廊坊地區(qū)PM2.5 變化特征研究

高清泉 高清源 李紅星 郭淑靜 田 碩 呂宜謙

（1 廊坊市氣象局，河北廊坊 065000；2 鞍山市氣象局，遼寧鞍山 114000；3 大廠回族自治縣氣象局，河北大廠 065361；4 廊坊市生態(tài)環(huán)境局，河北廊坊 065000）

在空氣環(huán)境中，PM2.5的空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑≤2.5 μm，不及人頭發(fā)絲粗細(xì)的1/20。 與粒徑較大的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠(yuǎn)，屬于極易人體吸入顆粒。 PM2.5含有大量的有毒、有害物質(zhì)，可直接到達人體肺泡，通過血液循環(huán)到達全身，且極難排出體外。 研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5與循環(huán)系統(tǒng)疾病死亡正相關(guān)[1-2]，環(huán)境中PM2.5濃度每日增加10 μg/m3， 患腦血管疾病風(fēng)險增加1.29%，因心血管疾病死亡的風(fēng)險增加12%[3]。 因此，國內(nèi)外關(guān)于華北地區(qū)大氣環(huán)境污染的研究逐漸增多。 Zhao 等[4]開展了針對北京市大氣顆粒物PM2.5來源的研究，發(fā)現(xiàn)其主要來源為燃燒、揚塵以及機動車排放等，地域?qū)ξ廴驹簇暙I率的變化影響不明顯。許多研究報道了北京等大中城市空氣質(zhì)量特征， 分析了其時間變化規(guī)律以及空間分布差異[5-8]，但是對中小城市空氣質(zhì)量特征的研究較少。

廊坊市位于河北省中東部，地處北京、天津兩大城市之間，被譽為“京津走廊上的明珠”，距離北京市區(qū)和天津市區(qū)分別約40 km 和60 km， 距離首都機場、 北京大興機場和天津港分別約70、25、100 km。城市定位是京津冀城市群中的重要中心城市， 承接京津部分城市功能， 以發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為主的生態(tài)宜居城市。 本研究利用對PM2.5質(zhì)量濃度的實時觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析， 探討廊坊市區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度的月、季節(jié)及日變化情況，并且對周末和工作日的PM2.5質(zhì)量濃度差異特征進行分析，可以為大氣環(huán)境污染防控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)， 有利于人們根據(jù)污染特征選擇出行和開展戶外活動。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究選取廊坊市氣象信息共享平臺PM2.5質(zhì)量濃度的實時觀測數(shù)據(jù)， 以河北省廊坊市生態(tài)環(huán)境局公布的2015—2018 年廊坊市環(huán)境質(zhì)量概要數(shù)據(jù)作為對比資料。

1.2 儀器與方法

1.2.1觀測儀器。 采用安徽藍(lán)盾光電股份有限公司生產(chǎn)的β 射線法大氣顆粒物監(jiān)測儀（以下簡稱監(jiān)測儀）進行觀測。 監(jiān)測儀利用β 射線作為輻射源，采用恒定流量抽氣， 大氣中的懸浮顆粒吸附在β 源與探測器之間的濾紙表面。 抽氣前后探測器對β 射線計數(shù)值的改變反映了濾紙上吸附顆粒物質(zhì)量， 根據(jù)抽氣體積可以換算單位體積空氣中懸浮顆粒的濃度。該儀器主要用于測量大氣中可吸入顆粒物PM10和PM2.5。

1.2.2污染等級劃分標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國空氣污染指標(biāo)包括二氧化硫、 氮氧化物和可吸入顆粒物或總懸浮顆粒物。2012 年國務(wù)院新修訂《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，將PM2.5監(jiān)測指標(biāo)納入污染指數(shù)項目[9]。 其中，空氣PM2.5污染等級劃分見表1。

表1 空氣PM2.5 污染等級劃分

2 結(jié)果與分析

2.1 總體分析

根據(jù)研究數(shù)據(jù)統(tǒng)計得知，全年逐小時PM2.5濃度分布在75 μg/m3以下， 優(yōu)良等級占樣本數(shù)據(jù)的78.6%，達到1/2 以上，具有一定的參考性。 根據(jù)全年逐時污染物統(tǒng)計得知，PM2.5作為首要污染物之一，占比達到33.1%。PM2.5對空氣污染指數(shù)（AQI）的影響至關(guān)重要。

2.2 月變化特征

為更好地了解廊坊市區(qū)PM2.5全年的變化情況，進一步探究數(shù)據(jù)的集中趨勢， 分析了2018 年P(guān)M2.5質(zhì)量濃度的日平均濃度變化。 結(jié)果表明，質(zhì)量濃度分布呈現(xiàn)雙峰特征，污染時間為72 d，其中，輕度污染38 d，中度污染24 d，重度污染及嚴(yán)重污染10 d。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）對質(zhì)量濃度日平均進行劃分。 其中，達到國家一級標(biāo)準(zhǔn)[ρ（PM2.5）≤35 μg/m3]，污染等級“優(yōu)”共144 d；達到國家二級標(biāo)準(zhǔn)[35 μg/m3＜ρ（PM2.5）≤75 μg/m3]，污染等級“良”共152 d；輕中度污染62 d，重度污染及以上7 d。2018 年P(guān)M2.5質(zhì)量濃度年平均為53.1 μg/m3。

2.3 季節(jié)變化特征

按照春季（3—5 月）、夏季（6—8 月）、秋季（9—11 月）、冬季（12 月至次年2 月）分析PM2.5質(zhì)量濃度季節(jié)變化特征。 不同季節(jié)的日變化強度特征呈現(xiàn)以下規(guī)律：冬季＞秋季＞春季＞夏季。 一年中四季的PM2.5質(zhì)量濃度的日變化特征規(guī)律呈“W”形。 早上6：00—8：00 PM2.5質(zhì)量濃度緩慢上升；9：00 之后下降，主要考慮廊坊市區(qū)內(nèi)機關(guān)、企事業(yè)單位上班時間為8：30，早上7：00—9：00 正處于早高峰期間，與北京、天津地區(qū)上班時間大致相同；下午PM2.5質(zhì)量濃度下降快，即下午有利于PM2.5的擴散。以上說明，白天PM2.5質(zhì)量濃度受車流量影響較大；晚上天氣背景較靜穩(wěn)、大氣層結(jié)相對穩(wěn)定而且易伴有逆溫層， 不利于污染物擴散，利于污染物積累，導(dǎo)致夜間PM2.5質(zhì)量濃度總體高于白天。

秋季與冬季的日變化趨勢相似， 但是峰值和谷值出現(xiàn)的時刻不同。秋季變化存在2 個較大的谷值，分別在5：00 與14：00；冬季只有1 個谷值，在15：00左右，日變化范圍更大，冬季的曲線變化在10：00 之前變化相對平緩。 秋冬季節(jié)PM2.5質(zhì)量濃度日變化范圍較大，夜間濃度大于白天濃度，主要原因是采暖方式以及空氣較干燥，夜間多天氣晴朗、氣溫低、大氣層結(jié)相對穩(wěn)定，形成逆溫現(xiàn)象，不利于PM2.5的稀釋與擴散運動[3]。

春季的日變化曲線與秋冬季節(jié)大致相同， 變化相對較小， 但污染強度比冬季大且存在一個最大的峰值（68 μg/m3），出現(xiàn)在早上7：00—8：00。 之后，濃度逐漸降低，16：00 濃度達到最低（50 μg/m3）。 分析其原因主要是春季多大風(fēng)天氣， 容易造成局部沙塵天氣或者污染物氣團輸送等。

夏季PM2.5質(zhì)量濃度在上午7：00 左右達到最高值，白天與夜間的變化幅度都偏小，濃度范圍為35~45 μg/m3，一天中優(yōu)良天氣相對穩(wěn)定。分析其原因：一方面， 夏季大氣層結(jié)不穩(wěn)定狀態(tài)時有發(fā)生且溫度較高，大氣層中對流垂直運動強烈、大氣運動明顯，有利于PM2.5擴散；另一方面，相較于其他季節(jié)，夏季多降雨，降水對大氣中懸浮物顆粒有明顯的沖刷作用，對PM2.5形成不利。

2.4 日內(nèi)變化特征

為進一步分析研究PM2.5質(zhì)量濃度日變化特征，更好地掌握其日濃度變化規(guī)律， 將工作日與周末分開討論。工作日與周末人們的生活方式有所不同，人們可根據(jù)污染特征選擇出行及戶外活動。 分析一周中PM2.5質(zhì)量濃度的日內(nèi)變化曲線可發(fā)現(xiàn)，星期一至星期日的日內(nèi)變化曲線趨勢大致相同，PM2.5質(zhì)量濃度值整體上呈如下趨勢：星期六＞星期日＞星期一＞星期五＞星期四＞星期三＞星期二。

星期一至星期日的夜晚PM2.5質(zhì)量濃度均高于白天，且周末日變化濃度值總體上高于工作日濃度值。但是，星期一在部分時段的濃度值數(shù)值較大且波動幅度大，其原因需進一步研究。 周末的PM2.5質(zhì)量濃度平均值顯著比其他日高；周末的PM2.5質(zhì)量濃度變化范圍較大，且以周日的變化最大。分析逐時數(shù)據(jù)及日數(shù)據(jù)得知，周末出現(xiàn)中、重度污染天數(shù)較多。

3 結(jié)論與討論

2018 年廊坊地區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度年平均值為53.1 μg/m3，與《廊坊市環(huán)境質(zhì)量概要（2018 年）》中公布的PM2.5年均濃度值（52 μg/m3）基本一致。 PM2.5空氣污染較往年持續(xù)呈好轉(zhuǎn)態(tài)勢。

PM2.5質(zhì)量濃度逐小時值在75 μg/m3以下，優(yōu)良等級占樣本數(shù)據(jù)的78.6%，達到1/2 以上。 PM2.5作為首要污染物之一，占比達到33.1%，其對空氣污染指數(shù)（AQI）的影響至關(guān)重要。 2018 年P(guān)M2.5質(zhì)量濃度日平均濃度分布呈現(xiàn)雙峰特征，白天6：00—9：00 污染較重，夜間21：00 至次日3：00 污染最為嚴(yán)重。污染天主要分布在上半年3—4 月以及下半年11—12 月。達到國家一級標(biāo)準(zhǔn)[ρ（PM2.5）≤35 μg/m3]，污染等級“優(yōu)”共144 d；達到國家二級標(biāo)準(zhǔn)[35 μg/m3＜ρ（PM2.5）≤75 μg/m3]，污染等級“良”共152 d，輕中度污染62 d，重度污染以上7 d。

PM2.5質(zhì)量濃度季節(jié)變化特征呈現(xiàn)冬季＞秋季＞春季＞夏季的規(guī)律。 四季PM2.5質(zhì)量濃度的日內(nèi)變化特征規(guī)律呈現(xiàn)“W”形。 夏季PM2.5質(zhì)量濃度在白天與夜間的變化幅度都偏小，范圍為35~45 μg/m3，一天中優(yōu)良天氣相對穩(wěn)定。 秋季與冬季的日內(nèi)變化趨勢大致相似，但是峰值和谷值出現(xiàn)的時刻有所區(qū)別：秋季變化存在2 個較大的谷值，分別在5：00 與14：00；冬季的曲線變化在10：00 之前變化相對平緩， 只有1 個谷值，在15：00 左右，日變化范圍更大。 春季的日變化曲線與秋冬季節(jié)大致相同，變化相對較小，但污染強度比冬季大。

PM2.5質(zhì)量濃度一周內(nèi)的日變化濃度特征為星期六＞星期日＞星期一＞星期五＞星期四＞星期三＞星期二。 星期一至星期日夜晚PM2.5質(zhì)量濃度均高于白天， 且周末日變化濃度值曲線總體上高于工作日濃度值。 周末2 d 的濃度變化范圍較大，且以星期日的變化最大。 周末的PM2.5質(zhì)量濃度平均值顯著高于其他日。

2018 年廊坊地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重污染天氣的天數(shù)與上年相比減少了13 d；空氣質(zhì)量綜合指數(shù)為5.94，與上年同期（6.61）相比下降了10.14%。 雖然重污染天氣減少，但其對年平均值的影響依然不可忽視，減少重污染天氣的天數(shù)可以有效降低年平均值。此外，本研究值具有一定的局限性：采樣點位于廊坊市區(qū)，大氣污染程度均一性較差。