2013～2017 年天津市PM2.5 濃度變化分析

畢溫凱 李 鵬*

(天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,天津300191)

1 概述

細(xì)顆粒物(PM2.5),是指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5μm 的顆粒物,由于PM2.5附著多種有害物質(zhì)且粒徑較小,可吸入人體引起呼吸、心腦血管和免疫系統(tǒng)等多種疾病[1-2],世界衛(wèi)生組織[3](World Health Organization,WHO)和我國[4]先后將其列入空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),予以重點關(guān)注。

為改善環(huán)境質(zhì)量,促進(jìn)居民健康,2013 年國務(wù)院印發(fā)了《大氣污染防治行動計劃》[5],要求通過管控工業(yè)源、揚塵源和移動源等手段降低PM2.5濃度,要求到2017 年京津冀區(qū)域細(xì)顆粒物比2012 年下降25%左右。本文通過對2013 至2017 年天津市PM2.5濃度情況進(jìn)行監(jiān)測,研究了《大氣污染防治行動計劃》期間天津市PM2.5濃度變化特征,并結(jié)合天津市PM2.5來源解析結(jié)果提出濃度改善建議,旨在為天津市環(huán)境空氣質(zhì)量治理提供依據(jù),促進(jìn)天津市PM2.5濃度持續(xù)改善。

2 材料和方法

2.1 監(jiān)測儀器

采用美國賽默飛世爾公司TEOM-1405F 型顆粒物自動監(jiān)測儀,該儀器基于震蕩微天平法(Tapered Element Oscillationg Microbalance,TEOM) 和膜動態(tài)測量系統(tǒng)(Filter Dynamic Measurement System,FDMS)聯(lián)用方法。

TEOM法原理[6]是環(huán)境空氣以恒定流量通過放置濾膜的錐形元件,顆粒物沉積在濾膜上,通過測量一定時間間隔內(nèi)錐形元件前后的振蕩頻率即可計算出濾膜上顆粒物的質(zhì)量差,再除以采樣體積則得到采樣濃度。

式中,dm 為時間間隔內(nèi)質(zhì)量變化,K0為彈性系數(shù),f1時間終點頻率,f0時間起點頻率。

由于采樣過程中采樣管加熱會導(dǎo)致采樣氣體中揮發(fā)和半揮發(fā)性顆粒物揮發(fā),進(jìn)而導(dǎo)致測量結(jié)果偏低。因此采用FDMS 法定時切換采樣通道,分別稱量加熱過后的顆粒物質(zhì)量和過濾顆粒物后揮發(fā)和半揮發(fā)性顆粒物質(zhì)量,最后將兩者求和,進(jìn)而提高其測量準(zhǔn)確性。

2.2 數(shù)據(jù)處理

天津市PM2.5由14 個空氣自動監(jiān)測點位的平均值計算獲得,所有數(shù)據(jù)均通過中國環(huán)境監(jiān)測總站審核,由于《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095-2012) 自2013 年起實行,2012 年天津市無PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù),本文改以2013 年為基準(zhǔn)年,監(jiān)測時段2013 至2017 年,涵蓋整個大氣污染防治行動計劃,期間無數(shù)據(jù)缺失。

3 結(jié)果與討論

3.1 年際變化

監(jiān)測結(jié)果顯示,2013 至2017 年P(guān)M2.5年均濃度分別為96、83、70、69 和63μg/m3(圖1),PM2.5濃度逐年下降,2017 年P(guān)M2.5年均濃度較2013 年下降33.9%,PM2.5濃度下降幅度遠(yuǎn)超《大氣污染防治行動計劃》中京津冀區(qū)域PM2.5年均濃度下降25%的目標(biāo),說明《大氣污染防治行動計劃》期間天津市對于PM2.5治理效果顯著。

圖1 為監(jiān)測期間內(nèi)天津市PM2.5 年均濃度變化情況。

圖1 2013 至2017 年天津市PM2.5 年均濃度變化情況

但從達(dá)標(biāo)情況上看,2013 至2017 年天津市PM2.5年均濃度分別是WHO 年均標(biāo)準(zhǔn)(10μg/m3) 和我國年均二級標(biāo)準(zhǔn)(35μg/m3)的6.32～9.57 倍和1.81～2.73 倍,天津市PM2.5濃度雖然下降顯著但絕對水平仍然偏高,PM2.5濃度仍有下降空間。24 小時平均達(dá)標(biāo)天數(shù)顯示(表1),2013 至2017 年天津市達(dá)標(biāo)天數(shù)整體呈現(xiàn)增加趨勢,2017 年按WHO 和國家二級標(biāo)準(zhǔn)分別達(dá)標(biāo)52 和274 天,分別較2013 年增加了42 和115 天,增長較為顯著。

表1 2013 至2017 年天津市PM2.524 小時平均濃度達(dá)標(biāo)天數(shù)(天)

3.2 季度和月變化

天津市PM2.5濃度季節(jié)上顯示出“冬高夏低”的變化特征(見圖2),其中冬季(1、2 和12 月)受供暖排放增加和重污染天氣影響,PM2.5濃度最高；夏季(6、7 和8 月)天氣氣溫較高,逆溫現(xiàn)象不顯著,垂直擴(kuò)散條件較好,PM2.5濃度最低；春季(3、4 和5 月)和秋季(9、10 和11 月)氣溫仍相對偏低、同時風(fēng)力較大易引起沙塵傳輸污染,PM2.5濃度相差不大,且處于全年中等水平。

圖2 2013 至2017 年天津市PM2.5 季度平均濃度變化情況

天津市PM2.5月均濃度呈現(xiàn)“兩頭高,中間低”的變化趨勢(見圖3),每年1、12 月濃度較高,8 月濃度最低,最高月濃度出現(xiàn)在2013 年1 月,為155μg/m3,最低月濃度出現(xiàn)在2017 年8月,為37μg/m3。2017 年各月濃度范圍在37～109μg/m3,較2013年同期低9.5%～54.6%。

圖3 2013 至2017 年天津市PM2.5 月均濃度變化情況

總體看來,2013 至2017 年天津市PM2.5年均濃度逐年下降,遠(yuǎn)超《大氣污染防治行動計劃》PM2.5年均濃度下降25%左右的目標(biāo),達(dá)標(biāo)天數(shù)明顯增加,季度和月均濃度顯著下降,說明《大氣污染防治行動計劃》對于天津市PM2.5改善起到了積極作用。但與WHO 和國家二級年均標(biāo)準(zhǔn)相比,天津市PM2.5濃度仍顯著偏高,根據(jù)天津市大氣顆粒物來源解析結(jié)果[7],天津市PM2.5主要來源依次為揚塵、燃煤、機(jī)動車、工業(yè)和其他,由于《大氣污染防治行動計劃》期間燃煤整治力度較大,建議天津市從揚塵、機(jī)動車和工業(yè)排放等方面加大管控力度,不斷降低PM2.5濃度。

4 結(jié)論

4.1 2013～2017 年天津市PM2.5濃度下降33.9%,《大氣污染防治行動計劃》對于天津市PM2.5濃度改善效果顯著；

4.2 天津市PM2.5呈現(xiàn)“冬高夏季”的季節(jié)變化特點,每年1、12 月濃度最高,8 月濃度最低；

4.3 天津市PM2.5濃度相對偏高,建議從揚塵、機(jī)動車和工業(yè)排放等方面加大管控力度,促進(jìn)PM2.5濃度持續(xù)改善。