長春市大氣污染物特征和潛在源模擬分析

陳麗珠 夏雨 陳興

隨著我國工業(yè)化和現(xiàn)代化發(fā)展進程的不斷推進，大量污染物的排放使大氣環(huán)境問題日益突出。受大氣環(huán)流的影響，一個地區(qū)的大氣污染狀況不僅與當?shù)氐奈廴疚锱欧庞嘘P(guān)，還受到污染物輸送過程的中遠距離影響，大氣環(huán)境質(zhì)量特征呈現(xiàn)出一種區(qū)域性。區(qū)域性的高濃度大氣污染還會誘發(fā)疾病，對人體健康造成嚴重危害，因此區(qū)域大氣污染輸送問題導(dǎo)致的空氣質(zhì)量變化是近年來大氣環(huán)境研究的熱點。

近幾年來，長春市大氣環(huán)境變化頻率增加，霧霾問題日益突出。本研究利用TrajStat后向軌跡模式+WPSCF模擬，對影響長春市大氣環(huán)境質(zhì)量的污染物輸送特征進行模擬計算，同時結(jié)合大氣污染物地面監(jiān)測質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，分析了較大范圍內(nèi)不同來向的氣團對長春市環(huán)境空氣質(zhì)量的影響，并探討影響長春市大氣環(huán)境質(zhì)量的外來源輸送路徑和主要污染貢獻源區(qū)，以期為區(qū)域大氣污染防控和環(huán)境管理提供依據(jù)。

資料來源和方法

本文采用的原始數(shù)據(jù)均來源于長春市環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站，經(jīng)統(tǒng)計整理后，作為研究長春市2019年P(guān)M2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3（8h）污染情況的基礎(chǔ)材料。長春市不同行政地區(qū)共10個環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測站，分別為食品廠、客車廠、郵電學(xué)院、勞動公園、園林處、凈月潭、甩灣子、經(jīng)開區(qū)環(huán)衛(wèi)處、高新區(qū)管委會和岱山公園監(jiān)測站。上述10個監(jiān)測站污染物濃度（小時值）取均值代表2019年間長春市污染物濃度水平。污染物基本特征圖通過R語言繪制，后向軌跡通過的HYSPLIT模型模擬，利用TrajStat軟件進行PSCF分析。

結(jié)果與討論

污染物基本特征

2019年長春市污染物濃度變化如圖1所示。SO2、PM2.5和PM10濃度水平的均值分別為11.0μg/m3、38.0μg/ m3、64.0μg/m3，CO濃度的年24小時平均第95百分數(shù)值為1.3mg/m3，并在春、冬兩季處在較高水平，在夏季處在較低水平，這可能是受到供暖的影響。與上述污染物不同，O3濃度的年日最大8小時平均第90百分位數(shù)值為134.0μg/m3，在4-10月間處在較高水平，這主要是由于夏季光照較強，光化學(xué)反應(yīng)強烈，利于O3的生成[3]。NO2濃度均值為34.0μg/m3，相較其他污染物，其在2019年間月變化的差異性不大，這可能受到機動車排放的影響。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)技術(shù)規(guī)定（GB3095—2012）》，除了PM2.5年均值不滿足二級濃度限值外，其余各項監(jiān)測指標的年均值均符合國家日平均二級標準。

AQI（Air Quality Index，空氣質(zhì)量指數(shù)）是報告每日空氣質(zhì)量的參數(shù)。該參數(shù)描述了空氣清潔、污染的程度，以及對健康的影響。2019年長春市AQI日歷分布如圖2所示，AQI污染日主要集中在1-4和12月份，其余月份AQI大部分處在優(yōu)良等級，這可能是受采暖期的影響較大。

長春市不同月份下污染物濃度變化如圖3所示。對于PM2.5來說，2月份的濃度處在較高水平，高排放時段為0：00-10：00和19：00-23：00；對于O3來說，高排放月份為4、5、6和7月份，高排放時段為0：00-1：00和13：00-23：00；就CO來說，高排放月份為1、2和12月份，高排放時段為0：00-11：00和18：00-23：00；就NO2來說，高排放月份為1、2、3、4、10和12月份，高排放時段為18：00-23：00；就SO2來說，高排放月份為1和2月份，高排放時段為0：00-11：00和19：00-23：00；就SO2來說，高排放月份為1-4月份，高排放時段為0：00-3：00和19：00-23：00。

潛在源區(qū)模擬

后向軌跡

研究所使用的后向軌跡模式源于美國國家海洋和大氣管理局大氣資源實驗室（NOAA）的HYSPLIT（ hybrid single particle lagrangian integrated） 模式；利用TrajStat軟件進行PSCF分析。本研究以1月、4月、7月和10月份分別代表了冬季、春季、夏季和秋季。四個季節(jié)的軌跡聚類（24h）如圖4所示。長春市冬季氣團軌跡主要來自西北和西南方向，春季主要來自西北和西南方向，夏季主要來自西南和南部方向，部分氣團來自西部和東部方向，秋季氣團主要來自西部、南部和北部方向。

WPSCF模擬分析

潛在源解析PSCF是一種基于氣流軌跡分析計算大氣污染源可能源區(qū)、地理位置和空間分布的方法。長春市WPSCF（PM2.5）分布特征如圖5所示。在冬季長春市WPSCF高值區(qū)域主要位于西部方向，春季主要位于西部和西南部方向，夏季主要位于東北和西南部方向，秋季主要位于西南部方向；上述區(qū)域?qū)﹂L春PM2.5具有較高的貢獻率。

長春市SO2、PM2.5、PM10和 CO濃度在春、冬兩季處在較高水平，在夏季處在較低水平，這可能是受到供暖的影響；O3的濃度在4-10月間處在較高水平；NO2濃度在2019年間月變化的差異性不大；AQI污染日主要集中在1-4和12月份，其余月份AQI大部分處在優(yōu)良等級。

從24h氣團后向軌跡來看，長春市冬季氣團軌跡主要來自西北和西南方向，春季主要來自西北和西南方向，夏季主要來自西南同南部方向，部分氣團來自西部和東部方向，秋季主要來自西部、南部和北部方向；在冬季，長春市PM2.5的主要貢獻區(qū)域位于西部方向，春季主要位于西部和西南部方向，夏季主要位于東北和西南部方向，秋季主要位于西南部方向。

（陳麗珠 長春建筑學(xué)院城建學(xué)院）

（夏 雨 吉林省鑫溢建筑工程有限公司）

（陳 興 敦化市自然資源局國土空間利用服務(wù)中心）