德陽市大氣環(huán)境污染特征分析

高韋韋+肖勇+傅德瑜+楊凈

摘要：利用城區(qū)4個(gè)大氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）對(duì)德陽城區(qū)的空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，德陽市的主要污染特征為顆粒物和臭氧交替污染，夏季臭氧污染較為突出，冬季PM2.5污染較為突出。對(duì)比近三年的總體變化特征，顆粒物污染的突出性略有下降，臭氧污染的突出性略有上升。PM2.5/PM10的比值范圍在0.26-0.82之間，比值范圍較寬，顆粒物來源包括北方沙塵南下和自身工業(yè)生產(chǎn)排放等多種因素。

關(guān)鍵詞：大氣環(huán)境；污染；顆粒物

中圖分類號(hào)：X5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2017）03-0213-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.115

Abstract： using the monitoring data of 4 urban air monitoring points， in accordance with the “ambient air quality standards” （GB3095-2012） was used to evaluate the air quality of Deyang City， the main pollution characteristics of Deyang City， the pollution of particulate matter and ozone alternately， summer ozone pollution is more prominent， more prominent PM2.5 pollution in winter. Compared with the general characteristics of the change in the past three years， the prominence of particulate pollution has decreased slightly， and the prominence of ozone pollution has increased slightly. The ratio range of PM2.5/PM10 is between 0.26-0.82， and the range of the ratio is wide. The sources of particulate matter include many factors， such as the northern dust and the discharge of industrial production.

Key words：Air；Pollution；Particulate matter

隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，能源消耗規(guī)模不斷上升，機(jī)動(dòng)車保有量的快速增加，城市空氣污染對(duì)人類健康的威脅逐漸凸顯[1]。世界衛(wèi)生組織于2005年發(fā)布了《空氣質(zhì)量準(zhǔn)則》規(guī)定了各污染物濃度標(biāo)準(zhǔn)值，并于2013年公布PM2.5能致癌，引起人們對(duì)城市空氣質(zhì)量的普遍關(guān)注，尤其是對(duì)霧霾天的關(guān)注，各地政府均制定了相關(guān)的重污染天氣應(yīng)急處置措施。每年冬季我國(guó)中東部地區(qū)常出現(xiàn)霧霾天氣，大范圍的大氣污染，多地已制定區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制。德陽市環(huán)境質(zhì)量公報(bào)顯示德陽市近年空氣污染物主要是可吸入顆粒物，臭氧污染也時(shí)有發(fā)生，主要發(fā)生在夏季。對(duì)德陽市的大氣環(huán)境進(jìn)行分析，以近3年的空氣污染特征，探討該城市的空氣質(zhì)量的變化，影響城市空氣質(zhì)量的因素。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

德陽市地處四川盆地西北邊緣，地勢(shì)西北高東南低，西北部為龍門山脈中段，中部為成都平原東北部，東南部為盆中丘陵，距省會(huì)成都58公里。地處東經(jīng)103°45′-105°15′北緯30°31′-31°42′之間。屬中緯度亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，季風(fēng)氣候明顯，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，日照較少，夏無酷暑，冬少嚴(yán)寒。年平均氣溫 16.6～17.9℃，極端最高氣溫 36.5℃，極端最低氣溫 -4.5℃。年降水量882.0～1024.1mm，年日照時(shí)數(shù)891.8～1218.7小時(shí)，年平均相對(duì)濕度81%，平均濕度月最高 85%，平均濕度月最小 75%。長(zhǎng)年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，年平均風(fēng)速1.6m/s。

1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及點(diǎn)位

使用數(shù)據(jù)為德陽市東山公園、西小區(qū)、檢察院、耐火材料廠4個(gè)空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)值。監(jiān)測(cè)設(shè)備全部為點(diǎn)式設(shè)備，PM10、PM2.5監(jiān)測(cè)使用β射線法顆粒物監(jiān)測(cè)儀，PM2.5采樣系統(tǒng)中配置動(dòng)態(tài)濕度控制系統(tǒng)（DHS），量程為0～10mg/m3，最低檢出限為1μg/m3。

2 結(jié)果與討論

2.1 首要污染物變化特征

2014年按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）對(duì)SO2、NO2、PM10、CO、O3、PM2.5六個(gè)項(xiàng)目開展監(jiān)測(cè)，使用空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）替代原有的空氣污染指數(shù)（API）定量描述空氣質(zhì)量狀況。以4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均值計(jì)算德陽市區(qū)各污染物的空氣質(zhì)量分指數(shù)（IAQI），從各項(xiàng)污染物的IAQI中選擇最大值確定為AQI，當(dāng)AQI大于50時(shí)將IAQI最大的污染物確定為首要污染物。

德陽市的主要污染特征為顆粒物和臭氧交替污染。每年冬季PM2.5污染較為突出，冬季首要污染物為PM2.5的比例較高。結(jié)合德陽市的氣候和地理位置進(jìn)行分析。德陽市處于四川盆地成都平原的東北邊緣。夏季降水充沛，對(duì)空氣中的顆粒物有清洗作用，氣溫較高，空氣對(duì)流較強(qiáng)，化石燃料的燃燒廢氣、汽車尾氣等污染源產(chǎn)生的顆粒物不易累積，日照時(shí)間增長(zhǎng)，在強(qiáng)烈的陽光紫外線照射下，污染源排入大氣的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCS）和氮氧化物（NOX）等一次污染物發(fā)生復(fù)雜光化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧等二次污染物。

對(duì)比近三年的總體變化特征，顆粒物污染的突出性略有下降，PM2.5為首要污染物的天數(shù)2014年共182天，2015年138天，2016年132天，下降較明顯。PM10為2014年共44天，2015年61天，2016年64天。臭氧污染的突出性明顯上升，臭氧為首要污染物2014年共56天，2015年100天，2016年108天。NO2為首要污染物的天數(shù)明顯下降， 2014年共9天，2015年1天，2016年0天，SO2和CO未出現(xiàn)為首要污染物。

2.2 顆粒物和臭氧的濃度變化

以4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均值計(jì)算全市的日均濃度值，顆粒物濃度變化如圖1所示。

由圖1可以看出，PM10和PM2.5濃度變化基本一致，1-4月和11-12月間濃度相對(duì)較高。2-3月PM10濃度變化較大，全年最高值為3月5日301μg/m3，超標(biāo)1.0倍，PM10/PM2.5比值為3.1。冬季氣溫偏低空氣濕度較大且流動(dòng)性較弱，污染物易累積，PM2.5全年最高值為12月9日178μg/m3，超標(biāo)1.4倍，PM10/PM2.5比值為1.5。

4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)2016年P(guān)M10年均值分別為：東山公園87μg/m3，西小區(qū)87μg/m3，檢察院83μg/m3，耐火材料廠97μg/m3，耐火材料廠點(diǎn)位濃度較高，其他3個(gè)點(diǎn)位相差不大。PM2.5年均值分別為：東山公園41μg/m3，西小區(qū)52μg/m3，檢察院55μg/m3，耐火材料廠64μg/m3，東山公園最低，比西小區(qū)點(diǎn)位低21%。東山公園點(diǎn)位位于德陽市區(qū)東北角，位于東山娛樂城最高點(diǎn)，緊鄰東湖山公園，東湖山公園是集山水園林為一體的生態(tài)公園，PM2.5較低可能是由于點(diǎn)位周邊森林覆蓋率較高，汪永英[2]等研究森林對(duì)PM2.5有一定的凈化作用。

如圖3所示，臭氧8小時(shí)濃度波動(dòng)特征與顆粒物相反，5-9月濃度相對(duì)較高。夏季受青藏高壓和副熱帶高壓影響，6-8月易出現(xiàn)晴熱高溫天氣，紫外線照射強(qiáng)烈，臭氧全年最高值為6月7日239μg/m3，超標(biāo)0.5倍。

2.3 PM10和PM2.5的濃度關(guān)系

分別選取2016年中PM10為首要污染物和PM2.5為首要污染物兩種監(jiān)測(cè)結(jié)果時(shí)的日均濃度，分析PM10和PM2.5濃度值的相關(guān)性，用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件計(jì)算兩者的相關(guān)性。

當(dāng)首要污染物為PM2.5時(shí)，PM10和PM2.5的相關(guān)系數(shù)為0.96，線性回歸方程斜率為0.67。當(dāng)首要污染物為PM10時(shí)，兩者的相關(guān)系數(shù)為0.89，斜率為0.28，兩者存在顯著的線性關(guān)系且有較強(qiáng)的同向相關(guān)性，其中由于沙塵輸入型污染對(duì)PM10影響較大，PM10為首要污染物時(shí)兩者的相關(guān)系數(shù)較低。2016年P(guān)M2.5/PM10的日均濃度比值范圍在0.26-0.82之間。李衛(wèi)軍[3]等的研究測(cè)得北京2006年P(guān)M2.5/PM10比值范圍為0.45-0.60，黃酈鳴等的實(shí)驗(yàn)測(cè)得南京2001年比值范圍為0.54-0.86，說明北方城市PM10對(duì)空氣污染的影響較大，南方城市的細(xì)顆粒物占比更高，德陽市的比例范圍較寬，原因可能是春秋季受北方的沙塵影響較明顯，冬季由于空氣濕度較大，空氣流動(dòng)性較弱，細(xì)顆粒物易形成累積。由于顆粒物越小危害越大，PM2.5占PM10的比例越高，對(duì)環(huán)境潛在的污染可能就越大，冬季污染物對(duì)環(huán)境和人體健康的危害更高。

2.4 污染物濃度與氣象參數(shù)相關(guān)性

使用SPSS19.0計(jì)算相關(guān)系數(shù)。計(jì)算2017年1月1日-31日污染物濃度與氣象參數(shù)的相關(guān)性。

由表1可見，顆粒物與能見度、風(fēng)速均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與氣溫、濕度的相關(guān)性較弱?？赡芏撅L(fēng)速變化較小，對(duì)顆粒物累積及擴(kuò)散的影響較小。能見度能夠反映空氣中顆粒物的消光特性，與顆粒物的濃度變化呈現(xiàn)相反的特征。由于四川盆地地形原因和城市熱島效應(yīng)市區(qū)常出現(xiàn)逆溫層，對(duì)逆溫層的探測(cè)目前主要靠激光雷達(dá)。重污染期間激光雷達(dá)探測(cè)大氣邊界層最低達(dá)到約400m，大氣邊界層內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)受地表面的熱力和動(dòng)力作用影響較大，邊界層的下降會(huì)影響顆粒物在垂直方向的擴(kuò)散能力。

2.5 臭氧及NO2濃度值的變化關(guān)系

圖1中統(tǒng)計(jì)，NO2為首要污染物天數(shù)逐年減少，NO2年均濃度逐年下降，2014年、2015年、2016年年均濃度分別為35μg/m3、30μg/m3、26μg/m3，臭氧超標(biāo)天數(shù)逐年上升，臭氧污染逐漸凸顯。臭氧在一天當(dāng)中的變化曲線一般為單峰污染，表3冬季相關(guān)性計(jì)算結(jié)果中，臭氧與氣溫為正相關(guān)關(guān)系，城區(qū)一天當(dāng)中的最高溫度一般在15時(shí)左右，臭氧濃度變化相對(duì)氣溫變化存在滯后性。目前的研究表明，臭氧污染的前體物為NO2和VOCS。2016年6月臭氧超標(biāo)率為43%。用SPSS軟件計(jì)算2016年6月臭氧小時(shí)平均濃度與NO2小時(shí)平均濃度的相關(guān)系數(shù)為-0.475，在0.01水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)。如圖4所示，NO2小時(shí)濃度曲線與臭氧濃度曲線呈相反的趨勢(shì)，NO2濃度較低，曲線變動(dòng)區(qū)間較窄，臭氧一天當(dāng)中的變化區(qū)間較大且為明顯的單峰曲線。

3 結(jié)論

（1）在目前已開展的六個(gè)污染物監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中顆粒物和臭氧污染較為突出。從時(shí)間分布上看，冬、夏兩季空氣質(zhì)量較差，冬季PM2.5污染較突出，夏季臭氧污染較突出，春、秋季三種污染物均有出現(xiàn)污染，PM2.5和PM10日均濃度變化較大，沙塵天氣對(duì)PM10影響較大。臭氧污染天數(shù)有逐年增加的趨勢(shì)。

（2）從空間分布看，城區(qū)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)顆粒物濃度變化趨勢(shì)基本一致，4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5/PM10比值變化曲線較一致，東山公園點(diǎn)位因周邊森林對(duì)PM2.5有一定凈化作用，年均濃度較低。以城市均值進(jìn)行PM2.5和PM10的相關(guān)性計(jì)算，PM2.5/PM10比值范圍較寬，首要污染物為PM10時(shí)相關(guān)系數(shù)為0.893，首要污染物為PM2.5時(shí)相關(guān)系數(shù)為0.963，相關(guān)性較強(qiáng)。

（3）沙塵天氣中德陽市與周邊城市PM10濃度變化趨勢(shì)一致，說明德陽市處于沙塵輸送路徑中。對(duì)比4個(gè)城市的PM10日均濃度值，北方沙塵在傳輸過程中對(duì)城市空氣質(zhì)量的影響逐漸減弱。

（4）冬季出現(xiàn)霧霾頻率較高，從1月和6月污染物和氣象參數(shù)的相關(guān)性計(jì)算來看，顆粒物和臭氧濃度變化與氣象參數(shù)變化的相關(guān)性較強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

[1]王淑蘭，柴發(fā)合，張遠(yuǎn)航等.成都市大氣顆粒物污染特征及其來源分析[J].地理科學(xué)，2004，24（4）：488-492.

[2] 汪永英，孫琪，李昭，韓冬薈，孟琳，郭敏，段文標(biāo)等.典型天氣條件下哈爾濱城市森林不同林型對(duì)PM2.5的調(diào)控作用研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，（5）：175-179.

[3] 李衛(wèi)軍，邵龍義，李金娟，楊書申等.北京市大氣中PM10和PM2.5的污染水平特征研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2006，（2）：18-20.

收稿日期：2017-05-08

作者簡(jiǎn)介：高韋韋（1982-），女，2004年畢業(yè)于重慶通信學(xué)院，本科，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)。