墊江縣大氣環(huán)境中PM10和PM2.5污染狀況研究

賈 斌，盧吉文，王 星，李 雪

(墊江縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶 墊江 408300)

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墊江縣大氣環(huán)境中PM10和PM2.5污染狀況研究

賈 斌，盧吉文，王 星，李 雪

(墊江縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶 墊江 408300)

為準(zhǔn)確掌握墊江縣城區(qū)大氣環(huán)境中細(xì)顆粒的污染狀況，選擇2016年9月1日—2017年2月28日大氣自動(dòng)觀測(cè)站的數(shù)據(jù)研究分析，結(jié)果表明：墊江縣城區(qū)大氣環(huán)境中PM10和PM2.5的平均質(zhì)量濃度分別為79mg/m3和68mg/m3，PM10的月平均質(zhì)量濃度均大于PM2.5，PM2.5占PM10的比例在84.6%～90.0%。多元分析結(jié)果可以看出，大氣環(huán)境中的PM10和PM2.5具有相類似來源，氣象條件對(duì)墊江縣城區(qū)大氣顆粒物污染影響較大。HYSPLIT軌跡模型分析表明，秋冬季節(jié)大氣重污染時(shí)段，墊江縣城區(qū)大氣環(huán)境中顆粒物來源受到西南和西北氣團(tuán)影響較大。

大氣環(huán)境； PM2.5；PM10；污染狀況；研究；墊江縣

0 引言

近年來，由于城市化和工業(yè)化進(jìn)程加快，城市大氣環(huán)境污染問題日益突出，霧霾天氣頻繁發(fā)生，成為當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的嚴(yán)峻問題。大氣環(huán)境中的主要顆粒污染物通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體，對(duì)人群的呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生不利影響，細(xì)顆粒的毒性更大[1]?，F(xiàn)有研究表明，大氣顆粒物濃度受氣象條件中氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向和相對(duì)濕度等因子影響，大氣環(huán)境顆粒物濃度也能直接或間接影響到氣象條件的變化[2-3]。大氣環(huán)境中顆粒物的粒徑對(duì)氣候效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)具有較大影響，也是研究氣溶膠來源、形成和轉(zhuǎn)化的重要基礎(chǔ)[4]。《GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》于2016年1月1日頒布實(shí)施，對(duì)大氣細(xì)顆粒物濃度限值作了嚴(yán)格要求[5]。目前在全國范圍內(nèi)要求進(jìn)行PM10、PM2.5、CO、O3、NO2和SO2等指標(biāo)觀測(cè)，新的指標(biāo)更能準(zhǔn)確綜合分析大氣環(huán)境質(zhì)量狀況[6]。因此，開展大氣環(huán)境中細(xì)顆粒物污染狀況和來源研究具有重要意義。

墊江縣位于重慶市東北部地區(qū)，是重慶市市委市政府確定的五大功能區(qū)中的生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)。近年來，縣委縣政府堅(jiān)持“工業(yè)強(qiáng)縣、城建靚縣、農(nóng)業(yè)穩(wěn)縣、三產(chǎn)活縣、開放興縣、民生安縣”戰(zhàn)略，全力穩(wěn)增長、促改革、調(diào)結(jié)構(gòu)、惠民生、防風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)平穩(wěn)較快發(fā)展。墊江縣地處三峽庫區(qū)影響區(qū)，是三峽庫區(qū)的生態(tài)屏障區(qū)，生態(tài)資源環(huán)境具有脆弱性和敏感性。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，墊江縣的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作也成為當(dāng)前的工作重點(diǎn)，而縣城區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量更是“工業(yè)強(qiáng)縣、城建靚縣”的體現(xiàn)。因此，準(zhǔn)確掌握縣城區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量狀況，開展大氣環(huán)境質(zhì)量研究，對(duì)墊江縣的生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展功能定位中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義，也能為墊江縣城區(qū)大氣污染防治提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)分析方法

大氣自動(dòng)觀測(cè)站點(diǎn)位于重慶市生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)域。自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來源于重慶市環(huán)境保護(hù)局官方網(wǎng)站重慶市空氣質(zhì)量發(fā)布系統(tǒng)[7]。選取2016年9月1日—2017年2月28日墊江縣大氣自動(dòng)觀測(cè)站點(diǎn)24h PM10、PM2.5、SO2、NO2、O3、風(fēng)速、溫度、濕度和風(fēng)向等12個(gè)參數(shù)的連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel和SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 城區(qū)大氣質(zhì)量狀況

墊江縣城區(qū)大氣中顆粒物觀測(cè)月變化結(jié)果見圖1。由圖可以看出，2016年9—11月和2017年2月份城區(qū)空氣中PM10和PM2.5的質(zhì)量濃度月平均值均滿足《GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求[1]，但在2016年12月份和2017年1月份，PM10和PM2.5的質(zhì)量濃度月平均值超過二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。表明在秋冬季節(jié)，墊江城區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量中顆粒物呈現(xiàn)一定程度污染。10—12月份，PM10和PM2.5的質(zhì)量濃度呈逐漸上升趨勢(shì)，因此，應(yīng)進(jìn)一步加大城區(qū)大氣污染防治，尤其要加強(qiáng)道路揚(yáng)塵、建筑工地?fù)P塵等方面的環(huán)境監(jiān)管，從源頭控制城區(qū)大氣環(huán)境中顆粒物污染。2016年9月1日—2017年2月28日，PM10和PM2.5質(zhì)量濃度小時(shí)值范圍分別為1～373 mg/m3和2～337 mg/m3，平均質(zhì)量濃度分別為79 mg/m3和68 mg/m3。觀測(cè)月份數(shù)據(jù)分析也表明，每個(gè)月的大氣顆粒物數(shù)據(jù)中，PM10的質(zhì)量濃度均大于PM2.5，PM2.5占PM10的比例在84.6%～90.0%，在2017年1月份呈現(xiàn)最大比例90%。

2.2 相關(guān)性分析

大氣自動(dòng)觀測(cè)因子參數(shù)通過SPSS19.0分析，結(jié)果見表1。由表可以看出，CO與風(fēng)向呈顯著性相關(guān)，與其余因子均呈極顯著性相關(guān)性(P<0.01)。O3與風(fēng)速和溫度無相關(guān)性，與其它分析因子均呈極顯著性相關(guān)。NO2與濕度無相關(guān)性，與其余因子呈顯著性相關(guān)。NO2與氣象參數(shù)和PM10、PM2.5呈極顯著性相關(guān)(P<0.01)。PM10和PM2.5與風(fēng)速、風(fēng)向和溫度呈極顯著相關(guān)，其中與風(fēng)速和溫度呈負(fù)相關(guān)，表明氣象條件對(duì)大氣顆粒物污染影響較大， 在風(fēng)速越大，溫度相對(duì)較高的條件下，有利于大氣顆粒物擴(kuò)散。PM10與濕度呈顯著性負(fù)相關(guān)，表明大氣中的部分相關(guān)粒徑較大的顆粒物，由于濕度較大導(dǎo)致了部分沉降而濃度隨之降低。PM10和PM2.5與CO、NO2和SO2呈極顯著性正相關(guān)，由此可以看出它們之間可能具有相同或相類似的污染來源，而O3與NO、SO2、NO2均有顯著性負(fù)相關(guān)，可能由于大氣環(huán)境中光化學(xué)作用影響，導(dǎo)致相互轉(zhuǎn)化影響，O3與PM10和PM2.5呈極顯著性負(fù)相關(guān)，表明來源不相同。

表1 因子間相關(guān)性分析

注：**(P<0.01)，*(P<0.05)。

2.3 主成分分析

首先，以大氣觀測(cè)中主要污染物和氣象因子進(jìn)行適用性檢驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)，KMO值約為0.631，表明變量間相關(guān)性較強(qiáng)，Bartlett球形檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，近似卡方值為70571.194，自由度為66，P=0.000，說明適宜因子分析。使用主成分分析和正交旋轉(zhuǎn)方法，共抽取3個(gè)主成分，累計(jì)解釋了總因子的37.959%，56.330%，67.988%和77.295%。第一主成分上NO2、NO、PM10、PM2.5都具有較大正載荷，反映了可能來源于城區(qū)人類活動(dòng)、建筑工地和道路揚(yáng)塵、汽車污染源等排放，其四者極顯著性相關(guān)性(P<0.01)研究結(jié)果一致；第二主成分由風(fēng)速、溫度和濕度構(gòu)成，反映了墊江城區(qū)大氣中主要污染物受氣象因素影響較大。

2.4 聚類分析

利用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件，以平方歐氏距離2為組間距離標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)大氣觀測(cè)結(jié)果中12個(gè)因子做聚類分析。由各類元素組間聚類分析結(jié)果可知，各氣象因子與大氣中各污染物間具有聚合性，綜合分為三類：其中，風(fēng)速、溫度和濕度為一類，其研究結(jié)果與重慶市墊江城區(qū)空氣研究結(jié)果相一致[8]；PM10、PM2.5、NO、NOx、NO2、CO、SO2和風(fēng)向?yàn)橐活悾籓3單獨(dú)為一類。各元素間聚類距離依次為：第一類：風(fēng)速、溫度<濕度；第二類：PM10、PM2.5< NO、NOx、NO2

2.5 氣團(tuán)后向軌跡分析

為研究墊江縣城區(qū)大氣環(huán)境中顆粒物污染的來源路徑，采用由美國大氣實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的HYSPLIT軌跡模型[9]，運(yùn)用NOAA/NCEP在分析格點(diǎn)數(shù)據(jù)模擬了觀測(cè)期間在秋季和冬季中大氣污染指數(shù)(AQI)最大的時(shí)間段進(jìn)行氣團(tuán)傳輸軌跡，分別在500 m、1000 m和1500 m高度進(jìn)行后向軌跡模擬，秋季2016年11月15日和冬季2017年1月4日進(jìn)行168 h的氣團(tuán)后向軌跡見圖3。由圖可以看出，在500 m高度氣團(tuán)中，秋季主要受東北和西風(fēng)環(huán)流氣流影響較大，冬季主要受到西南方向氣團(tuán)影響。而在秋冬時(shí)間段，在1000 m和1500 m高度的氣團(tuán)來源大致相同，主要來源于西北方向氣流影響。從秋冬季節(jié)大氣重污染時(shí)段可以看出，墊江縣城區(qū)大氣環(huán)境顆粒物主要受到西南和西北氣團(tuán)影響。

3 結(jié)論

(1)研究時(shí)間段內(nèi)，墊江縣城區(qū)大氣環(huán)境中PM10和PM2.5的平均質(zhì)量濃度分別為79 mg/m3和68 mg/m3，PM10的月平均質(zhì)量濃度均大于PM2.5，PM2.5占PM10的比例在84.6%～90.0%，在秋冬季節(jié)，墊江縣城區(qū)大氣環(huán)境中顆粒物呈現(xiàn)一定程度污染。

(2)多元分析結(jié)果可以看出，大氣環(huán)境中的PM10和PM2.5具有相類似來源，氣象條件對(duì)墊江縣城區(qū)大氣顆粒物污染影響較大。

(3)氣團(tuán)后向軌跡分析表明，秋冬季節(jié)大氣重污染時(shí)段，墊江縣城區(qū)大氣環(huán)境中顆粒物受西南和西北氣團(tuán)影響較大。

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Analysis of PM10and PM2.5Pollution in Atmospheric Environmental in Dianjiang County, Chongqing

JIA Bin, LU Ji-wen, WANG Xing, LI Xue

(Dianjiang Environmental Monitoring Station, Dianjiang Chongqing 408300, China)

To accurately evaluate the fine particles pollution in air in Dianjiang county, the atmosphere automatic observation data analysis was adopted from September 1, 2016 to February 28, 2017.The results showed that the average mass concentration of PM10and PM2.5in the urban area were 79mg/m3and 68mg/m3, respectively. The monthly average mass concentration of PM10was greater than PM2.5. The PM2.5accounted for the proportion of PM10from 84.6 to 90.0%. Multivariate analysis results found that PM10and PM2.5had similar sources. Meteorological conditions of Dianjiang had a greater influence on the urban atmospheric particulate matter pollution. HYSPLIT trajectory model analysis showed that the atmospheric environment in urban area in autumn and winter were affected by the southwest and northwest air mass in Dianjiang County during the time of atmospheric heavy pollution.

atmospheric environment; PM2.5; PM10; pollution situation; research; DianjiangCounty

2017-03-22

墊江縣科委項(xiàng)目(DJKWXM2015JSYFYSFYY014)。

賈斌(1968-),女，四川樂山人，高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境管理和監(jiān)測(cè)研究工作。

X51

A

1673-9655(2017)05-0036-04