連云港市大氣降塵時空分布特征

姚瑤，張麗，施楊

(江蘇省連云港環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 連云港 222001)

大氣降塵是城市大氣環(huán)境監(jiān)測的重要內(nèi)容之一，雖然塵是可沉降的，對人體傷害沒有那么大，但是降塵可以產(chǎn)生更小的顆粒物，成為環(huán)境空氣中各類二次反應(yīng)的載體。因此，降塵量對城市精細化管理程度的提升有著重要意義，減少降塵，同樣是藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要一環(huán)。目前，國內(nèi)降塵研究主要集中在西、北部等干旱、半干旱地區(qū)[1-7]，有研究人員對北京[2]、蘭州[5]、太原[6]、石嘴山[7]、濟南[8]、南京[9]等城市的降塵分布及變化規(guī)律進行了研究，而關(guān)于連云港市大氣降塵的研究尚未見報道。陳程等[10]研究表明，2017年春季連云港市區(qū)揚塵對PM2.5貢獻率為10.7%。揚塵對空氣質(zhì)量有一定影響?，F(xiàn)利用2018年1月—2020年2月連云港市大氣降塵監(jiān)測數(shù)據(jù)，對大氣降塵量時空分布及變化規(guī)律做初步分析，為改善環(huán)境空氣質(zhì)量提供參考。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測點位

每月采集降塵一次。采樣點位見表1。其中1#—5#點位為市區(qū)監(jiān)測點，1#為對照點，6#—17#為縣區(qū)監(jiān)測點。

表1 監(jiān)測點位①

1.2 監(jiān)測時間

2018年1月—2020年2月。春(2018年3—5月、2019年3—5月)、夏(2018年6—8月、2019年6—8月)、秋(2018年9—11月、2019年9—11月)、冬(2018年12月—2019年2月、2019年12月—2020年2月)四季。

1.3 監(jiān)測處理方法

降塵采集與測定按照《環(huán)境空氣降塵的測定重量法》(GB/T 15265—94)。采用乙二醇水溶液做收集液的濕法采樣，各監(jiān)測點位于遠離各類污染源且高度距離地面10 m以上的樓頂，周圍無高大建筑物遮擋，采樣口距平臺1 m，每個監(jiān)測點位放置裝有乙二醇水溶液集塵缸，每月采集(30±2)d，樣品收集后罩上塑料袋，帶回實驗室。在夏季多雨季節(jié)，為防止水滿溢出，及時更換新缸，采集的樣品合并后測定。測定樣品前，用光潔的鑷子將落入缸內(nèi)的樹葉、昆蟲等異物取出，并用水將附著在上面的細小塵粒沖洗下來后扔掉，用淀帚把缸壁擦洗干凈，將缸內(nèi)溶液和塵粒全部倒入500 mL燒杯中，在電熱板上蒸發(fā)，使體積濃縮到10～20 mL，冷卻后用水沖洗杯壁，并用淀帚把杯壁上的塵粒擦洗干凈，將溶液和塵粒全部轉(zhuǎn)移到已恒重的100 mL瓷坩堝中，放在搪瓷盤里，在電熱板上小心蒸發(fā)至干，然后放入烘箱于(105±5)℃烘至恒重。降塵總量按下式計算：

式中：M——降塵量，t/(km2·30 d)；W1——降塵、瓷坩堝和乙二醇水溶液蒸發(fā)至干并在(105±5)℃恒重后的質(zhì)量，g；W0——在(105±5)℃烘干的瓷坩堝的質(zhì)量，g；WC——與采樣操作等量的乙二醇水溶液蒸發(fā)至干并在(105±5)℃恒重后的質(zhì)量，g；S——集塵缸口面積，cm2；n——采樣天數(shù)，準確到0.1d。

1.4 分析方法

運用SPSS22.0軟件進行相關(guān)性分析，計算得出降塵量與PM10、PM2.5相關(guān)系數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 大氣降塵量時間分布特征

連云港市17個監(jiān)測點位平均降塵量月際、季節(jié)及年度對比見圖1(a)(b)。蘇政發(fā)〔2018〕122號文大氣降塵考核目標標準為6 t/(km2·30 d)。由圖1(a)可見，連云港市2018年平均降塵量為11.6 t/(km2·30 d)，超過江蘇省考核標準，超標倍數(shù)為0.93；11月降塵量最高，為13.8 t/(km2·30 d)，超標倍數(shù)1.30，其次為2月[13.3 t/(km2·30 d)]、4月[13.2 t/(km2·30 d)]、3月[12.7 t/(km2·30 d)]，主要原因可能與氣象條件有關(guān)，2018年2—4月風力3級及以上天數(shù)占80%以上，11月風力3級及以上為7 d，空氣較干燥，宜激起揚塵，造成降塵量較大。8、9和7月降塵量年度最低，分別為8.6，8.9 和9.4 t/(km2·30 d)，超標倍數(shù)分別為0.43，0.48和0.57，這3個月空氣濕度相對較高，降水偏多，平均風速低于其他月份，因此，降塵量低于其他月份。

2019年均降塵量均低于2018年，僅3和4月降塵量超過考核標準，其中3月降塵量最高，為10.6 t/(km2·30 d)，超標倍數(shù)為0.77，3月發(fā)生沙塵天氣，加上天氣干燥，導致降塵量較大。

由圖1(b)可見，2018年全市平均降塵量表現(xiàn)為：春[12.1 t/(km2·30 d)]>秋[11.6 t/(km2·30 d)]>夏[9.9 t/(km2·30 d)]>冬[7.9 t/(km2·30 d)]，降塵量在春季最高，超過江蘇省的降塵標準，冬季降塵量最低，和氣象因素有一定關(guān)系，春季風大雨少，秋季天氣干燥，導致降塵量較高，而夏季雨水增多，降塵隨之減少，冬季氣溫較低，城市建設(shè)活動減少，寒冷天氣會出現(xiàn)局部地面凍結(jié)，降塵量也不會大。2019年全市降塵量季節(jié)規(guī)律與2018年一致，除了春季[8.1 t/(km2·30 d)]超過降塵標準，其他季節(jié)均達標。

2018年11、2、6和12月降塵量標準偏差較大，說明這些月份不同點位降塵量變化較大，其他月份以及2019年較小；2018年秋季、冬季降塵量標準偏差較大，其他季節(jié)相對較小。

圖1 連云港市平均降塵量月際、季節(jié)變化及年度變化

圖2(a)(b)所示為連云港市區(qū)、縣區(qū)以及對照點的降塵量的月際、季節(jié)及年度變化。2018年，除了8月，縣區(qū)降塵量均高于市區(qū)，市區(qū)降塵量變化比較平穩(wěn)，而縣區(qū)下半年月變化幅度比較大，11月份達到最高值；2019年3月市區(qū)降塵量明顯高于縣區(qū)，其他月份二者相差不大。季節(jié)上表現(xiàn)為，2018年市區(qū)除了冬季達標外，其他季節(jié)均超過江蘇省降塵標準，縣區(qū)降塵量明顯高于市區(qū)，均不達標，縣區(qū)降塵量冬季最高，夏季最低；2019年市區(qū)和縣區(qū)規(guī)律一致，春季最高，超過江蘇省考核標準，其他季節(jié)均達標。對照點降塵量均最低，但是2018和2019年4月仍超過江蘇省考核標準，其他月份均達標，這與對照點處人為活動、植被覆蓋等對降塵的貢獻有關(guān)[8]。

圖2 連云港市各監(jiān)測區(qū)平均降塵量月際、季節(jié)及年度變化

2.2 大氣降塵空間分布特征

2018年各監(jiān)測點降塵分布存在明顯差異，2019年差異略小，主要由于氣候變化、站點地理位置以及周邊環(huán)境不同所致，連云港市各監(jiān)測點位全年平均降塵量見圖3。對照點1#降塵量最小，為6.6 (2018年)和3.1 t/(km2·30 d)(2019年)；2018年各監(jiān)測點位降塵量均超過江蘇省考核標準，其中，7#點位值最高，為21.2 t/(km2·30 d)，超標倍數(shù)達2.53；2019年9#和14#點位值略超過省考核標準，分別為6.2 t/(km2·30 d)和6.6 t/(km2·30 d)，超標倍數(shù)分別為0.03和0.10，其余點位均達標。7#監(jiān)測點西側(cè)緊鄰裸土地塊，東側(cè)為在建小區(qū)，周邊較多待建裸地，由于這些裸地、道路和建筑施工、大貨車物流運輸?shù)葥P塵源排放顯著，導致?lián)P塵較大。 6#(2018年)、7#(2018年)、8#(2018年)、14#(2019年)點位年降塵量偏差較大，說明這些點位降塵量存在月份差異較大，經(jīng)過控塵抑塵等管控措施，2019年6#—8#點位明顯好轉(zhuǎn)。

圖3 各監(jiān)測點位全年平均降塵量

各采樣點年均降塵量及變異系數(shù)見圖4。由圖4可見，2018年，連云港市降塵量：贛榆區(qū)>灌云縣>東?？h>灌南縣>市區(qū)>對照點，均超過江蘇省降塵標準，其中，贛榆區(qū)降塵最高，月均值為18.1 t/(km2·30 d)，超標率達202%，最低點為市區(qū)，月均值為8.7 t/(km2·30 d)，超標率為45%。贛榆區(qū)監(jiān)測點受建設(shè)施工、貨車運輸、企業(yè)排放等影響，導致降塵量最高，但是贛榆區(qū)變異系數(shù)最大為0.15，說明區(qū)各個監(jiān)測點位降塵量波動不大。2019年，降塵量灌云縣>東?？h>贛榆區(qū)>市區(qū)>灌南縣>對照點，月均值均達標。變異系數(shù)東海縣最大為0.19，說明該縣各監(jiān)測點位降塵量略有波動。近兩年的降塵數(shù)據(jù)可知縣區(qū)降塵量均高于市區(qū)。

圖4 各采樣點年均降塵量及變異系數(shù)

2.3 降塵量與細顆粒物(PM2.5)、可吸入顆粒物(PM10)相關(guān)性

對2#—5#點位的2018年降塵量與ρ(PM10)、ρ(PM2.5)進行相關(guān)性計算，結(jié)果見表2。由表2可見，4個點位的降塵量與PM10、PM2.5相關(guān)性較高，說明降塵與PM2.5及PM10的來源具有一致性，但是只有2#和4#點位的降塵量和PM10顯著性相關(guān)，其他并不顯著。

表2 降塵量與PM10、PM2.5的相關(guān)性①

2#—5#點位2018年每月的降塵量、ρ(PM10)、ρ(PM2.5)見圖5(a)(b)(c)(d)。

圖5 2#—5#點位降塵量、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)

由圖5可見，這4個點位上半年的降塵量與ρ(PM10)、ρ(PM2.5)變化趨勢基本一致，呈現(xiàn)先降低再增大再降低的規(guī)律，即在春季升高，夏季降低；而下半年，降塵量與ρ(PM10)、ρ(PM2.5)變化趨勢略有差異，ρ(PM10)、ρ(PM2.5)逐漸升高，但是降塵量呈鋸齒狀變化，表明降塵量與PM2.5、PM10具有季節(jié)分異性，主要原因可能是受地理位置和地形、人為活動以及氣象條件影響。

3 結(jié)論

(1)2018年連云港市平均降塵量為11.6 t/(km2·30 d)，超過江蘇省考核標準，超標倍數(shù)為0.93，呈現(xiàn)出先增大再降低再增大的規(guī)律，春季、秋季降塵量最高，與大風、干燥天氣有關(guān)；2019年降塵量明顯降低，除了春季(3和4月)超標，其他季節(jié)均達標。

(2)2018年除了8月，縣區(qū)降塵量均高于市區(qū)；市區(qū)降塵量變化比較平穩(wěn)，除了冬季達標外，其他季節(jié)均超過江蘇省考核標準；而縣區(qū)下半年月變化幅度比較大，降塵量冬季最高，夏季最低，其中贛榆區(qū)降塵量最大，除了受氣象條件影響，人為活動以及周邊環(huán)境對降塵也有影響。

(3)17個監(jiān)測點中，2018年各監(jiān)測點降塵分布存在明顯差異，2019年差異略小，部分監(jiān)測站點周邊存在裸露地塊，道路和建筑施工、大貨車物流運輸?shù)葥P塵源排放顯著，造成揚塵較大。

(4)市站、胡溝、德源、礦山院4個監(jiān)測點2018年上半年的降塵量與ρ(PM10)、ρ(PM2.5)變化趨勢基本一致，下半年變化趨勢略有差異，降塵量與PM2.5、PM10具有季節(jié)分異性；4個監(jiān)測點位的降塵量與PM2.5及PM10相關(guān)性較高，說明降塵與PM2.5及PM10的來源具有一致性。