蘇州市一次PM2.5污染過(guò)程分析及其來(lái)源解析

丁黃達(dá)，繆青，鄒強(qiáng)，姚沈良，楊倩，霍玉玲

(1.蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 蘇州 215004;2.蘇州工業(yè)園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 蘇州 215021; 3.鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212009)

蘇州市一次PM2.5污染過(guò)程分析及其來(lái)源解析

丁黃達(dá)1，繆青1，鄒強(qiáng)1，姚沈良2，楊倩1，霍玉玲3

(1.蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 蘇州 215004;2.蘇州工業(yè)園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 蘇州 215021; 3.鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212009)

水溶性離子；可入肺顆粒物；垂直擴(kuò)散；來(lái)源解析；蘇州

Keywords：Water-soluble ions; PM2.5; Vertical diffusion ;Source apportionment; Suzhou

水溶性離子是大氣顆粒物的重要組成成分，約占顆粒物質(zhì)量的60%～70%，由于其具有吸濕性，能通過(guò)對(duì)光的吸收和散射作用，進(jìn)而影響大氣能見(jiàn)度[1-2]。目前，國(guó)內(nèi)外已有許多學(xué)者對(duì)大氣顆粒物中水溶性離子組分進(jìn)行了研究，得到了不同區(qū)域顆粒物污染特征及排放來(lái)源，水溶性離子組分研究已成為大氣化學(xué)中最重要和最有價(jià)值的前沿課題之一[3-4]。

目前國(guó)內(nèi)外已有很多研究分析了不同地區(qū)大氣污染現(xiàn)狀及其影響因素，Robert等[5]研究指出，夏季季風(fēng)型、大陸高壓型和落基山脈型天氣類型導(dǎo)致美國(guó)大峽谷國(guó)家公園的空氣質(zhì)量下降；任陣海等[6]發(fā)現(xiàn)持續(xù)的逆溫層和干結(jié)的暖空氣蓋是造成污染的重要原因；張智勝等[7]利用PMF方法對(duì)成都2009—2010年各季節(jié)典型月PM2.5來(lái)源進(jìn)行解析表明，生物質(zhì)燃燒源貢獻(xiàn)率在四個(gè)季節(jié)均維持在較高水平，而二次硝酸鹽/硫酸鹽的貢獻(xiàn)率在秋冬季中則最為顯著。

現(xiàn)以2016年8月24日—9月6日期間的PM2.5為研究對(duì)象，利用蘇州空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合氣象因子、垂直擴(kuò)散條件對(duì)ρ(PM2.5)及化學(xué)成分變化進(jìn)行分析，并對(duì)其來(lái)源進(jìn)行了粗略評(píng)估，以深化對(duì)蘇州市PM2.5污染過(guò)程的認(rèn)識(shí)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

蘇州位于江蘇省東南部、長(zhǎng)江三角洲中部，東經(jīng)119°55′～121°20′，北緯30°47′～32°02′，總面積8 488.42 km2，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，東臨上海，南接嘉興，西抱太湖，北依長(zhǎng)江，是江蘇長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶重要組成部分。

1.2 采樣點(diǎn)及儀器

1.3 觀測(cè)時(shí)間

2016 年8月24日00:00—9月6日14：00，期間無(wú)降水。

2 結(jié)果與分析

2.1 PM2.5與氣象條件的分析

觀測(cè)期間蘇州PM2.5濃度、水溶性離子濃度以及氣象因子時(shí)間變化序列見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，蘇州夏季霾日發(fā)生率全年最低[9]，ρ(PM2.5)為12～143 μg/m3，平均值為43.4 μg/m3，相比2014年(62 μg/m3)和2015年(60.9 μg/m3)同期分別下降了42.9%和40.3%。

ρ(PM2.5)在8月31日前變化平緩，8月31日—9月2日逐漸上升，9月3日和9月4日出現(xiàn)2次峰值，分別為143和112 μg/m3，ρ(水溶性離子)也在此期間呈上升趨勢(shì)，而能見(jiàn)度明顯下降，與PM2.5呈反比，表明有明顯污染過(guò)程。

不同的氣象條件下，污染物的擴(kuò)散和輸送規(guī)律是不相同的，污染物濃度變化會(huì)存在較大差異[10-11]。地面天氣形勢(shì)于8月30日前受大陸高壓南下影響，蘇州位于高壓底部，8月31日—9月1日轉(zhuǎn)為低壓底部控制，9月2日以后基本受均壓場(chǎng)控制。

隨著天氣系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，風(fēng)向逐漸由偏北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，再轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，在風(fēng)向轉(zhuǎn)換期間，ρ(PM2.5)逐漸上升；污染峰值時(shí)間段，也是蘇州受均壓場(chǎng)控制時(shí)，風(fēng)向較亂，風(fēng)速較小，濕度相對(duì)較高，容易造成顆粒物濃度上升。

圖1 2016年觀測(cè)期間蘇州ρ(PM2.5)、ρ(水溶性離子)以及氣象因子時(shí)間變化序列

2.2 污染過(guò)程垂直擴(kuò)散條件分析

激光雷達(dá)能夠有效探測(cè)大氣氣溶膠垂直結(jié)構(gòu)及其演變過(guò)程，對(duì)分析污染物的來(lái)源、分布以及生消機(jī)制具有重要作用[12-13]。2016年9月2—4日激光雷達(dá)反演的消光系數(shù)隨高度和時(shí)間變化見(jiàn)圖2。

圖2 2016年9月2—4日激光雷達(dá)反演的消光系數(shù)隨高度和時(shí)間變化

由圖2可見(jiàn)，9月2—4日出現(xiàn)了2次PM2.5短時(shí)的污染過(guò)程，從激光雷達(dá)消光系數(shù)圖可以看出，9月2日上午邊界層高度僅為0.8 km，在一定程度上導(dǎo)致污染的累積程度加強(qiáng)，近地面消光系數(shù)較大，顆粒物以細(xì)粒子為主。

09:00的ρ(PM2.5)為78 μg/m3，下午隨著太陽(yáng)輻射不斷加熱下墊面，大氣湍流相對(duì)旺盛，邊界層開始逐漸抬升，2日下午邊界層高度最高可達(dá)3 km左右，13：00ρ(PM2.5)降至67 μg/m3，隨著太陽(yáng)輻射的減弱及地面輻射冷卻作用，到了9月2日夜間邊界層急劇下降至0.5 km，ρ(PM2.5)在9月3日01：00達(dá)116 μg/m3，表明污染物在低層累積，到了3日07:00，ρ(PM2.5)達(dá)到峰值143 μg/m3，07：00后邊界層高度再次抬升，污染物垂直擴(kuò)散條件轉(zhuǎn)好，ρ(PM2.5)迅速下降，16：00為26 μg/m3，9月3日夜間邊界層高度較高，達(dá)到2 km，ρ(PM2.5)在此期間無(wú)明顯上升趨勢(shì)，但到了9月4日凌晨開始，污染物累積，至05：00達(dá)到112 μg/m3，可見(jiàn)垂直擴(kuò)散條件的轉(zhuǎn)變對(duì)ρ(PM2.5)變化有著顯著影響。

2.3 PM2.5組分分析

圖3 觀測(cè)期間ρ(離子)占比

大氣氣溶膠中ρ(NOx)/ρ(SOx)能夠反映出固定源(如燃煤)和移動(dòng)源(如機(jī)動(dòng)車)對(duì)大氣顆粒物中水溶性組分的相對(duì)貢獻(xiàn)[14-15]。汽油、柴油燃燒排放的ρ(NOx)/ρ(SOx)為8∶1～13∶1，燃煤排放的ρ(NOx)/ρ(SOx)為1∶2[16]。

圖4 2016年觀測(cè)期間變化時(shí)間序列

2.4 PM2.5來(lái)源分析(PCA)

由表1可見(jiàn)，旋轉(zhuǎn)因子矩陣可以看出PM2.5中水溶性離子識(shí)別3個(gè)主要因子，其總方差貢獻(xiàn)率為80.374%，占了絕大多數(shù)，能夠代表當(dāng)?shù)氐奈廴驹搭愋停?個(gè)因子的特征值分別為3.287，2.100，1.042。

表1 觀測(cè)期間PM2.5水溶性離子的主成分分析

因子2與Cl-、Na+和Mg2+相關(guān)性較強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)分別為0.795，0.635和0.688，其中Na+、Cl-主要來(lái)源于海鹽，即海洋氣溶膠的輸送，Mg2+主要來(lái)源于土壤，因子2代表了海鹽和土壤源。

因子3與Ca2+相關(guān)性最強(qiáng)，達(dá)0.870，其次為Na+和K+，而Ca2+主要來(lái)自揚(yáng)塵、建筑塵，Na+和K+部分也來(lái)源于土壤塵，因此因子3代表了地面揚(yáng)塵、建筑塵等。由因子分析可知，二次污染和燃燒源、海鹽和土壤源以及地面揚(yáng)塵、建筑塵是觀測(cè)期間顆粒物的主要來(lái)源。

3 結(jié)論

(1) 觀測(cè)期間PM2.5平均值為43.4 μg/m3，與 2014和2015年同期PM2.5均值相比，下降幅度明顯。受天氣系統(tǒng)影響，后期濃度逐漸升高，出現(xiàn)兩次短時(shí)污染過(guò)程；

(2) 從污染過(guò)程的垂直擴(kuò)散條件看，污染物累積主要集中在夜晚，白天地面受太陽(yáng)輻射加熱影響，邊界層高度較高，PM2.5低于夜間；

(4) 根據(jù)主成分分析法，觀測(cè)期間顆粒物主要來(lái)源于二次污染和燃燒源、海鹽和土壤源以及地面揚(yáng)塵、建筑塵。

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欄目編輯 李文峻

AnalysisofPollutionEventandSourceApportionmentofPM2.5inSuzhou

DING Huang- da1， MIAO Qing1， ZOU Qiang1, YAO Shen- liang2, YANG Qian1， HUO Yu- lin3

(1.SuzhouEnvironmentalMonitoringCenter,Suzhou,Jiangsu215004,China;2.SuzhouIndustrialParkEnvironmentalMonitoringStation,Suzhou,Jiangsu215021,China;3.ZhenjiangEnvironmentalMonitoringCenter,Zhenjiang,Jiangsu212009,China)

10.3969/j.issn.1674- 6732.2017.05.013

X513

B

1674-6732(2017)05-0057-05

2017-02-14；

2017-06-26

蘇州市科技計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(SS201524)

丁黃達(dá)(1980—)，男，工程師，本科，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。