2015年夏秋季重慶市大氣顆粒物污染與降水的關(guān)系

陳摯秋，王建力

（西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶400715）

?

2015年夏秋季重慶市大氣顆粒物污染與降水的關(guān)系

陳摯秋，王建力

（西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶400715）

本文采用AIRMETRICS智能空氣采樣器對(duì)重慶市北碚區(qū)大氣PM2.5和PM10進(jìn)行了6個(gè)月（2015年6-11月）的連續(xù)觀測(cè)遙根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，并結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，分析了降水對(duì)重慶市大氣顆粒物的影響遙研究結(jié)果表明，觀測(cè)期間重慶市大氣顆粒物PM2.5和PM10質(zhì)量濃度日均值分別為36.7、59.9 μg·m-3，兩者濃度變化范圍較大，但變化態(tài)勢(shì)相同遙從時(shí)間分布來(lái)看，空氣污染最嚴(yán)重的狀況出現(xiàn)在夏季，不利的氣象因素和污染物的積累是造成大氣顆粒物污染嚴(yán)重的主要因素遙PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度顯著相關(guān)，且相關(guān)性高達(dá)0.95；PM2.5質(zhì)量濃度對(duì)PM10質(zhì)量濃度的貢獻(xiàn)較大遙對(duì)重慶市夏季降水進(jìn)行采樣分析，結(jié)果表明，PM2.5和PM10質(zhì)量濃度與降水呈顯著負(fù)相關(guān)，主要是降水對(duì)大氣懸浮顆粒物有較好的清潔作用遙此外，降水對(duì)陰離子SO42-、NO3-也有去除的作用遙

重慶；PM10；PM2.5；質(zhì)量濃度；降水；陰離子

近年來(lái)，大氣污染問(wèn)題頻發(fā)，公眾環(huán)保意識(shí)提高，環(huán)境問(wèn)題受到了越來(lái)越多的關(guān)注和重視。PM2.5是指空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于或等于2.5 μm的細(xì)顆粒物，由于其對(duì)可見(jiàn)光的消光作用（吸收和散射）可造成大氣能見(jiàn)度降低［1］，并會(huì)引發(fā)和提高呼吸道系統(tǒng)疾病的發(fā)病率，甚至增加死亡率［2］。PM2.5作為PM10中粒徑較小的部分，對(duì)人體健康和大氣環(huán)境的危害更為突出［3、4］，且PM2.5與PM10的比值越大，表明污染越嚴(yán)重，故逐漸地成為人們研究的熱門(mén)問(wèn)題。

我國(guó)在大氣污染監(jiān)測(cè)方面起步晚，隨著近年中國(guó)霧霾的頻繁發(fā)生，大氣污染才受到大眾的廣泛關(guān)注和重視。我國(guó)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）的頒布［5］及相關(guān)大氣法律的執(zhí)行，標(biāo)志著我國(guó)大氣污染的監(jiān)測(cè)與治理已上升到法律層面。

目前，關(guān)于重慶市大氣污染狀況的研究，劉永琪等［6］利用2002-2007年的重慶市環(huán)境空氣質(zhì)量資料做統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)重慶市春夏季空氣質(zhì)量好于秋冬季空氣質(zhì)量；黃偉等［7］對(duì)重慶的區(qū)域性灰霾天氣進(jìn)行了初步研究，發(fā)現(xiàn)灰霾日主要出現(xiàn)在秋冬季，是顆粒物中的重要組成部分；此外，還有研究分析了重慶市能源結(jié)構(gòu)變化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變及機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣對(duì)大氣環(huán)境的影響［8-10］。但總體而言，重慶市現(xiàn)有的大氣顆粒物污染研究還處于濃度監(jiān)測(cè)階段，相關(guān)研究尤其是大氣污染與降水之間的研究比較少。

本文利用2015年6-11月大氣顆粒物日平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究重慶市北碚區(qū)大氣顆粒物污染（PM10、PM2.5）現(xiàn)狀，分析大氣污染物的夏秋季變化規(guī)律，及降水條件對(duì)大氣顆粒物的影響。以期為重慶市北碚區(qū)大氣顆粒物污染治理提供科學(xué)依據(jù)，也為制定區(qū)域性的大氣污染防控方案提供參考。

1　研究區(qū)概況

重慶市位于四川盆地東部的平行嶺谷區(qū)，地理坐標(biāo)為105°11′～110°11′E、28°10′～32°13′N(xiāo)，屬于典型亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候。市區(qū)海拔在200 m～350 m，市區(qū)周?chē)拿姝h(huán)山，海拔多在400 m～500 m，可謂“盆地中的盆地”。建筑物多依山而建，道路狹窄，其地理?xiàng)l件不易于污染物的擴(kuò)散。又因主城區(qū)靜風(fēng)和逆溫頻率高，擴(kuò)散條件差，不利于污染物的擴(kuò)散［11］，年平均霧日長(zhǎng)達(dá)104天，故素有“霧都”之稱。

此外，重慶市作為直轄市，根據(jù)第七次全國(guó)環(huán)境保護(hù)大會(huì)的要求，已在2012年底實(shí)施了國(guó)家新環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)空氣標(biāo)準(zhǔn)，重慶市北碚區(qū)為環(huán)境功能區(qū)的二類(lèi)區(qū)。根據(jù)風(fēng)向頻率統(tǒng)計(jì)顯示，北碚在全年四季中靜風(fēng)出現(xiàn)的頻率最高，主導(dǎo)風(fēng)向夏季為西北偏北風(fēng)和北風(fēng)，秋季為東南偏南風(fēng)。不同季節(jié)在同一風(fēng)向上風(fēng)速變化較小，而同一季節(jié)在不同風(fēng)向上風(fēng)速則有明顯差異，風(fēng)速整體上夏季大于秋季［12］。

2　材料與方法

2.1觀測(cè)站點(diǎn)和時(shí)間

采樣點(diǎn)位于重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院頂樓，地理坐標(biāo)為106°25′6″E、29°49′16″N，距地面約20 m。觀測(cè)點(diǎn)所處地形平坦，四周開(kāi)闊且均為校園活動(dòng)區(qū)域，無(wú)明顯污染源。兩臺(tái)智能空氣采樣器固定并列安放于頂樓靠中間的位置，采樣時(shí)間段為2015年6月1日至2015年11月30日，采樣時(shí)間為每周三、周五、周日，每次采樣24小時(shí)。若是雨天，則連續(xù)采樣。截止11月30日共采集PM2.5樣品108個(gè)，有效樣品82個(gè)，采集PM10樣品101個(gè)，有效樣品80個(gè)。

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于每次實(shí)驗(yàn)開(kāi)始與結(jié)束時(shí)刻的同期氣象觀測(cè)參數(shù)（氣壓、濕度、降水、溫度）。并根據(jù)氣象學(xué)方法把夏季劃分為（6-8月）、秋季劃分為（9-11月），以便于分析。

2.2實(shí)驗(yàn)預(yù)處理

2.2.1PM2.5/PM10樣品

采樣前將直徑47 mm，孔徑2.2 μm的石英纖維濾膜在500℃的條件下焙燒5小時(shí)，目的是除去殘留或吸附在濾膜上的雜質(zhì)?？瞻诪V膜與樣品濾膜均采用精度為1/10 000的高精度電子天平稱重。通過(guò)采樣前后濾膜重量差以及標(biāo)準(zhǔn)狀況體積（101.325 kPa，273 k條件下），計(jì)算得到空氣中顆粒物PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度。

2.2.2降水樣品

采樣點(diǎn)位于重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院頂樓，距離顆粒物采樣點(diǎn)西側(cè)10 m。降水用無(wú)色帶刻度的聚乙烯雨水收集器收集（直徑20 cm），樣品嚴(yán)格按照國(guó)家降水采集和保存標(biāo)準(zhǔn)［13］進(jìn)行采集和儲(chǔ)存。降水樣品采集時(shí)間從2015年6-9月，共采集有效樣品38個(gè)，其中包括30個(gè)連續(xù)性降水（兩天及兩天以上稱為連續(xù)性降水）。

2.3樣品實(shí)驗(yàn)分析

2.3.1PM2.5/PM10樣品

1/4樣品濾膜剪碎置于試管中，加入超純水至刻度，靜置一天。上清液用0.22 μm濾膜過(guò)濾后，SO42-、NO3-等陰離子濃度采用瑞士Metrohm公司生產(chǎn)的761CompactIC離子色譜儀進(jìn)行測(cè)定，其檢測(cè)限至0.01mg·L-1，絕對(duì)誤差小于1%。

2.3.2降水樣品

采集的雨水樣品裝進(jìn)小口無(wú)色聚乙烯塑料瓶，并立即用聚乙烯膜封口，保存于4℃的環(huán)境中。

3　結(jié)果與分析

3.1PM2.5、PM10質(zhì)量濃度變化及原因

圖1為重慶市北碚區(qū)2015年6-11月大氣顆粒物質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)，圖2為大氣顆粒物質(zhì)量濃度與降水量的變化趨勢(shì)。圖1中可以看出，PM2.5和PM10質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)基本相同，6-8月變化較和緩，大氣顆粒物質(zhì)量濃度較低。9-11月大氣顆粒物質(zhì)量濃度呈逐漸上升趨勢(shì)（圖1），秋季大氣顆粒物質(zhì)量濃度顯著大于夏季的濃度值（表1），表明重慶市北碚區(qū)夏季空氣質(zhì)量狀況比秋季好。這與在深圳、北京和南京的研究結(jié)果一致［14-16］。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能與重慶特殊的地理環(huán)境和氣候條件有關(guān)，重慶夏季對(duì)流強(qiáng)烈，大氣層不穩(wěn)定，有利于大氣顆粒物的擴(kuò)散；秋冬季大氣層穩(wěn)定，則不利于大氣顆粒物的擴(kuò)散。大霧天氣有利于顆粒物的滯留，而重慶大霧天氣多發(fā)生在秋冬季，大大降低了夏季顆粒物滯留的可能性，從而使大氣顆粒物質(zhì)量濃度水平降低；且重慶雨季集中在5-9月（圖2），降水對(duì)大氣有一定的清潔作用，有利于減少大氣中PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度。從大氣顆粒物質(zhì)量濃度分布時(shí)間來(lái)看，空氣污染最嚴(yán)重的狀況出現(xiàn)在夏季，這可能與氣象因素和污染物的積累有關(guān)。

圖1　PM2.5與PM10相關(guān)性分析Fig.1 Correlation analysis of PM2.5 and PM10

表1　2015年大氣污染物的季節(jié)濃度值（μg·m-3）Table 1 Seasonal concentrations of some atmospheric pollutants in 2015（μg·m-3）

圖2　降水量與大氣顆粒物質(zhì)量濃度關(guān)系Fig.2The relafionship between precipitation and atmospheric pollutants concentrations

研究表明，可吸入顆粒物PM2.5和PM10對(duì)空氣質(zhì)量的好壞起著主導(dǎo)作用［17］，且PM2.5能顯著降低大氣能見(jiàn)度［18、19］。PM2.5和PM10質(zhì)量濃度顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R達(dá)0.95（見(jiàn)圖3）。線性回歸結(jié)果表明在整個(gè)采樣期間PM2.5占PM10質(zhì)量載荷的0.68，表明細(xì)粒子對(duì)大氣顆粒物污染貢獻(xiàn)顯著。也可以進(jìn)一步解釋?zhuān)琍M2.5和PM10曲線變化趨勢(shì)基本相同的原因。

圖3　PM2.5與PM10相關(guān)性分析Fig.3Correlation analysis of PM2.5 and PM10

圖4展示了觀測(cè)期間重慶市北碚區(qū)大氣顆粒物質(zhì)量濃度比值的日變化。國(guó)外大量研究表明，PM2.5在PM10中占有很大比例，特別是PM2.5和PM10污染越重的地區(qū)，PM2.5/PM10的值也越大，從美國(guó)和加拿大的幾個(gè)城市的數(shù)據(jù)比較來(lái)看，污染較輕的城市PM2.5/PM10的值在0.30～0.40之間，污染較重的城市該值在0.50～0.70之間［20-25］。重慶市PM2.5/PM10的比值夏秋平均值季分別為：0.68、0.98，秋季＞夏季，參照國(guó)外PM2.5/PM10的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，重慶大氣污染夏季屬于較嚴(yán)重，秋季污染屬于嚴(yán)重。

圖4　2015年11月重慶市PM2.5、PM10質(zhì)量濃度變化范圍（中實(shí)線分別表示PM2.5和PM10在國(guó)家新環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的濃度限值為75μg·m-3和150μg·m-3）Fig.4Variation of PM2.5 and PM10 mass concentration，Chongqing，during June to November 2015

3.2降水與PM2.5、PM10質(zhì)量濃度及SO42-、NO3-的關(guān)系

氣象條件是影響近地面大氣中各污染物濃度的重要因素之一［26］。重慶由于特殊的地理環(huán)境，空氣濕度大而風(fēng)速較小，尤其是在秋冬季山谷風(fēng)的作用下，大氣中的水汽過(guò)于充沛，易形成霧，從而加劇顆粒物的污染。降水是一種濕沉降過(guò)程，對(duì)空氣中的污染物起到一定的沖刷作用，也是維持大氣成分相對(duì)穩(wěn)定的重要因子。由圖2可知，大氣顆粒濃度最低值出現(xiàn)在夏季9月，期間存在明顯的降水過(guò)程。降水對(duì)PM10質(zhì)量濃度的影響較大，主要是有效減少了空氣中的揚(yáng)塵，而對(duì)細(xì)顆粒影響較小。

定義連續(xù)降水兩天及以上的過(guò)程為連續(xù)性降水過(guò)程［27］。為探討降水對(duì)PM2.5的去除作用，對(duì)PM2.5降雨開(kāi)始與結(jié)束時(shí)的樣品進(jìn)行水溶性無(wú)機(jī)組分分析。

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，降水前后PM2.5質(zhì)量濃度及各離子含量差別較大。表2說(shuō)明，降水對(duì)陰離子SO42-、NO3-有去除的作用。

表2　2015年大氣污染物的季節(jié)濃度值（μg·L-1）Table 2 Seasonal concentrations of some atmospheric pollutants in 2015（μg·L-1）

4　結(jié)論

4.1PM2.5與PM10的相關(guān)性

PM2.5和PM10濃度存在正相關(guān)關(guān)系，且秋季比春季變化更為明顯。這可能與重慶特殊的地形和氣候有關(guān)，尤其在冬季山谷風(fēng)的作用下，空氣濕潤(rùn)而風(fēng)速小，易出現(xiàn)多霧的天氣，從而進(jìn)一步加劇了顆粒物的污染；夏季多雨，對(duì)大氣起到一定的清潔作用，從而進(jìn)一步減輕了顆粒物的污染。

4.2降雨的清潔作用

降兩后PM2.5質(zhì)量濃度及雨水中陰離子SO42-、NO3-質(zhì)量濃度下降，表明降雨對(duì)大氣顆粒物及陰離子SO42-、NO3-有去除作用。

［1］林海峰，辛金元，張文煜，等.北京市近地層顆粒物濃度與氣溶膠光學(xué)厚度相關(guān)性分析研究［J］.環(huán)境科學(xué)，2013，34（3）：826-834.

［2］陶俊，柴發(fā)合，高健，等.16屆亞運(yùn)會(huì)期間廣州城區(qū)PM2.5的化學(xué)組分特征及其對(duì)霾天氣的影響［J］.環(huán)境科學(xué)，2013，34（2）：409-415.

［3］POPE C A，BURNETT R T，THUN M J，et al.Lung Cancer，Cardiopulmonary Mortality，and Long-term Exposure to Fine Particulate Air Pollution［J］.Journal of the American Medical Association，2002，287（9）：1132-1141.

［4］CHAN Y C，SIMPSON R W，MCTAINSH G H，et al.Source Apportionment of Visibility Degradation Problems Brisbane（Australia）Using Multiple Linear Regression Techniques［J］.Atmospheric Environment，1999，33（19）:3237-3250.

［5］環(huán)境保護(hù)部.GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2012.

［6］劉永祺，李大鵬，倪長(zhǎng)健.重慶市大氣污染特征及其影響因素分析［J］.四川環(huán)境，2009，28（3）：28-32.

［7］黃偉，翟崇治，余家燕，等.重慶區(qū)域性灰霾天氣下大氣污染分析初探［J］.西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，37（7）：142-146.

［8］劉彥蓉.重慶市能源結(jié)構(gòu)變化對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，23（1）：35-39.

［9］傅強(qiáng)，陳雪嬌.重慶市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變對(duì)大氣環(huán)境的影響分析［J］.中國(guó)科技論壇，2011，6（8）：36-41.

［10］劉成倫，杜嫻.重慶市機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣對(duì)大氣環(huán)境的影響分析及減緩措施［J］.環(huán)境污染與防治，2005，27（7）：523-525.

［11］潘純珍，陳剛才，楊清玲，等.重慶市地區(qū)道路PM10/PM2.5濃度分布特征研究［J］.西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，26（5）:576-579.

［12］ROY M，HARRISON，YINJX，David Mark et al，Studies of the Coarse（2-10μm）Component in UK Urban Atmosphere，Atmospheric Environment，2001，34（21）：3667-3679.

［13］中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB l3580·2-1992中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)大氣降水樣品的采集與保存［S］.

［14］戴偉，高佳琪，曹罡，等.深圳市郊區(qū)大氣中PM2.5的特征分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2012，33（6）：1952-1957.

［15］宋宇，唐孝炎，方晨，等.北京市能見(jiàn)度下降與顆粒物污染的關(guān)系［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，23（4）：468-471.

［16］尚倩，李子華，楊軍，等.南京冬季大氣氣溶膠粒子譜分布及其對(duì)能見(jiàn)度的影響［J］.環(huán)境科學(xué)，2011，32（9）：2750-2760.

［17］鄧?yán)?，錢(qián)駿，廖瑞雪，等.2009年8-9月成都市顆粒物污染及其與氣象條件的關(guān)系［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2012，32（8）：1433-1438.

［18］工楊君，董亞萍，馮加良，等.上海市PM2.5中含碳物質(zhì)的特征和影響因素分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2010，31（8）：1755-1761.

［19］朱李華，陶俊，張仁健，等.冬夏季廣州城區(qū)碳?xì)馊苣z特征及其與O3和氣象條件的關(guān)聯(lián)［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30（10）：1942-1949.

［20］BROOK JR，DANN T，BERNETRT.The Relationship among TSP，PM10，PM2.5 and Inorganic Constituents of Atmospheric Particulate Matter at Multiple Canadian Locations［J］.Journal of Air and Waste Management Association，1997，47（1）：2-19.

［21］MALM W C.Spatial and Seasonal Trends in Particle Concentration and Optical Extinction in the United States［J］.Journal of Geophysical Research，1994，99（D1）：1347-1370.

［22］SPENGLARJD，THURSTONGD.Mass and Elemental Composition of Tine and Coarse Particle in Six U.S.Cities［J］.Journal of air pollution control association，1983，33（12）：1162-1171.

［23］DOCKERYDW，SCHWARTZJ，SPENLAR JD.Air Pollution and Daily Mortality:Associations with Particulates and Acid Aerosol［J］.Atmospheric Environment，1992，59（2）：362-373.

［24］CHENGL，SANDHUHS，ANGLE RH.Characteristic of Inhalable Particulate Matter in Alberta Cities［J］.Atmospheric Environment，1998，32（22）：3835-3844.

［25］徐鵬，赫慶菊，吉東生，等.重慶市北碚城區(qū)大氣污染物濃度變化特征觀測(cè)研究［J］.環(huán)境科學(xué)，2014，35（3）：820-829.

［26］王莉莉，王躍思，王迎紅，等.北京夏末秋初不同天氣形勢(shì)對(duì)大氣污染物濃度的影響［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2010，30（7）：924-930.

［27］上海市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所.上海地區(qū)酸雨研究［C］//中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì).酸雨文集.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1989： 370-380.

［責(zé)任編輯：陳安和］

Relationship between Atmospheric Particulate Matter and Precipitation in Chongqing During Summer and Autumn of 2015

CHEN Zhi-Qin，WANG Jian-Li

（South western University，College of Geographical Sciences，Chongqing 400715，China）

Based on the observational data of atmospheric aerosol from June to November 2015 at Beibei District，Chongqing City，the distribution and concentration of the atmospheric particles，especially PM2.5 and PM10 were analyzed by using AIRMETRICS intelligent air sampler，in order to reveal the relationships between the effects of precipitation on atmospheric particulate pollution.The results indicated that the daily mean values of PM2. 5 and PM10 mass concentrations were 36.7 and 59.9 μg·m-3，respectively，and the characteristics of their variations were different，while their variation tendency was nearly the same，during the observation period in Chongqing.The atmospheric particulate pollution was most serious in summer season，due to the adverse weather conditions and the accumulation of pollutants.The concentrations of PM2.5 and PM10 were significantly correlated.Correlation analysis showed that the correlation coefficient of mass concentration of PM2.5 and PM10 was 0.95，and that PM2.5 contributed significantly to PM10.Sample analysis showed that continuous precipitation had obviously negative correlations with the PM2.5 and PM10 concentrations mainly through clearing the particular particles in summer of Chongqing.In addition，precipitation can also have the effect of removing anion of SO42-and NO3-.

Chongqing；PM10；PM2.5；mass concentration；precipitation conditions；anion

X131.1.71

A

2096-2347（2016）01-0046-06

2016-03-15

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41103068）；2014年度重慶市國(guó)土房管科技計(jì)劃項(xiàng)目（CQGT-KJ-2014056）；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)（XDJK2014A016）；重慶市教委研究生教改項(xiàng)目（yjg122019）。

陳摯秋（1990—），女，重慶江北人，碩士研究生，主要從事大氣環(huán)境化學(xué)研究，E-mail：chenzhiqiulively@sina.com。

王建力（1969—），男，山東威海人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事自然地理學(xué)和第四紀(jì)環(huán)境研究。E-mail:wangjl@swu.edu.cn