攀枝花市PM2.5與其他參數(shù)之間的關系研究

何 侃 楊 玖 代 佼

（四川省攀枝花生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站 四川攀枝花 617000）

引言

PM2.5 的污染逐漸引起人們的關注，2012 年，環(huán)境保護部門和國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布了《環(huán)境空氣質量標準》（GB3095-2012），將PM2.5 納入到常規(guī)空氣質量監(jiān)測項目中，以控制細顆粒物對人體健康的危害。大氣中空氣動力學當量直徑小于或等于2.5μm 的顆粒物，也稱為細顆粒物，簡稱PM2.5。研究表明PM2.5 對氣候、生活環(huán)境、空氣能見度、人體身體健康等都有一定的影響[1]。近年來，隨著攀枝花發(fā)展的同時也產生了較一定的環(huán)境問題，特別是以工業(yè)活動、城市建設、汽車尾氣排放等導致的大氣污染問題最為明顯。攀枝花特殊的河谷氣候更是影響了大氣污染物的擴散、稀釋、運輸?shù)茸饔?，從而導致攀枝花市顆粒物難以擴散及形成影響攀枝花市環(huán)境空氣質量[2]。

本文利用2014-2019 年攀枝花市環(huán)境空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了攀枝花市PM2.5 的污染特征，采用灰色關聯(lián)分析法分析了PM2.5 與其他環(huán)境空氣質量參數(shù)之間的關聯(lián)度，進而分析攀枝花PM2.5 的主要來源并提供相關的建議與措施。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

攀枝花市位于中國西南川滇交界部，地處攀西裂谷中南段，屬侵蝕、剝蝕中山丘陵、山原峽谷地貌，具有山高谷深，盆地交錯分布的特點，地勢由西北向東南傾斜，山脈走向近于南北，是大雪山的南延部分。屬南亞熱帶-北溫帶的多種氣候類型，四季氣溫變化不明顯，干雨季分明、四季不明顯，小氣候復雜多樣等特點。攀枝花市蘊藏著得天獨厚的礦產資源，釩鈦磁鐵礦儲量世界領先，被譽為“釩鈦之都”，是以釩鈦產業(yè)為主導，化工、有色金屬、電冶合金、鋼鐵機械制造等產業(yè)為支撐，多種產業(yè)協(xié)同發(fā)展的城市。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文選取2015-2019 年攀枝花市6 個監(jiān)測站點（弄弄坪、河門口、炳草崗、仁和、四十中小）的逐月統(tǒng)計分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，來源于攀枝花市環(huán)境空氣質量發(fā)布平臺及攀枝花年鑒。

1.3 研究方法

灰色關聯(lián)分析：灰色系統(tǒng)分析是依據(jù)各因素數(shù)列曲線形狀的接近程度做發(fā)展態(tài)勢的分析。關聯(lián)度分析是基于灰色系統(tǒng)的灰色過程，進行要素（六因素）時間序列的大小排序來表明哪些因素對PM2.5 的影響最大，適合隨時間變化的動態(tài)的分析。與其他相關性分析方法相比，它對數(shù)據(jù)要求低，計算量小，分析效果更好。利用灰色關聯(lián)理論得到各因素關聯(lián)度的排列順序，篩選出與PM2.5 關聯(lián)性較強的環(huán)境因素[3]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

本文采用Excel 與SPSS 軟件對數(shù)據(jù)進行處理與分析。

2 結果與分析

2.1 PM2.5時空分布污染特征

2.1.1 PM2.5 濃度隨時間變化

攀枝花市24 小時內PM2.5 濃度變化趨勢見圖1，可以看出，PM2.5 從凌晨3 點開始持續(xù)上升，到9 點時達到最大值，隨后下降，17 點后上升至19 點達到最高值后下降。可以看出，在上下班高峰期，PM2.5 濃度波動較大。

圖1 24小時內PM2.5濃度變化趨勢

攀枝花市PM2.5 濃度月變化趨勢見圖2?？梢钥闯?，大部分月份PM2.5 濃度均在0.035mg/Nm3以上，其中1 月份和12 月份PM2.5 濃度最大，這主要是由于攀枝花冬季容易出現(xiàn)逆溫層，加上冬季風速較低，均不利于PM2.5 擴散[3]。最高值與最低值相差0.026mg/Nm3，最高值與平均值相差0.013mg/Nm3，月平均值為0.033mg/Nm3，月間變化較大。同時，攀枝花雨季主要是在6-8 月份，PM2.5 濃度較低，這是由于降雨對PM2.5具有清除效果。目前有研究表明氣象條件降雨量大小均會影響大氣中的污染物濃度，劉星等人[4]研究表明夏季降雨量大小對大氣顆粒物濃度的影響表現(xiàn)為，日降雨量較大時，特別是大于10mm，能夠明顯降低大氣中PM10、PM2.5 和SO2的濃度。

圖2 攀枝花市PM2.5月變化

2015-2019 年，攀枝花市PM2.5 濃度變化趨勢為先平緩上升，隨后下降。2018 年，PM2.5 濃度最大，其值為0.034mg/Nm3。攀枝花市空氣質量污染物具有明顯的季節(jié)分布特征。PM2.5 質量濃度在冬季最高，夏季最低。根據(jù)季節(jié)，PM2.5 濃度大小排序為冬季＞春季＞秋季＞夏季，這是由于春季與冬季氣溫接近，且春季風速較其他季節(jié)較大[3]，從而引起施工建筑中揚塵四起，進而導致空氣中顆粒物增加。

2.1.2 PM2.5 濃度空間變化特征

攀枝花市環(huán)境監(jiān)測站5 個監(jiān)測站點PM2.5 月均濃度值變化（如圖3）。5 個監(jiān)測站點PM2.5 濃度1 月份均顯著高于其他月份，6 月份最低?？晌腩w粒物濃度分布具有較明顯的時空分布規(guī)律。上半年四十中小站點較低，下半年仁和站點較低，弄弄坪站點PM2.5濃度較高，該站點周邊有工業(yè)區(qū)，從而容易引起局部環(huán)境顆粒物超標。

圖3 攀枝花市PM2.5時空變化

2.2 PM2.5與其他參數(shù)相關性分析

為了相關性關系更加明確，以PM2.5 濃度為縱坐標，其他參數(shù)濃度值為橫坐標，可大致分析PM2.5 與其他參數(shù)之間的關系。根據(jù)曲線擬合，y=0.548x-0.002，R2=0.9934，PM2.5 與PM10 具有較強的相關性，并呈正相關，隨著PM10 濃度的增加，PM2.5 的濃度增加；y=1681.9x3-157.05x2+5.188x-0.02，R2=0.802，PM2.5 與SO2具有較弱的相關性，并呈多項式正相關，隨著SO2濃度的升高，PM2.5 的濃度增加；y=-0.182x+0.053，R2=0.353，PM2.5 與O3-8 呈負相關，但相關性不大；y=0.013x3-0.089x2+0.215x-0.142，R2=0.761，PM2.5 與CO具呈顯著正相關，PM2.5 的濃度隨著CO 濃度的增加；y=-22.16x2+2.52x-0.026，R2=0.789，PM2.5 與NO2具有相關關系，并呈正相關，隨著NO2濃度的增加，PM2.5的濃度隨之增加。

2.2.1 灰色關聯(lián)度分析

灰色關聯(lián)度分析即量化分析佐證PM2.5 與其他參數(shù)的關系。當計算出得灰色關聯(lián)度（R）值越大說明該因子對PM2.5 濃度影響越大；當計算出得得灰色關聯(lián)度（R）值越小說明該因子對PM2.5 濃度影響越小[5]。

根據(jù)R 值得大小及影響強弱可細分為以下情況：當R≤0.30 時，屬于低關聯(lián)，表示兩因素相互影響作用弱；當0.60≥R＞0.3 時，兩因素屬于中等作用，表示兩因素之間耦合作用中等；當0.60＜R≤0.8 時，屬于較高關聯(lián)，表示兩個因素之間存在較顯著的耦合作用；0.8＜R≤1 時，屬于高關聯(lián)，表示兩個因素呈極顯著的耦合作用[6]。選取2015-2019 年PM2.5 月均濃度作為參考數(shù)列，SO2、NO2、PM10、CO、O3-8 對應濃度作為比較數(shù)列，計算出灰色關聯(lián)度見表1。

表1 PM2.5與其他參數(shù)灰色關聯(lián)系數(shù)

關聯(lián)度大小順序為PM10＞CO＞NO2＞SO2＞O3-8，即PM2.5 與PM10 的關聯(lián)度最大耦合作用最大，CO 次之，隨后為NO2、SO2，其中和O3-8 耦合作用屬于中等。CO、PM10、NO2、SO2與PM2.5 的R 值均大于0.8，表明PM2.5 與三個污染物指標有將強的耦合作用，O3-8 與PM2.5 屬于中等關聯(lián)。一般來水，CO 主要來源于燃煤不充分的燃料燃燒以及機動車尾氣的排放的廢氣，SO2和NO2一般主要來源于工業(yè)生產和汽車尾氣排放等。因此可推斷工業(yè)生產、城市發(fā)展建設、交通道路汽車排放等已成為影響攀枝花市環(huán)境空氣質量的主要原因。

2.2.2 PM2.5 與PM10 的比值

PM2.5/PM10 值不僅可以表示PM10 中細粒子的含量，同時可以看出PM2.5 在環(huán)境中污染水平。研究表明當0.4＞PM2.5/PM10 值＞0.3 時，說明PM2.5 影響環(huán)境污染程度較輕；當在PM2.5/PM10 值＞0.5 時，說明PM2.5 污染較為嚴重[7]。

各站點PM2.5/PM10 結果見表2，弄弄坪監(jiān)測站點PM2.5 和PM10 變化范圍為0.410～0.547，河門口站點PM2.5 和PM10 變化范圍為0.506～0.575，炳草崗站點PM2.5 和PM10 變化范圍為0.417～0.633，仁和站點PM2.5 和PM10 變化范圍為0.512～0.543，四十中小站點PM2.5 和PM10 變化范圍為0.474～0.559。2017-2019 年攀枝花市PM2.5/PM10 值均在0.5 以上，表明影響攀枝花市環(huán)境空氣質量主要污染物為PM2.5。

表2 各站點PM2.5和PM10質量濃度比值

3 討論與分析

（1）PM2.5 濃度分布具有明顯的時空分布特征：即PM2.5 濃度為冬季最高，夏季最低，這可能是因為攀枝花市氣候有關，春冬兩季氣候干燥，降雨量少，風大，容易引起揚塵，導致PM2.5 濃度高于其他兩季；攀枝花市為典型的工業(yè)城市；PM2.5 濃度月變化和各站點濃度均呈“V”型；PM2.5 濃度弄弄坪站點高于其他站點，這跟攀枝花市工業(yè)布局城市建設等有關，弄弄坪站點周邊地區(qū)工業(yè)生產較多、主要交通運輸通道等有關。

（2）PM2.5 與PM10、SO2、NO2、CO 呈正相關，與O3-8 呈負相關。根據(jù)灰色關聯(lián)系數(shù)可知，CO 與PM2.5關聯(lián)度最大，PM10、SO2、NO2都屬于高關聯(lián)，而CO、SO2、NO2的主要來源于煉鋼、焦爐、煤炭的燃燒以及交通運輸汽車尾氣的排放，說明這根攀枝花市交通運輸汽車尾氣排放有關；關聯(lián)度最小的都是O3-8，屬于中等關聯(lián)。攀枝花市PM2.5/PM10 比值在0.5 以上，細顆粒物已成為攀枝花市主要的污染物。

結語

PM2.5 已成為攀枝花市的主要污染物，其主要污染物來源于工業(yè)生產、汽車尾氣排放、能源物質燃燒以及城市建設運輸?shù)确矫?，根?jù)成因，提出一下相關對策與建議，一是構建綠色低碳的生產生活方式，深入推進產業(yè)結構和能源結構調整；二是在城市建設過程中應加強揚塵的控制；三是推行綠色出行，盡量乘坐公共交通工具。