北京地區(qū)降塵季節(jié)特點(diǎn)及測(cè)定條件研究

陸?zhàn)╆溃瑒⒈＋I(xiàn)，沈秀娥，安欣欣，馬騰飛，張 章，劉兆瑩

（1. 北京市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，北京 100048；2. 大氣顆粒物監(jiān)測(cè)技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048）

降塵量的變化容易受到季節(jié)、地理位置、自然環(huán)境條件、排放狀況和氣象因素的制約。大氣降塵在一定程度上指示著大氣污染的程度，大氣降塵量的變化可作為評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量?jī)?yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。降塵沉降量、化學(xué)組成和各成分含量能夠反映大氣環(huán)境質(zhì)量、組分特征和物理形態(tài)特征，可進(jìn)一步用于污染物源解析分析[1?5]。因此近年來，降塵監(jiān)測(cè)越來越受到生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門的重視。由于降塵污染較難從法律角度給予確切定義并執(zhí)行污染程度的劃分，所以世界各國(guó)或地區(qū)使用的降塵標(biāo)準(zhǔn)多為推薦標(biāo)準(zhǔn)而非強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。不同地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)主要集中在5～10 t/km2·30 d，這一濃度范圍分別代表最佳的期望值（即宜人環(huán)境）和城市的中等水平（即最大可接受程度）[6]。

我國(guó)幅員遼闊，不同城市的降塵特點(diǎn)受地域影響有顯著的差異。武漢等典型中部?jī)?nèi)陸城市的春季降塵污染最重，秋、冬季的降塵污染相對(duì)較輕[7]。烏魯木齊等典型的西北部城市的春季降塵污染最重，夏季降塵污染最輕，而集中采暖使得秋、冬季的降塵污染也較高[8]。新疆伊寧雖然與烏魯木齊是西北部城市，但其近年來夏季降塵污染最重，其次為春季，冬季則因積極的城市管理污染最輕[9]。鎮(zhèn)江等典型的南方長(zhǎng)江中下游城市，降塵特點(diǎn)是夏高冬低，但季節(jié)性差異小，其主要來源是本地源[10]。

本研究通過對(duì)北京地區(qū)降塵季節(jié)性特點(diǎn)進(jìn)行分析，根據(jù)城市特點(diǎn)，為本地降塵監(jiān)測(cè)、管理提供了具有季節(jié)針對(duì)性的管理手段。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 降塵樣品采集及測(cè)定方法原理

對(duì)降塵樣品采集及測(cè)定采用了我國(guó)降塵現(xiàn)行的國(guó)標(biāo)方法，即《環(huán)境空氣 降塵的測(cè)定 重量法:GB/T 15265—94》[11]。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了采用乙二醇水溶液做收集液的濕法采樣方法，用重量法測(cè)定環(huán)境空氣中的降塵。其方法檢出限為0.2 t/km2·30 d。

1.2 主要儀器及試劑

D350-D 型石墨電熱板、DHG-9053A 型電熱鼓風(fēng)干燥箱、3-550PD 型馬弗爐、集塵缸、瓷坩堝、乙二醇（優(yōu)級(jí)純）和蒸餾水。

2 結(jié)果與討論

2.1 北京市降塵污染變化規(guī)律

點(diǎn)位布設(shè)與采集方式：北京的西城、東城、朝陽(yáng)、昌平、海淀、石景山、順義、懷柔、豐臺(tái)、門頭溝、房山、通州、大興、平谷、密云和延慶等16 個(gè)區(qū)，共布設(shè)了33 個(gè)點(diǎn)采樣點(diǎn)。每個(gè)采樣點(diǎn)選用雙缸平行方式采樣，每月采集1 次，見圖1。

圖1 2018～2020 年北京市降塵量變化規(guī)律

圖1 可知，北京市降塵量2019 年（5.6 t/km2·30 d）比2018 年（7.5 t/km2·30 d）下降了25.3%，2020 年（5.0 t/km2·30 d）比2019 年（5.6 t/km2·30 d）下降了10.7%，呈現(xiàn)整體下降趨勢(shì)。2018、2019 和2020 年的全年降塵量最低時(shí)期分別為11、12 和1 月，均處于冬季。2018、2019 和2020 年的全年降塵量最高時(shí)期為4 和5 月，均處于春季。

從逐月降塵量可知，2020 年5 月（12.2 t/km2·30 d）較2019 年5 月（8.6 t/km2·30 d）顯著增高41.8%，2020 年10 月（ 4.3 t/km2·30 d） 較2019 年10 月（3.1 t/km2·30 d）顯著增高38.7%。2020 年5 月和10 月的特點(diǎn)是比前一年同期有更大規(guī)模的沙塵。

2.2 北京市春季降塵的特點(diǎn)及測(cè)定條件

近年北京春季（3～5 月）季節(jié)特點(diǎn)是大風(fēng)沙塵頻發(fā)，而北京地區(qū)其他季節(jié)沙塵發(fā)生的頻率和程度較小。如2019 年，北京市全年共發(fā)生13 次顯著沙塵天氣，其中春季沙塵7 次，占比53.8%；而2020年，北京市全年共發(fā)生11 次顯著沙塵天氣，其中春季沙塵6 次，占比54.5%，且春季沙塵的規(guī)模遠(yuǎn)超其他月份。

在2020 年4 月，實(shí)驗(yàn)組對(duì)通州東關(guān)、東城東四和延慶石河營(yíng)進(jìn)行了每日連續(xù)降塵監(jiān)測(cè)，對(duì)北京市春季影響降塵量的因素進(jìn)行了進(jìn)一步研究，見圖2。

圖2 沙塵對(duì)降塵量的影響

圖2 可知，沙塵過境是造成北京春季降塵量顯著增高的主要因素。如果遇到大規(guī)模施工，施工期間降塵量也會(huì)明顯提高。

2020 年4～5 月，實(shí)驗(yàn)組在通州東關(guān)、東城東四和延慶石河營(yíng)3 點(diǎn)進(jìn)行了沙塵過程單獨(dú)采樣，與當(dāng)月降塵樣品進(jìn)行了比較研究，見表1。

表1 大風(fēng)沙塵過境對(duì)北京市降塵污染的影響

表1 可知，沙塵過程對(duì)當(dāng)月沙塵貢獻(xiàn)率很大。在2020 年4～5 月的沙塵高峰期，當(dāng)月沙塵期貢獻(xiàn)率均＞50%。

2019 年3 月和6 月，實(shí)驗(yàn)組選取四季青、大興朱莊2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了沙塵期及非沙塵期、不同高度采樣點(diǎn)的比對(duì)研究，其中大興朱莊點(diǎn)位的特點(diǎn)為周圍裸地面積大，四季青點(diǎn)位的特點(diǎn)為周圍道路交通密集，見表2。

表2 同地理環(huán)境、不同高度的采樣點(diǎn)在風(fēng)沙期、非風(fēng)沙期的差異

表2 可知，四季青監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沙塵期的2019 年3 月，1～11 m 不同高度點(diǎn)的月均降塵量沒有顯著差異；非沙塵期的2019 年6 月，1～11 m 不同高度點(diǎn)的月均降塵量沒有顯著差異。大興朱莊監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沙塵期的2019 年3 月，1～11 m 不同高度點(diǎn)的月均降塵量，隨采樣高度的逐步升高而逐步降低；非沙塵期的2019 年6 月，1～11 m 不同高度點(diǎn)的月均降塵量沒有顯著差異。分析其主要原因是大風(fēng)沙塵期間，二次揚(yáng)塵將造成周圍裸地面積較大且高度較低點(diǎn)位的降塵量顯著增高。因此，整體上減少裸地面積、加強(qiáng)對(duì)裸地地區(qū)的清潔，可以減少大風(fēng)沙塵期降塵中的揚(yáng)塵污染。

2.3 北京市夏、秋季降塵的特點(diǎn)及測(cè)定條件

北京夏、秋季降塵特點(diǎn)是樣品缸內(nèi)的異物相對(duì)其他季節(jié)更多，其主要的異物種類是植物類、蟲類和鳥類。這主要是因?yàn)楸本┫?、秋季?dòng)植物活動(dòng)非常旺盛。國(guó)標(biāo)要求在測(cè)定前將缸中的異物挑揀排除，但有些種類的異物會(huì)溶解于乙二醇水溶液中無法通過挑揀剔除，動(dòng)植物類的異物在降塵缸中時(shí)間保留越久，對(duì)降塵樣品的污染程度越大，見表3。

實(shí)驗(yàn)組選取車公莊20 m 高度的樓頂采樣點(diǎn)，利用干燥少雨、動(dòng)植物活動(dòng)較少的2018 年12 月采集樣品，研究了本底試劑中蒸餾水加入量對(duì)降塵樣品的影響。表3 可知，蒸餾水本身的加入對(duì)降塵總量的影響很小。實(shí)驗(yàn)組在落葉較多的2019 年7 月進(jìn)行了腐葉影響條件實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)加入相同重量的梧桐落葉，將降塵缸置于室內(nèi)以剔除其他外界條件的干擾，以此分析腐葉對(duì)降塵樣品的影響，見表4。

表3 降塵蒸餾水影響條件實(shí)驗(yàn)

表4 降塵腐葉影響條件實(shí)驗(yàn)

表4 可知，純乙二醇試劑的抗腐能力遠(yuǎn)強(qiáng)于乙二醇與蒸餾水混合試劑。當(dāng)降塵缸中同時(shí)存在水和植物類異物時(shí)，降塵總量受植物類異物腐爛的影響會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)快速增長(zhǎng)。

北京地區(qū)在夏季雨水多、鳥蟲活動(dòng)較多的夏季，以及易產(chǎn)生大量落葉的秋季，盡量減少蒸餾水的加入量或不加入蒸餾水，可以減少易腐化污染物對(duì)降塵樣品的影響。如果采樣期間有較大的降雨量，盡快巡檢并剔除植物類異物也可以有效控制易腐化污染物對(duì)降塵樣品的影響。但由于異物本身攜帶了一定的塵粒，即使掉入異物的當(dāng)天即刻將其挑揀出，也不能完全剔除異物掉入對(duì)降塵樣品的影響。

2.4 北京市冬季降塵的特點(diǎn)及測(cè)定條件

北京冬季降塵量隨氣溫的降低，降低至全年最低值。這一點(diǎn)不同于一些典型的內(nèi)陸城市冬季降塵污染因采暖期的到來而上升，分析認(rèn)為主要是由于以下3 點(diǎn)原因：1）北京近年的電氣化改造大大減少了冬季燃煤的使用，進(jìn)而減少燃煤污染對(duì)降塵污染的貢獻(xiàn)；2）北京地區(qū)冬季氣溫較低、動(dòng)植物類異物影響較少，減少了腐化異物對(duì)降塵污染的貢獻(xiàn)；3）北京春節(jié)前大量流動(dòng)人口返鄉(xiāng)，城市生產(chǎn)活動(dòng)降至全年最低水平，減少了建筑施工、交通揚(yáng)塵等方面對(duì)降塵污染的貢獻(xiàn)，見表5。

表5 乙二醇濃度與冰點(diǎn)關(guān)系

北京冬季雨水很少且氣溫較低。乙二醇水溶液的冰點(diǎn)低于純乙二醇溶液，接近50%比例的乙二醇水溶液擁有更好的防凍能力，因此可根據(jù)冬季樣品采集期的實(shí)際氣候情況，合理增加本底試劑中蒸餾水的加入比例，以防止結(jié)冰。

3 結(jié)論

2018～2020 年，北京市降塵量總體呈下降態(tài)勢(shì)，且具備明顯的季節(jié)變化規(guī)律。從季節(jié)規(guī)律上看，北京市降塵量自3 月起，隨著春季風(fēng)沙的到來持續(xù)上升至5 月；在動(dòng)植物活動(dòng)旺盛、雨水充沛的夏季維持高位；自8 月起隨氣溫的逐步轉(zhuǎn)冷、動(dòng)植物活動(dòng)降低而持續(xù)下降至10 月；于春節(jié)前大量流動(dòng)人口返鄉(xiāng)，城市生產(chǎn)活動(dòng)降至全年最低水平的1 月前后達(dá)到谷底位，至次年2 月冬季結(jié)束。

針對(duì)北京地區(qū)的降塵監(jiān)測(cè)，春季應(yīng)注意配合大風(fēng)沙塵的跟蹤監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究、加強(qiáng)裸地管理，同時(shí)可以配合沙塵期單獨(dú)采樣比對(duì)掌握當(dāng)月沙塵影響程度，以客觀反映當(dāng)月非沙塵期的降塵水平；夏、秋季應(yīng)加強(qiáng)采樣巡檢頻率，及時(shí)清理異物，減少動(dòng)植物活動(dòng)對(duì)降塵樣品造成的污染和影響，并應(yīng)在雨季減少本底試劑中蒸餾水的加入比例以防止落入缸中的異物腐化污染；冬季應(yīng)注意根據(jù)氣溫變化，考慮增加本底試劑中蒸餾水的加入比例，以防止結(jié)冰。降塵監(jiān)測(cè)受季節(jié)環(huán)境、地理環(huán)境條件的影響巨大，不同地區(qū)應(yīng)根據(jù)該地區(qū)的具體情況進(jìn)行合理管控，以減少自然環(huán)境變化對(duì)降塵監(jiān)測(cè)的影響。