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      2017-2019年天水市污染物時(shí)空變化特征

      2021-12-21 15:49:40孔祥如王靖雅
      甘肅科技縱橫 2021年10期
      關(guān)鍵詞:季節(jié)變化空間分布臭氧濃度

      孔祥如 王靖雅

      摘要:本文基于2017-2019年天水市主城區(qū)三個(gè)國控站點(diǎn)逐時(shí)的污染物質(zhì)量濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)分析了天水市大氣污染物的時(shí)空變化特征,揭示了天水市大氣污染的變化情況。研究結(jié)果表明:(1)污染物具有明顯的季節(jié)變化特征,臭氧濃度呈現(xiàn)“夏高冬低”的變化趨勢;SO2、NO2、顆粒物和CO的濃度均呈現(xiàn)“冬高夏低”的變化趨勢。(2)臭氧濃度小時(shí)變化特征呈“單峰型”,峰值出現(xiàn)在15:00-16:00;其他5種污染物則呈“雙峰型”變化趨勢,峰值分別出現(xiàn)在10:00-11:00和21:00-22:00,谷值出現(xiàn)在16:00-17:00。(3)SO2和PM2.5均呈“北高南低”的空間分布特征,進(jìn)步巷和文化館兩個(gè)主城區(qū)的站點(diǎn)濃度明顯高于仙人崖站點(diǎn);O3高值區(qū)出現(xiàn)在天水市城區(qū)的中部區(qū)域,仙人崖背景點(diǎn)和文化館站點(diǎn)的O3濃度高于進(jìn)步巷監(jiān)測點(diǎn)。

      關(guān)鍵詞:顆粒物;臭氧濃度;季節(jié)變化;空間分布

      中圖分類號:X51 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

      0 引言

      伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn),大氣污染問題日益嚴(yán)重[1]。大氣污染已經(jīng)成為影響提高民生福祉和幸福感的嚴(yán)重阻礙。近年來霧霾天氣和沙塵天氣頻發(fā),給人民的正常出行和生產(chǎn)生活造成諸多困擾。環(huán)境污染不僅會影響空氣質(zhì)量和能見度,還會嚴(yán)重危害人體健康,也會對區(qū)域生態(tài)環(huán)境和全球氣候變化產(chǎn)生重要影響[1]。因此,大氣污染物的研究受到國內(nèi)外學(xué)者的的高度重視。天水位于甘肅省東南部,地勢西北高,東南低,東西長、南北窄,呈“兩山夾一河”的特殊地理形態(tài)[2]。根據(jù)發(fā)布的生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)顯示,2016-2018年連續(xù)三年天水市的可吸入顆粒物和細(xì)顆粒物均超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)。因此,通過研究天水市大氣污染物的時(shí)空變化特征,可以揭示天水市大氣污染的變化情況,對于改善天水市的環(huán)境空氣質(zhì)量,確保居民的身心健康具有重要意義。

      本文基于2017-2019年天水市3個(gè)國控站點(diǎn)監(jiān)測的6項(xiàng)大氣污染物(PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和O3)的逐時(shí)質(zhì)量濃度數(shù)據(jù),分析了其月變化特征和日變化特征;同時(shí)利用ArcGIS中的Kriging插值法對天水市6種大氣污染物的空間分布特征進(jìn)行了研究[11],以期為天水市今后的空氣污染防治等提供科學(xué)依據(jù)。

      1 資料與方法

      污染物濃度資料來源于天水市主城區(qū)3個(gè)環(huán)境空氣質(zhì)量國控站點(diǎn)2017-2019年的逐時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)。使用Excel 2010、Origin8.0 和ArcGIS10.4.1進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析工作。

      2 顆粒物質(zhì)量濃度的變化特征

      2.1 時(shí)間變化特征

      2.1.1 月變化特征

      由圖1可知,天水市主城區(qū)3個(gè)國控點(diǎn)臭氧濃度的月變化均呈“夏高冬低”的變化趨勢,其主要原因?yàn)椋合募緶囟容^高,太陽輻射較強(qiáng),導(dǎo)致光化學(xué)反應(yīng)增強(qiáng),臭氧濃度隨之升高;而冬季溫度最低,太陽輻射最弱,光化學(xué)反應(yīng)受到抑制,臭氧濃度隨之降低[12-17]。此外,仙人崖站點(diǎn)的臭氧濃度值高于進(jìn)步巷和文化館站點(diǎn)。

      3個(gè)國控點(diǎn)PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO濃度月變化特征均呈“夏低冬高”的變化趨勢,冬季污染物濃度最高主要與冬季燃煤取暖以及冬季擴(kuò)散條件較差有關(guān),而夏季溫度較高,上層空氣和下層空氣交換比較頻繁,水平風(fēng)速較大,垂直輸送和水平擴(kuò)散條件都比較好,所以污染物的濃度最低[14-19];此外,仙人崖背景點(diǎn)PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2濃度均低于進(jìn)步巷和文化館站點(diǎn),因?yàn)橄扇搜抡军c(diǎn)屬于空氣質(zhì)量背景點(diǎn),受人為源排放影響較小。進(jìn)步巷和文化館站點(diǎn)的顆粒物濃度在11月-次年5月出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象,11月-次年3月顆粒物超標(biāo)主要與冬季燃煤供暖有關(guān),大量煤炭等化石燃料的燃燒導(dǎo)致顆粒物濃度迅速增加;4月-5月顆粒物超標(biāo)主要與沙塵天氣有關(guān)。進(jìn)步巷與文化館站的NO2濃度超標(biāo)出現(xiàn)在冬季,與冬季燃煤供暖有關(guān)。除此之外,SO2和CO月均濃度在三個(gè)站點(diǎn)均無超標(biāo)現(xiàn)象出現(xiàn)。

      2.1.2 小時(shí)變化特征

      由圖2可知,天水市主城區(qū)3個(gè)國控點(diǎn)臭氧濃度的日變化特征均呈現(xiàn)典型的“單峰型”,峰值出現(xiàn)在15:00-16:00,其主要原因是午后溫度不斷升高,太陽輻射增強(qiáng),紫外線較強(qiáng),相對濕度不斷降低,光化學(xué)反應(yīng)持續(xù)增強(qiáng),氮氧化物不斷被消耗轉(zhuǎn)化為臭氧,臭氧濃度逐漸升高,并在16時(shí)左右達(dá)到峰值[12]。之后,隨著太陽輻射的減弱,光化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度降低,臭氧的生成受到限制,所以臭氧濃度急劇下降。

      SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO小時(shí)濃度變化特征大致呈“雙峰型”,峰值分別出現(xiàn)在10:00-11:00和21:00-22:00,谷值出現(xiàn)在16:00-17:00。主要原因是早上8點(diǎn)之后,人類各項(xiàng)生產(chǎn)生活活動開始進(jìn)行,交通進(jìn)入早高峰,機(jī)動車開始工作,汽車尾氣排放較多,使得NO2、CO、SO2和顆粒物濃度都較高[13-14];之后,隨著溫度的升高,邊界層高度也逐漸升高,擴(kuò)散條件相對較好;而21:00之后,溫度下降,空氣及顆粒物下沉,大氣層結(jié)穩(wěn)定,相對濕度增大,擴(kuò)散條件較差,污染物濃度再次升高,達(dá)到第二個(gè)峰值。

      2.2 空間變化特征

      利用ArcGIS中的Kriging插值法得到天水市城區(qū)2017-2019年SO2、PM2.5以及O3-8h平均質(zhì)量濃度的空間分布如圖3所示(因?yàn)镾O2、CO、NO2的空間分布圖基本相同,PM10與PM2.5的空間分布圖基本相同,所以本文只給出SO2、PM2.5、O3的空間分布圖)。由圖3可知,SO2、PM2.5以及O3年均濃度具有鮮明的空間分布特征:SO2和PM2.5的空間分布相差不大,均呈“北高南低”的分布趨勢,進(jìn)步巷和文化館兩個(gè)主城區(qū)的站點(diǎn)濃度明顯高于生態(tài)植被優(yōu)良的仙人崖站點(diǎn),說明SO2和PM污染的主要來源為人為源排放(排放高值區(qū)位于水泥建材企業(yè)和集中供熱企業(yè)所處區(qū)域)。O3高值區(qū)出現(xiàn)在天水市城區(qū)的中部區(qū)域,仙人崖背景點(diǎn)和文化館站點(diǎn)的O3濃度高于進(jìn)步巷監(jiān)測點(diǎn)。仙人崖背景點(diǎn)O3濃度高主要是因?yàn)橹参锼尫诺拇罅繐]發(fā)性有機(jī)物為光化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生提供了大量前體物,從而導(dǎo)致O3濃度較高;而文化館站點(diǎn)O3濃度較高主要與周邊分布有較多的工業(yè)企業(yè)有關(guān)。

      3 結(jié)論

      (1)PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO濃度月變化特征呈“夏低冬高”的變化趨勢,且仙人崖站點(diǎn)的污染物濃度均低于進(jìn)步巷和文化館監(jiān)測點(diǎn);臭氧濃度的月變化呈“夏高冬低”的變化趨勢,且仙人崖站點(diǎn)的臭氧濃度值高于進(jìn)步巷和文化館站點(diǎn);SO2、NO2和CO冬季的濃度明顯高于其它季節(jié),表明冬季供暖對城市空氣質(zhì)量影響較大。

      (2)受太陽輻射的影響,臭氧濃度的日變化特征均呈現(xiàn)典型的“單峰型”,峰值出現(xiàn)在15:00-16:00;SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO小時(shí)濃度變化特征大致呈“雙峰型”,峰值分別出現(xiàn)在10:00-11:00和21:00-22:00,谷值出現(xiàn)在16:00-17:00。

      (3)SO2和PM2.5均呈“北高南低”的分布趨勢,進(jìn)步巷和文化館兩個(gè)主城區(qū)的站點(diǎn)濃度明顯高于生態(tài)植被優(yōu)良的仙人崖站點(diǎn),說明SO2和PM污染的主要來源為人為源排放。仙人崖背景點(diǎn)和文化館站點(diǎn)的O3濃度高于進(jìn)步巷監(jiān)測點(diǎn)。

      參考文獻(xiàn)

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