遵義市匯川區(qū)采暖期大氣顆粒物變化特征分析

駱艷嬌,鄭胡飛

(1.遵義市正安縣生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站,貴州 遵義 563400;2.遵義市匯川區(qū)生態(tài)環(huán)境污染防治中心,貴州 遵義 563000;3.遵義市生態(tài)環(huán)境局,貴州 遵義 563000)

研究表明,大氣中的顆粒物濃度水平在污染源與天氣條件的綜合影響下,呈現(xiàn)出“秋冬季濃度偏高、春夏季濃度偏低”的變化特點(diǎn),并且由于采暖的影響,在冬季達(dá)到濃度的最高值[1-3],致使秋冬季節(jié)頻繁出現(xiàn)以顆粒物濃度高和能見(jiàn)度低為特征的重污染事件[4-7]。因此,分析研究采暖期顆粒物污染特征及變化規(guī)律對(duì)區(qū)域防控顆粒物污染、有效應(yīng)對(duì)重污染事件具有積極意義。

遵義市是貴州省第二大城市,位于中國(guó)西南部,處于云貴高原向湖南丘陵和四川盆地過(guò)渡的斜坡地帶。匯川區(qū)是遵義市中心城區(qū),位于遵義市北部,地處大婁山山脈的東南山麓地帶,城區(qū)建在鳳凰山、紅花崗、玉屏山、插旗山、南嶺等群山環(huán)抱的谷地,境內(nèi)山地海拔一般為1 000～1 250 m,年平均溫度15.2 ℃,年平均降水量1 040.3 mm。“十三五”時(shí)期遵義市采取一系列措施治理大氣污染,如實(shí)施煤改氣工程,大力推廣清潔能源,嚴(yán)控建筑施工揚(yáng)塵,著力推動(dòng)淘汰黃標(biāo)車等,但由于遵義處于云貴高原東北部,冬季較寒冷,居民仍習(xí)慣于通過(guò)燃煤的方式進(jìn)行取暖,大量燃煤造成的大氣污染加之不利的氣象條件,使采暖期顆粒物污染依然嚴(yán)峻。本研究基于前期工作[8-9],分析了2017年11月—2018年2月間遵義市匯川區(qū)采暖期大氣顆粒物濃度變化特征,并對(duì)該地區(qū)采暖期發(fā)生的一次顆粒物重污染事件進(jìn)行分析,以期為該地區(qū)采暖期進(jìn)一步加強(qiáng)大氣污染防治提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 站點(diǎn)信息及儀器設(shè)備

以遵義市匯川區(qū)轄區(qū)內(nèi)干田壩站點(diǎn)和溫泉城站點(diǎn)為觀測(cè)點(diǎn):干田壩站點(diǎn)位于遵義市圖書(shū)館五樓頂樓(106°55′20.53″E, 27°43′31.21″N),溫泉城站點(diǎn)位于遵義市匯川國(guó)際溫泉城樓頂(106°94′74″E,27°47′53″N)。站點(diǎn)周邊主要為行政及居民區(qū),無(wú)明顯的局部污染排放源。

干田壩站點(diǎn)采用河北先河環(huán)保公司的XHPM2000E型可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)儀,溫泉城站點(diǎn)采用美國(guó)賽默飛世爾科技公司的62C14P型PM10監(jiān)測(cè)儀和5030型PM2.5監(jiān)測(cè)儀,各污染物監(jiān)測(cè)儀均有一臺(tái)備用分析儀,文中所采用的數(shù)據(jù)是質(zhì)控后的數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

綜合考慮遵義市地域?qū)嶋H、居民生活取暖習(xí)慣及全年顆粒物污染程度等因素,以污染相對(duì)較重的11月—次年2月作為采暖期評(píng)價(jià)時(shí)段。通過(guò)2017年11月—2018年2月各站點(diǎn)PM10和PM2.5的人工審核實(shí)時(shí)濃度值(小時(shí)平均值),分別計(jì)算得到PM10、PM2.5質(zhì)量濃度的24 h日均值。遵義市匯川區(qū)采暖期PM10、PM2.5日均值分別為干田壩站點(diǎn)和溫泉城站點(diǎn)24 h日均值的算數(shù)平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 采暖期顆粒物濃度變化特征

2.1.1 采暖期PM10和PM2.5總體變化規(guī)律

2015—2018年遵義市匯川區(qū)采暖期PM10、PM2.5質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)如圖1所示。由圖1可以看出,2016—2017年采暖期PM10質(zhì)量濃度最高(64.0 μg·m-3),同比上升了17.2%;2017—2018年采暖期PM10質(zhì)量濃度為58.8 μg·m-3,同比下降了8.0%;三年間采暖期PM10質(zhì)量濃度均未超過(guò)國(guó)家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(70 μg·m-3)。2015—2018年采暖期PM2.5質(zhì)量濃度變化幅度不大,其中2017—2018年采暖期PM2.5質(zhì)量濃度為43.3 μg·m-3,同比下降了5.1%,但其濃度仍超過(guò)了國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(35 μg·m-3)。因此,遵義市匯川區(qū)應(yīng)著重加強(qiáng)對(duì)采暖期PM2.5的防控。

研究表明,ρ(PM2.5/PM10)可以反映可吸入顆粒物(PM10)中細(xì)粒子(PM2.5)的含量。由圖1還可以看出,2015—2018年遵義市匯川區(qū)采暖期ρ(PM2.5/PM10)均保持較高水平,細(xì)顆粒物所占比例達(dá)到74%。這表明遵義市匯川可吸入顆粒物(PM10)中細(xì)粒子(PM2.5)的含量大于粗粒子(PM2.5～10)的含量,這比楊復(fù)沫等[10]關(guān)于北京地區(qū)細(xì)顆粒物所占比例(55%)、魏復(fù)盛等[12]關(guān)于蘭州地區(qū)細(xì)顆粒物所占比例(52%)高,與魏復(fù)盛等[11]關(guān)于重慶地區(qū)細(xì)顆粒物所占比例(70%)接近,主要原因是遵義市地處云貴高原,常年濕潤(rùn)多雨,粗顆粒更易于通過(guò)濕沉降去除,細(xì)顆粒的比例相對(duì)較北方城市高。

圖1 2015—2018年遵義市匯川區(qū)采暖期顆粒物濃度變化

由2017—2018年遵義市15個(gè)縣(市、區(qū))采暖期PM10、PM2.5質(zhì)量濃度變化特征(圖2)可以看出,在遵義市15個(gè)縣(市、區(qū))中,赤水市采暖期 PM10、PM2.5質(zhì)量濃度最高,分別為72.6 μg·m-3和52.1 μg·m-3;道真縣采暖期PM10(42.8 μg·m-3)和PM2.5(31.8 μg·m-3)質(zhì)量濃度最低,除播州區(qū)、桐梓縣、道真縣、習(xí)水縣外,其余11個(gè)縣(市、區(qū))PM2.5質(zhì)量濃度均超過(guò)了國(guó)家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。匯川區(qū)采暖期PM10和PM2.5質(zhì)量濃度分別位于全市第9位和第6位,ρ(PM2.5/PM10)與新蒲新區(qū)、道真縣、鳳岡縣及湄潭縣相似,顆粒物中PM2.5占比相對(duì)較大,均達(dá)到了74%。

圖2 2017—2018年遵義市15個(gè)縣(市、區(qū))采暖期顆粒物濃度變化

2.1.2 采暖期顆粒物月變化特征

通過(guò)2017—2018年遵義市匯川區(qū)采暖期PM10、PM2.5日均值的箱式圖(圖3),分析了采暖期PM10、PM2.5濃度的月變化特征。由圖3可以看出,遵義市匯川區(qū)采暖期PM10、PM2.5月均濃度變化情況相似,最高月份為12月,PM10、PM2.5月均濃度分別為(70.4±31.38)μg·m-3和(50.3±22.05)μg·m-3,其次為2月(63.5±30.81)μg·m-3和(48.82±23.89)μg·m-3,最小月份為1月,PM10、M2.5濃度分別為(46.5±31.11)μg·m-3和(36.4±21.22)μg·m-3。從日均值超標(biāo)天數(shù)來(lái)看,整個(gè)采暖期PM10日均值未超過(guò)國(guó)家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),其中PM10最大日均值出現(xiàn)在2月份,為145 μg·m-3,最 小 值 出 現(xiàn) 在 1 月 份,為14 μg·m-3;采暖期PM2.5共計(jì)超標(biāo)6 d,分別出現(xiàn)在12月(4 d)、1月(1 d)及2月(1 d),其中PM2.5最大日均值出現(xiàn)在2月份(128 μg·m-3),最小值均出現(xiàn)在1月份(11.5 μg·m-3);非采暖期PM10、PM2.5日均值均未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。從不同時(shí)期濃度分布來(lái)看,2017—2018年遵義匯川區(qū)采暖期PM10質(zhì)量濃度為(58.8±31.30)μg·m-3,其濃度是非采暖期1.5倍;PM2.5質(zhì)量濃度為(43.3±21.89)μg·m-3,其濃度是非采暖期1.9倍,采暖期PM10、PM2.5日均值分布較分散,呈紡錘型;而非采暖期PM10、PM2.5日均值分布更集中,呈梭子型。

圖3 2017—2018年遵義市匯川區(qū)采暖期PM10、PM2.5日均值的箱式圖

2017—2018年遵義市匯川區(qū)采暖期各污染因子作為首要污染物的占比情況見(jiàn)表1,由表1可以看出,2017—2018年遵義市匯川區(qū)整個(gè)采暖期出現(xiàn)首要污染物天數(shù)占比達(dá)到60.8%,其中出現(xiàn)首要污染物天數(shù)最多的是12月(23 d),最少的為1月(14 d)。從11月到次年2月,PM10作為首要污染物的占比逐漸降低,11月占比最高(25.0%),其他三個(gè)月占比均低于10%;但PM2.5作為首要污染物的占比逐漸增高,占比最低為11月(62.5%),2月占比最高,達(dá)到95%。

表1 2017—2018年遵義市匯川區(qū)采暖期各污染因子作為首要污染物占比情況

2.1.3 采暖期顆粒物日變化特征

2017—2018年遵義市匯川區(qū)采暖期和非采暖期PM10、PM2.5濃度日變化特征如圖4所示:從圖4可以看出,采暖期PM10、PM2.5濃度呈相似的日變化規(guī)律,整體呈雙峰雙谷型,一個(gè)峰出現(xiàn)在中午11:00左右,另一個(gè)峰出現(xiàn)在夜間22:00左右,且夜間峰值顯著高于中午峰值,這主要是受采暖期城區(qū)生活燃煤排放及夜間建筑施工排放疊加的影響,加之夜間氣溫低,大氣不易擴(kuò)散,顆粒物長(zhǎng)時(shí)間在近地面積聚所致。與采暖期相比,受有利的氣象條件影響,非采暖期PM10、PM2.5的小時(shí)實(shí)時(shí)濃度值均比采暖期相應(yīng)時(shí)段低,且全天變化幅度相對(duì)較小;其中非采暖期PM10濃度日變化也呈雙峰雙谷型,中午峰出現(xiàn)在12:00左右,而夜間峰出現(xiàn)在凌晨,峰值較采暖期出現(xiàn)晚,這主要是受非采暖期夜間人類活動(dòng)與建筑施工時(shí)間均較長(zhǎng)的影響。此外,非采暖期PM2.5濃度日變化情況與采暖期有所不同,日變化峰型并不明顯,整體呈均勻分布。

圖4 2017—2018年遵義市匯川區(qū)采暖期與非采暖期PM10、PM2.5濃度日變化特征

2.3 采暖期顆粒物高濃度事件分析

2018年2月15日—17日,遵義市匯川區(qū)發(fā)生了一次顆粒物高濃度事件,整個(gè)顆粒物高濃度事件發(fā)生過(guò)程如圖5所示。由圖5可以看出,2018年2月15日,白天氣溫較高,濕度相對(duì)較低且風(fēng)速較大,良好的氣象條件有利于污染物擴(kuò)散,使顆粒物濃度保持較低水平,但進(jìn)入夜間,隨著燃煤排放增加和擴(kuò)散條件轉(zhuǎn)為不利,顆粒物濃度開(kāi)始緩慢增加,直到夜間12:00,顆粒物濃度驟然增加,2:00達(dá)到最大值(PM10濃度為313.5 μg·m-3,PM2.5濃度為240 μg·m-3),之后開(kāi)始緩慢下降,直到次日下午18:00顆粒物濃度才恢復(fù)正常。整個(gè)重污染過(guò)程氣象要素特征為:弱風(fēng)速(小時(shí)平均風(fēng)速<0.2 m/s的概率46.2%,小時(shí)平均風(fēng)速<0.5 m/s的概率92.3%)、高相對(duì)濕度(小時(shí)平均相對(duì)濕度>80%的概率為74.4%)、低氣溫(小時(shí)平均溫度<10 ℃的概率69.2%)以及氣壓一直維持較高水平。貴州省遵義市位于云貴高原東北部,處于云貴高原向湖南丘陵和四川盆地過(guò)渡的斜坡地帶,夜間氣溫低,相對(duì)濕度大,加之風(fēng)速小,氣壓高,冬季水汽容易凝結(jié)形成霧,使得大氣不易擴(kuò)散,不利的氣象條件是導(dǎo)致本次重污染的外部氣象因素。另外,導(dǎo)致本次高濃度事件的重要外部因素是短時(shí)間內(nèi)大量煙花爆竹燃放,2018年2月16日為農(nóng)歷春節(jié),凌晨城區(qū)大量燃放煙花爆竹,使顆粒物在短期內(nèi)迅速增加,加上不利氣象條件的影響,使顆粒物濃度長(zhǎng)期在近地面積累疊加,濃度持續(xù)居高不下,直到16:00氣象條件轉(zhuǎn)為有利,顆粒物才得到有效擴(kuò)散。

圖5 2018年2月15日—17日遵義市匯川區(qū)顆粒物高濃度事件變化過(guò)程

3 結(jié)論

(1)2017—2018年遵義市匯川區(qū)采暖期的首要污染物為PM2.5,PM2.5超標(biāo)天數(shù)最多的是12月,其次為2月,1月最少;且從11月到次年2月,PM2.5作為首要污染物占比天數(shù)逐漸增多,2月份占比達(dá)95%。采暖期PM10和PM2.5呈現(xiàn)相似的日變化規(guī)律,整體呈雙峰雙谷型,受采暖期城區(qū)大量生活燃煤排放及夜間建筑施工排放影響,夜間峰值較大,且峰值較非采暖期出現(xiàn)早。

(2)2018年2月15日—17日重污染期間,整個(gè)重污染過(guò)程氣象要素特征為:弱風(fēng)速(小時(shí)平均風(fēng)速<0.2 m/s的概率為46.2%,小時(shí)平均風(fēng)速<0.5 m/s的概率為92.3%)、高相對(duì)濕度(小時(shí)平均相對(duì)濕度>80%的概率為74.4%)、低氣溫(小時(shí)平均溫度<10 ℃的概率為69.2%)以及氣壓一直維持較高水平。除夕夜大量燃放煙花爆竹使顆粒物在短時(shí)間內(nèi)急劇增加,加之不利的大氣擴(kuò)散條件加劇顆粒物重污染過(guò)程產(chǎn)生,不利的氣象條件是導(dǎo)致本次重污染過(guò)程的重要原因。