒排放的大氣顆粒物對日間濃度影響更為明顯，而其大氣顆粒物又主要以PM2.5為主，所以造成PM2.5的日夜間差異最大。另外由于冬季室外氣溫較低，人類在夜間的活動量減少，日間活動量增加，其中包括交通車輛、人們的室外活動等，這也是導(dǎo)致日夜間濃度差異的主要原因。

圖1　PM2.5質(zhì)量濃度日夜間對比 Fig.1　PM2.5 mass concentration at day and night

圖2　PM1質(zhì)量濃度日夜間對比 Fig 2　PM1 mass concentration at day and night

哈爾濱市PM1質(zhì)量濃度分析結(jié)果見圖2。由圖2可見，哈爾濱市PM1質(zhì)量濃度在日間和夜間的分布基本一致，且在5—10月等大部分月份中均表現(xiàn)為夜間濃度大于日間，尤其以2、6、9、10月最為明顯，此時PM1日夜間濃度差分別為12.974、9.767、8.673、9.887 μg/m3。主要原因可能是夏季天氣炎熱，導(dǎo)致人們在夜間的活動量大大增加，從而導(dǎo)致排放的大氣顆粒物對夜間濃度影響更為明顯。以及風(fēng)向的改變等氣象條件不利于污染物的擴散，所以造成PM1質(zhì)量濃度日夜間差異大。

2.3PM2.5、PM1質(zhì)量濃度季節(jié)變化趨勢

PM2.5、PM1質(zhì)量濃度的季節(jié)性分布特征見圖3、圖4。由圖3、圖4可見，PM2.5、PM1質(zhì)量濃度的季節(jié)變化趨勢均為冬季最高，夏季最低，春季略高于秋季。冬季濃度較高，主要受冬季高氣壓的影響，大氣疏散能力較差，顆粒物容易聚集，除此之外，采樣點周圍零散煤爐及生物質(zhì)燃燒也會影響其濃度；而夏季空氣稀釋擴散能力較強，污染源少，PM2.5質(zhì)量濃度可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)；PM2.5質(zhì)量濃度在春、秋和冬季均超過國際標(biāo)準(zhǔn)和歐盟標(biāo)準(zhǔn)；對PM2.5質(zhì)量濃度和PM1質(zhì)量濃度的控制重點在冬季，主要貢獻(xiàn)源可初步判斷為燃煤鍋爐，應(yīng)減少燃煤量，在鍋爐燃燒方式和煙氣除塵技術(shù)上加以改進(jìn)，減少燃煤對大氣的污染。

圖3　PM2.5質(zhì)量濃度四季分布 Fig.3　PM2.5 mass concentration of four seasons

圖4　PM1質(zhì)量濃度四季分布 Fig.4　PM1 mass concentration of four seasons

3　結(jié)　論

1)PM2.5質(zhì)量濃度逐月變化趨勢呈現(xiàn)了兩邊凸中間凹的特征，全年最高值則出現(xiàn)在2 月，此時PM2.5質(zhì)量濃度是304.300 μg/m3。1、2、3、4、5、10、11、12月均超國家標(biāo)準(zhǔn)；全年P(guān)M2.5質(zhì)量濃度均高出歐盟標(biāo)準(zhǔn)，哈爾濱PM2.5質(zhì)量濃度全年中有超過半年不達(dá)標(biāo)。PM1質(zhì)量濃度逐月變化趨勢呈現(xiàn)了兩邊凸中間凹的特征，全年最高值則出現(xiàn)在4 月，此時PM1質(zhì)量濃度是117.952 μg/m3。

2)PM2.5質(zhì)量濃度、PM1質(zhì)量濃度在日夜間的分布基本一致，PM2.5質(zhì)量濃度大部分月份中表現(xiàn)為日間濃度大于夜間，尤其以10、11、12、1、2月最為明顯。PM1質(zhì)量濃度在大部分月份中表現(xiàn)為夜間濃度大于日間，尤其以2、6、9、10月最為明顯，此時PM1日夜間濃度差分別為12.974、9.767、8.673、9.887 μg/m3。

3)PM2.5質(zhì)量濃度、PM1質(zhì)量濃度的季節(jié)變化趨勢均為冬季最高，夏季最低，春季略高于秋季。

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Mass concentration characteristics of fine particulate in Harbin

TIAN Tiana, HUANG Li-Kunb,*, WANG Weia, WANG Jing-Yuana

(HarbinUniversityofCommercea.CenterofResearchandDevelopmentonLifeSciencesandEnvironmentalSciences,HarbinUniversityofCommerce;b.SchoolofFoodEngineering,Harbin150076,China)

In order to study the mass concentration characteristics of fine particle, PM1and PM2.5were sampled and analyzed. The result showed that the monthly variation characteristics of PM1were concave in the middle and convex on both sides, which reached the minimum value in August and the maximum value in April. The monthly variation characteristics of PM2.5were same to that of PM1, which reached the minimum value in August and the maximum value in February. The mass concentration of PM2.5exceeded the national standard except June,July,August,September,October of 2015. The monthly distribution of PM2.5and PM1was basically coincided during the day and night, which the concentration in the daytime was greater than that in the night among most months, especially PM2.5in October, November, December, January, February and PM1in February, June, September, October. The seasonal concentration variation of PM2.5and PM1was the highest in winter, the lowest in summer and slightly higher in spring than in autumn.

fine particulate; PM2.5; PM1; mass concentration; variation characteristics

10.13524/j.2095-008x.2016.03.041

2016-04-08;

2016-07-05

國家自然科學(xué)基金資助項目(51408168)

田甜(1992-)，女，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，研究方向：大氣顆粒物研究，E-mail:550240855@qq.com；*通訊作者：黃麗坤(1980-)，女，吉林輝南人，副教授，博士，研究方向:大氣污染控制研究，E-mail:hlk1980@163.com。

X513

A

2095-008X(2016)03-0053-04