通道縣城區(qū)PM10、PM2.5質量濃度變化和特征分析

楊文權1 郭 卉2

（1．懷化市生態(tài)環(huán)境局通道分局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站 ，湖南 懷化 418500；2．湖南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心大氣環(huán)境監(jiān)測部，湖南 長沙 410014）

0 引言

空氣是人類賴以生存的必要條件，人類與環(huán)境和諧共存，世世代代繁衍生息。21世紀以來，隨著工業(yè)化、城市化、機動化進程的迅猛發(fā)展，世界人口快速增長，煤、石油等自然資源消耗巨大，于是不可避免地產生大量的PM10和PM2.5污染物，當氣象條件不佳時，就會導致大氣污染，使城市灰霾天氣頻發(fā)，給全人類的生帶來了極大的不良影響。當然，我國也不例外，受境內污染物積累、外源性輸入污染和不利氣象擴散等條件的共同影響，近幾年霧霾天氣時有發(fā)生；生態(tài)環(huán)境部2018年《中國生態(tài)環(huán)境質量公報》顯示：2018年，全國338個地級以上城市中，有217個城市環(huán)境空氣質量超標，占64.2%。以PM2.5為首要污染物的天數(shù)占重度及以上程度地污染天數(shù)達60%，以PM10為首要污染物的占37.2%，PM2.5、PM10濃度分別為39 ug/m、71 ug/m，由此可見，由PM10、PM2.5引發(fā)的空氣污染已經嚴重影響了人們的生活和社會經濟發(fā)展，成為我國的環(huán)境公害。因此，有效地防止PM10、PM2.5污染是當前我們亟待解決的環(huán)境空氣問題；該研究以通道縣2016～2019年環(huán)境空氣中PM10及PM2.5監(jiān)測結果為分析根據(jù)，開展了PM10、PM2.5的分布特征及污染現(xiàn)狀研究、探討了其變化規(guī)律，為通道縣打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)及有效控制污染提供科學根據(jù)。

1 材料和方法

1.1 監(jiān)測點位和監(jiān)測項目

該研究數(shù)據(jù)來源于通道縣環(huán)境空氣自動站監(jiān)測數(shù)據(jù)，該監(jiān)測點位于懷化市生態(tài)環(huán)境局通道分局辦公大樓（109°47'13.40"E，26°9'49.87"N），距地面25 m。

1.2 分析儀器及方法

利用環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測系統(tǒng)進行環(huán)境空氣污染物質量濃度以及風速、風向、相對濕度、溫度、大氣壓等各種氣象參數(shù)在線監(jiān)測，大氣自動監(jiān)測系統(tǒng)為武漢天虹TH -2000PM，采樣流量16.7 L/min ，最小分辨率0.1 ug/m3，分析方法為重量法。

2 結果與討論

2.1 PM10與PM2.5的年際質量濃度變化特征

根據(jù)我國《環(huán)境空氣質量標準》（GB 3095—2012），監(jiān)測點適用二級標準限值，PM10年均濃度二級限值70 ug/m3，PM2.5為35 ug/m3；表1統(tǒng)計結果顯示：2016～2019年PM10與PM2.5年均值逐年呈下降趨勢，其中：PM10年均值在2016年超標，達到81.0 ug/m3，超出二級限值15.7%，PM2.5在2016年為49.0 ug/m3，超出二級限值40.0%，2017年略有超標；年均值以PM2.5各年超標率較高，說明PM2.5為首要污染物，其形成和來源復雜，主要來源于自然源和人為源，如燃煤、機動車排放、建筑塵、道路揚塵、生物質燃燒、二次硫酸鹽和硝酸鹽及有機物等。

表1 2016-2019年通道縣城區(qū)PM10和PM2．5年均質量濃度統(tǒng)計表（單位ug/m3）

2.2 PM10及PM2.5質量濃度小時變化特征

為了解監(jiān)測期內PM10、PM2.5質量濃度小時變化趨勢，以2019年1月21～27日及7月22～27日0：00～23：00監(jiān)測時段為例，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制了該監(jiān)測時段PM10及PM2.5質量濃度的小時變化曲線，如圖1所示。

圖1 監(jiān)測點PM10及PM2．5質量濃度的小時變化情況

由圖1可知，2019年1月21～27日連續(xù)7 d，該監(jiān)測點PM10與PM2.5質量濃度的小時變化趨勢基本一致，呈周期性的波動規(guī)律。從整體上看8.00～13：00時段PM10與PM2.5小時質量濃度呈現(xiàn)抬升趨勢；13：00～14：00時段PM10與PM2.5質量濃度出現(xiàn)峰值，中午時段人群活動頻繁，車流量增多，汽車尾氣排放量增加，是導致該時段顆粒物質量濃度升高的原因。

在14：00～19：00時段，PM10和PM2.5的質量濃度又呈遞減趨勢，從20：00開始，PM10與PM2.5質量濃度又逐漸升高，在23：00左右躍居高端值。7月22～27日PM10及PM2.5每小時質量濃度變化趨勢如圖1所示，PM10及PM2.5呈波浪型起伏變化，PM10及PM2.5質量濃度均在11：00左右時段出現(xiàn)峰值，且二者具有近似的分布特征，變化規(guī)律大致一樣；這些變化趨勢與在懷化市觀測到的結果比較一致[1]。

2.3 PM10與PM2.5質量濃度月變化特征

圖2為2016年～2019年通道縣站的PM10和PM2.5質量濃度的月均濃度變化曲線。從圖2可知，監(jiān)測點的PM10和PM2.5月濃度變化趨勢基本一致，最高值均出現(xiàn)在春季的3月，最低值出現(xiàn)在夏季7月。利用大氣自動站觀測資料，結合縣域工農業(yè)生產和排污現(xiàn)狀，環(huán)流背景、地面氣象因子等多個方面對3月份PM10及PM2.5質量濃度飚升進行分析，結果表明：農田秸稈焚燒、植物花粉飄塵、機動車尾氣及揚塵造成大量的細微粒懸浮于空中，是造成近地面空氣中PM10和PM2.5質量濃度增高的主要原因。而在夏季，氣溫高、降雨頻繁、風速強，則有利于顆粒物質的擴散、遷移、轉化和削減，因此夏季7月份顆粒物污染最輕。由此可見，氣象因子和頻繁的人群活動對近地面PM10及PM2.5的質量濃度會產生直接影響。

圖2 2016年～2019年通道縣城區(qū)PM10及PM2．5質量濃度月變化

2.4 PM10及PM2.5質量濃度季變化規(guī)律

監(jiān)測點PM10與PM2.5季變化情況如圖3所示。由圖3可知，通道縣的PM10與PM2.5的質量濃度季變化遵循冬季＞春季＞秋季＞夏季的演化趨勢，一年之中，冬季氣溫低、風力強之時、極易揚塵，導致空氣中顆粒物質量濃度增高，春季與秋季次之，夏季平均濃度最低。冬季之所以出現(xiàn)最高值，其原因有2個：1）本地污染物排放積累，冬季燃料消耗顯著，機動車尾氣等排放增大，導致顆粒物及前體物（SO2、NOX、VOCs等）的排放物積累增多。2）氣象條件不利于大氣污染物擴散，通道縣冬季地面靜穩(wěn)天氣頻發(fā)，疊加逆溫影響，近地面污染物不斷積累，導致一次排放和二次轉化成的PM10和PM2.5在近地面大氣中逐漸積累達到高濃度水平。

2.5 PM2.5占PM10的比例

研究表明，對人體健康的損害與較多暴露于PM2.5中密切相關。PM2.5/PM10的比值越大，則顆粒物的危害越大[2]。PM2.5/PM10比值在0.3～0.4時，為輕污染，大于0.5時表明細顆粒污染較重，監(jiān)測點PM2.5/PM10的月變化情況，如圖4所示。

從圖4中可以看出，PM2.5/PM10的比值最大出現(xiàn)在秋季9月，秋季天氣靜穩(wěn)，太陽輻射和大氣氧化性增強，有利于光化學煙霧的產生，不利于大氣污染物擴散、消除。

圖3 2016-2019年通道縣城區(qū)PM10及PM2．5質量濃度季變化

圖4 監(jiān)測點PM2．5與PM10比值的月變化情況

2.6 PM10與PM2.5質量濃度的影響因素

影響大氣中PM10、PM2.5質量濃度演變主要有縣域污染物積累，外源輸入污染和不利氣象擴散條件等因素。1）本地污染物積累影響：縣境內建筑工地和渣土工地揚塵、交通道路揚塵、燒烤油煙、農田秸桿焚燒、煙花燃放及機動車尾氣排放，工業(yè)排放等污染。2）外源輸入污染影響明顯：①冬季受不斷南下冷空氣的影響，大氣混合層高度低，大氣環(huán)境容量小。② 受弱冷空氣影響，以偏北風為主且風速弱，水平擴散條件差，外源滲透輸入影響有所增強。③無明顯降水，沉降作用降低，濕度大、有利于顆粒物吸濕增長。3） 受氣象條件的影響：通道縣屬亞熱帶季風性濕潤氣候區(qū)，具有夏季風大多雨、冬季干燥少雨的明顯特征，在夏季氣溫偏高，相對濕度較小，而風速強、降雨量足對大氣顆粒物產生了沉降和擴散作用，能有效地降低大氣顆粒物質量濃度；反之，冬季氣溫低、風速小、濕度大，則空氣中粒子生成較多，分子擴散受阻，導致污染加重，顆粒物的小時變化質量濃度與降水和風速呈顯著的負相關。

3 結論

通過分析通道縣城區(qū)大氣顆粒物PM10及PM2.5質量濃度、分布特征及變化規(guī)律，得到以下主要結論：1） 監(jiān)測點2016～2019年監(jiān)測期間，環(huán)境空氣中PM10的小時質量濃度為4 ug/m3～409 ug/m3，平均值為53.75 ug/m3；PM2.5的小時質量濃度范圍在1 ug/m3～295 ug/m3，平均值33.25 ug/m3；PM2.5/PM10在40.2%～ 70.2%波動，平均值61.8%。2） 以2019年1月21日—27日及7月22—27日0：00～23：00監(jiān)測時段為例，監(jiān)測點冬季環(huán)境空氣中PM10與PM2.5質量濃度峰值中午13：00～14：00夜間23：00時段出現(xiàn)；夏季峰值一般在上午11：00左右顯現(xiàn)（氣象條件影響）。3） 監(jiān)測點PM10和PM2.5的質量濃度月均最高值出現(xiàn)在3月（田園秸稈焚燒影響），7月出現(xiàn)低值。4） 監(jiān)測點PM10和PM2.5的質量濃度季均值變化規(guī)律遵循：冬季＞春季＞秋季＞夏季。5） 氣象因素對PM10和PM2.5質量濃度影響顯著，PM10和PM2.5質量濃度與風速、降雨呈顯著負相關，在不同的季節(jié)風量大、降雨足且時間長，對大氣顆粒物的輸送和稀釋作用就越強。