徐州市10月份重污染過(guò)程空氣質(zhì)量分析報(bào)告

韓 煒，饒永才

（徐州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 徐州 221000）

污染物排放強(qiáng)度大是重污染天氣形成的內(nèi)因，靜穩(wěn)、小風(fēng)、高濕以及逆溫等不利氣象條件則是重污染天氣形成的外因[1]。目前，PM2.5是對(duì)我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量影響最大的污染物，不管是從超標(biāo)城市的數(shù)量、各城市超標(biāo)的程度分析，還是從對(duì)重污染天氣貢獻(xiàn)的角度分析，PM2.5的影響都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他污染物。大氣PM2.5污染的來(lái)源主要包括一次顆粒物排放的直接貢獻(xiàn)，以及二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）和氨（NH3）等氣態(tài)前體物二次轉(zhuǎn)化的間接貢獻(xiàn)[2-3]。

1 重污染期間空氣質(zhì)量狀況

2017年10月17日至22日重污染過(guò)程中，空氣質(zhì)量類別1 d為輕度污染（19日），3 d為中度污染（17日、20日、21日），1 d達(dá)到重度污染（22日），AQI指數(shù)最大值達(dá)到289。重污染過(guò)程期間，首要污染物均為PM2.5，PM2.5最大日均值為195 μg/m3，是國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的2.6倍，具體數(shù)值如表1所示。

表1 空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果

2 重污染期間氣象條件分析

通過(guò)氣象和激光雷達(dá)監(jiān)控資料，這一污染過(guò)程前期（17-21日）未發(fā)現(xiàn)有外來(lái)污染物輸入，后期（22日）有弱冷空氣進(jìn)入，疊加了少量外來(lái)污染。因此，本次重污染過(guò)程主要是在靜穩(wěn)天氣條件下，由本地污染物排放累積造成。

10月17日至21日，顆粒物有較為明顯的日變化規(guī)律，普遍呈現(xiàn)出早晚高、中午低的趨勢(shì)。這是由于該時(shí)段受高壓控制，大氣層較穩(wěn)定，天氣靜穩(wěn)，風(fēng)力較小，夜間到清晨大氣擴(kuò)散條件較差，污染物逐漸累積，同時(shí)空氣濕度大，顆粒物易于吸濕增長(zhǎng)，造成夜間到清晨空氣質(zhì)量較差。22日受東北方向弱冷空氣影響，疊加華北區(qū)域性污染物輸入，徐州市空氣污染程度有所加重。23日凌晨，隨著冷空氣過(guò)境，空氣質(zhì)量逐漸轉(zhuǎn)好。

3 重污染過(guò)程中灰霾站監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 重污染過(guò)程飛行質(zhì)譜監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)飛行質(zhì)譜儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果（見(jiàn)圖1），從16日20時(shí)開(kāi)始，PM2.5濃度上升，達(dá)到100 ug/m3，顆粒物來(lái)源比例分布發(fā)現(xiàn)主要來(lái)源是汽車(chē)尾氣、揚(yáng)塵、二次源，工業(yè)源、海鹽與生物質(zhì)燃燒比例不大。18日的PM2.5濃度有所下降，但后面開(kāi)始上升，可以看出17-18日，汽車(chē)尾氣、揚(yáng)塵與二次源對(duì)于PM2.5的貢獻(xiàn)最大，19-20日，主要貢獻(xiàn)為汽車(chē)尾氣、揚(yáng)塵及二次源。在21日，生物質(zhì)燃燒有明顯上升，對(duì)PM2.5濃度有較大的貢獻(xiàn)。10月16日至21日的離子占比，可以看出K、NO2、NO3離子強(qiáng)度明顯，三者的占比之和達(dá)86%，這幾種離子是二次源的主要影響因素。

圖2為各類源顆粒物粒徑分布圖，從圖中發(fā)現(xiàn)，揚(yáng)塵顆粒主要分布在大粒徑，汽車(chē)尾氣、燃煤顆粒主要分布在小粒徑。

圖3為各類源占比隨時(shí)間的變化，從圖中發(fā)現(xiàn)，揚(yáng)塵、汽車(chē)尾氣的占比有明顯的升高，說(shuō)明這兩類源在監(jiān)測(cè)期間對(duì)PM2.5濃度升高有較大的貢獻(xiàn)。

圖3為16日至21日各類源隨時(shí)間的變化，從圖中可以看出，揚(yáng)塵與汽車(chē)尾氣在整個(gè)過(guò)程中的變化不大，都處于較高的貢獻(xiàn)值，說(shuō)明徐州監(jiān)測(cè)期間主要的貢獻(xiàn)源為揚(yáng)塵與汽車(chē)尾氣，21日生物質(zhì)燃燒有明顯上升，說(shuō)明生物質(zhì)燃燒的異常升高對(duì)當(dāng)天PM2.5濃度的升高有較大的影響。

3.2 重污染過(guò)程重金屬監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2017年10月16日至22日14點(diǎn)期間，重金屬中Ca、Fe、K、Zn的濃度占比面積較大，并且10月20日和21日兩天重金屬濃度存在較大起伏，與之相應(yīng)地，20日開(kāi)始徐州整體空氣質(zhì)量較差，處于中度污染。2017年10月16日至22日期間，徐州主要重金屬物種為Fe（25%）、Ca（23%）、鉀（22%）、Zn（9%），如圖4所示。

根據(jù)圖4數(shù)據(jù)分析，重污染過(guò)程中，顆粒物的重金屬比例最大為Fe、Ca、K、Zn，表明重金屬主要來(lái)源為地面揚(yáng)塵、生物質(zhì)燃燒以及冶金工業(yè)。

3.3 重污染過(guò)程水溶性離子組分分析

19-21日輕度污染轉(zhuǎn)中度污染期間，特征示蹤物在顆粒物中的占比時(shí)間序列如圖5所示。從圖5中可以看出，K離子和Ca離子在PM2.5中的占比具有明顯的日變化特征，均呈現(xiàn)早晚低、中午高的趨勢(shì)。此外，PM2.5/PM10的占比絕大部分大于0.5，表明污染期間PM2.5的影響較大，而水溶性離子較多集中于PM2.5。

徐州市水溶性離子中SNA（NH4+、SO42-和NH4+）占比較高，K和Ca離子的變化有一定規(guī)律，表明生物質(zhì)燃燒和地面揚(yáng)塵對(duì)該地區(qū)有一定持續(xù)的影響。

3.4 重污染過(guò)程VOCs監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

重污染過(guò)程中，VOCs濃度具有較為明顯的日變化特征，并且VOCs濃度最大小時(shí)值為200×10-9左右，10月20日VOCs濃度較其他天的濃度高。

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，重污染過(guò)程中，徐州地區(qū)VOCs對(duì)顆粒物（二次氣溶膠SOA）生成的貢獻(xiàn)的前10種VOCs組分分別是：間/對(duì)二甲苯＞甲苯＞苯＞乙苯＞鄰二甲苯＞苯乙烯＞1,2,4-三甲基苯＞3-乙基甲苯＞4-乙基甲苯＞2-乙基甲苯。

圖1 2017年10月16日至2017年10月21日PM2.5濃度曲線

圖2 監(jiān)測(cè)期間粒徑分布

圖3 監(jiān)測(cè)期間源比例變化曲線

圖4 2017年10月16日至22日重金屬平均占比圖

圖5 特征示蹤物時(shí)間序列圖

徐州VOCs排放中對(duì)O3、顆粒物和人體健康影響較大的物種是芳香烴、烷烴、烯烴以及醛類。其中，甲苯、苯、間/對(duì)二甲苯等對(duì)顆粒物生成和人體健康影響較為顯著，烷烴和烯烴對(duì)臭氧生成貢獻(xiàn)的影響較為顯著。

4 結(jié)論

本次重污染過(guò)程由不利氣象條件造成。前期在靜穩(wěn)天氣條件下，本地污染物排放累積，加之空氣濕度大，顆粒物濃度持續(xù)保持在較高水平。后期（22日），受東北方向上弱冷空氣影響，外來(lái)污染物和本地污染物疊加，加重了污染程度。

揚(yáng)塵、汽車(chē)尾氣為重污染過(guò)程中PM2.5主要來(lái)源，后期生物質(zhì)燃燒比重增大。根據(jù)灰霾監(jiān)測(cè)結(jié)果，揚(yáng)塵與汽車(chē)尾氣在整個(gè)過(guò)程中的變化不大，都處于較高的貢獻(xiàn)值，燃煤源加工業(yè)源合計(jì)占20%～30%。這說(shuō)明徐州監(jiān)測(cè)期間主要的貢獻(xiàn)源為揚(yáng)塵與汽車(chē)尾氣以及燃煤加工業(yè)源。21日生物質(zhì)燃燒有明顯上升，說(shuō)明生物質(zhì)燃燒的異常升高對(duì)當(dāng)天PM2.5濃度的升高有較大的影響。揚(yáng)塵和汽車(chē)尾氣基本上占PM2.5組分的40%，從21日起生物質(zhì)燃燒比例由10%上升到29%，說(shuō)明近期秸稈焚燒對(duì)顆粒物濃度升高有重要影響。

VOCs中芳香烴是二次污染物的重要來(lái)源。根據(jù)顆粒物源解析結(jié)果，徐州市二次源占比為15%左右。重污染天氣期間，對(duì)VOCs監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，徐州市VOCs對(duì)顆粒物（二次氣溶膠）貢獻(xiàn)最大的物種為芳香烴（主要成分為苯系物），說(shuō)明噴涂行業(yè)對(duì)二次氣溶膠生成有較大影響。

參考文獻(xiàn)

1 李宗愷，潘云仙，孫潤(rùn)橋.空氣污染氣象學(xué)原理及應(yīng)用[M].北京：氣象出版社，1985.

2 劉小紅，洪鐘祥，李家倫，等.北京地區(qū)嚴(yán)重大氣污染的氣象和化學(xué)因子[J].氣候與環(huán)境研究，1999，4（3）：231-236.

3 葉 堤.重慶市空氣污染持續(xù)過(guò)程特征及其氣象成因分析[J].環(huán)境研究與監(jiān)測(cè)，2007，（2）：15-18.

4 楊素英，趙秀勇，劉寧徽.北京秋季一次重污染天氣過(guò)程的成因分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，26（5）：13-16.