天水市大氣常規(guī)污染物變化特征分析

楊璐

（天水市環(huán)境監(jiān)測中心，甘肅 天水 741000）

隨著工業(yè)化及城鎮(zhèn)化速度的不斷加快，天水市受到空氣環(huán)境污染的程度也越來越重[1]，本文利用安裝在城區(qū)的兩個(gè)國控環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對常規(guī)污染因子的污染特征進(jìn)行了分析，為天水市大氣環(huán)境的治理提供一定的技術(shù)支持[2]。

1 監(jiān)測點(diǎn)位和數(shù)據(jù)來源

1.1 監(jiān)測點(diǎn)位

天水市兩個(gè)環(huán)境空氣監(jiān)測點(diǎn)位分別是秦州區(qū)公園小學(xué)和麥積區(qū)國土局和仙人崖，連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測，數(shù)據(jù)通過VPN通道同時(shí)發(fā)送中國環(huán)境監(jiān)測總站、甘肅省生態(tài)環(huán)境廳和天水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，數(shù)據(jù)有效性由總站審核。

1.2 數(shù)據(jù)來源

選取三個(gè)站點(diǎn)2020-2021 年春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)有代表性月份月平均濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。文章統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)均從自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中隨機(jī)選取，主要保證所選數(shù)據(jù)在一天內(nèi)是完整有效的，不帶任何傾向性。（時(shí)段和處理方法后面文章中均有詳細(xì)描述）

2 大氣常規(guī)污染物特征分析

對秦州區(qū)公園小學(xué)和麥積區(qū)國土局兩個(gè)國控點(diǎn)的環(huán)境六要素觀測結(jié)果進(jìn)行分析，并與仙人崖區(qū)域背景點(diǎn)進(jìn)行對比。

2.1 冬季

選 取2020 年 冬 季12 月1 日-2021 年1 月31 日期間環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，其中進(jìn)步巷、文化館及仙人崖站點(diǎn)PM10月平均質(zhì)量濃度分別為86.0±34.1、107.2±44.2 和35.7±16.9μg/m3，麥積區(qū)質(zhì)量濃度最高，秦州區(qū)次之，仙人崖背景區(qū)城明顯低于城市中心區(qū)域。細(xì)顆粒物PM2.5濃度的分布趨勢與PM10基本一致，3 個(gè)站點(diǎn)月平均濃度分別為50.3±22.0、68.1±28.9 和24.1±13.4μg/m3，同樣也是背景區(qū)城明顯低于城區(qū)，秦州城區(qū)低于麥積城區(qū)，說明城區(qū)中不同區(qū)域受排放源、擴(kuò)散條件、地形地貌等影響，顆粒物濃度存在顯著的局地變化。根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，PM10日均質(zhì)濃度應(yīng)不超過150μg/m3，PM2.5日均質(zhì)量濃度應(yīng)不超過75μg/m3。秦州區(qū)公園小學(xué)和麥積區(qū)國土局PM10日均濃度均達(dá)標(biāo)，最高值分別是140.0 和144.8μg/m3。秦州公園小學(xué)站點(diǎn)的PM2.5出現(xiàn)兩次污染過程，日均濃度超標(biāo)天數(shù)為2，分別是12 月14 日和12 月24 日，超標(biāo)率為6.45%，最高值達(dá)到93.8μg/m3。麥積文化館站PM2.5出現(xiàn)4 次污染過程，分別是12 月4-5 日、12月8-14日、12月21-24日和12月27-29日，日均濃度超標(biāo)天數(shù)為12,超標(biāo)率為38.71%，最高值達(dá)到106.17μg/m3，出現(xiàn)在12 月24 日。秦州區(qū)和麥積區(qū)的PM2.5雖均有超標(biāo)日出現(xiàn)，但均無重度污染發(fā)生。所有PM2.5超標(biāo)日均發(fā)生在不利于污染物擴(kuò)散的均壓場控制的靜穩(wěn)天氣條件下?？偟膩砜?，天水市主城區(qū)PM10達(dá)標(biāo)情況較好，PM2.5超標(biāo)率高于PM10，麥積區(qū)超標(biāo)率高于秦州區(qū)，城市背景區(qū)域空氣質(zhì)量較好。天水市主城區(qū)冬季大氣污染以細(xì)顆粒物污染為主導(dǎo)，且各城區(qū)有明顯的差別，不利的天氣條件是污染物積累的主要外部驅(qū)動(dòng)因子。

分析氣態(tài)污染物濃度，兩個(gè)站點(diǎn)臭氧濃度呈現(xiàn)明顯日夜變化，而背景站變化幅度較小。進(jìn)步巷站點(diǎn)、文化館站點(diǎn)及仙人崖站點(diǎn)O3濃度分別為21.6±23.7、19.4±18.1 和53.9±16.7μg/m3。三個(gè)站點(diǎn)NO2的月均值濃度分別為57.2±19.8、50.5±17.1 和11.4±7.1μg/m3。秦州站NOx濃度略高于麥積站。背景站NOx維持在較低水平。S02和CO與NOx具有相似的分布趨勢。

2.2 春季

選取2020年4月1-5月6日期間環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，公園小學(xué)、國土局及仙人崖站點(diǎn)PM10月平均質(zhì)量濃度分別為53.2±25.7、69.5±40.5 和29.5±16.3μg/m3，兩城區(qū)均高于背景區(qū)域，麥積區(qū)質(zhì)量濃度最高，秦州區(qū)次之，仙人崖區(qū)域明顯低于城市中心區(qū)域。細(xì)顆粒物PM2.5濃度的分布趨勢與PM10基本一致，但明顯春季PM10波動(dòng)范圍較大。3個(gè)站點(diǎn)PM2.5月平均濃度分別為21.5±9.08、27.1±10.9 和14.5±6.2μg/m3，同樣也是背景區(qū)域明顯低于城區(qū)，秦州城區(qū)低于麥積城區(qū)。

秦州區(qū)和麥積區(qū)的PM10日均濃度均達(dá)標(biāo)，最高值分別是100.6 和128.1μg/m3。秦州公園小學(xué)的顆粒物出現(xiàn)兩次污染過程，分別是4 月15日和4月17日。不同的是，麥積國土局顆粒物出現(xiàn)3 次污染過程，除與秦州城區(qū)相同的典型過程外，其5月1日至5月5日PM10濃度居高不下，小時(shí)值最高一度達(dá)到328μg/m3。這表明麥積區(qū)有較強(qiáng)的局地污染過程，也有可能受到春季頻發(fā)的浮塵天氣影響。秦州區(qū)和麥積區(qū)的PM2.5雖均有污染過程出現(xiàn)，但均無重度污染發(fā)生。所有污染過程的發(fā)生均處在不利于污染物擴(kuò)散的靜穩(wěn)天氣條件下?？偟膩砜矗焖兄鞒菂^(qū)顆粒物達(dá)標(biāo)情況較好，麥積區(qū)整體濃度高于秦州，城市背景區(qū)域空氣質(zhì)量較好，但在污染過程中也在一定程度上受到了的城市區(qū)域傳輸影響。天水市主城區(qū)春季大氣污染以PM10污染為主導(dǎo)，且各城區(qū)有明顯的差別。

兩站點(diǎn)臭氧濃度呈現(xiàn)明顯日夜變化，且由4-5月有明顯的逐日增加趨勢。在麥積城區(qū)5月初污染過程中，其夜間顆粒物在日間的迅速清除為臭氧生成提供了良好條件，使近期O3質(zhì)量濃度達(dá)到高值。而背景站O3濃度更高體現(xiàn)出強(qiáng)烈的光化學(xué)反應(yīng)過程。公園小學(xué)、國土局及仙人崖O3濃度分別為68.5±38.5、63.4±9.4和99.6±34.3μg/m3。三個(gè)站點(diǎn)NO2的月均值濃度分別為33.8±23.8、35.1±18.1 和6.1±2.2μg/m3。秦州區(qū)NOx濃度略低于麥積區(qū)，背景點(diǎn)NOx維持在較低水下。S02和CO 在冬季采暖過后均體現(xiàn)出較低的濃度水平。

2.3 夏季

選取2020 年7 月1-31 日期間環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，夏季由于良好的天氣擴(kuò)散條件及濕沉降條件，整體污染物濃度維持在較低水平。公園小學(xué)、國土局及仙人崖站點(diǎn)PM10月平均質(zhì)量濃度分別為22.6±14.4、24.7±16.4 和15.7±7.6μg/m3，兩城區(qū)均高于背景區(qū)域，麥積區(qū)質(zhì)量濃度最高，秦州區(qū)次之，仙人崖區(qū)域明顯低于城市中心區(qū)域。細(xì)顆粒物PM2.5濃度的分布趨勢體現(xiàn)出與PM10顆粒物的一致性，但夏季細(xì)顆粒物始終維持較低的質(zhì)量濃度。3個(gè)站點(diǎn)PM2.5月平均濃度分別為PM10月平均質(zhì)量濃度分別為8.6±5.6、7.5±4.1 和9.1±4.2μg/m3，在較低濃度下三站點(diǎn)細(xì)顆粒物濃度相近。

兩個(gè)站點(diǎn)臭氧濃度呈現(xiàn)明顯日夜變化，在顆粒物維持較低水平的同時(shí)，臭氧在夜間由于溫度影響也保持在一定濃度。在良好的光照條件下，其與前體物氮氧化物的反相關(guān)性體現(xiàn)得更加明顯。在城區(qū)7 月26 日至28 日污染過程中，O3濃度貢獻(xiàn)明顯。其公園小學(xué)、國土局及仙人崖站點(diǎn)O3濃度分別為68.5±31.1、63.9±31.4 和60.8±22.8μg/m3。三個(gè)站點(diǎn)NO2的月均值濃度分別為20.1±8.9、16.1±9.9和3.0±1.2μg/m3。秦州區(qū)站點(diǎn)NOx濃度略低于麥積區(qū)站點(diǎn)，背景站NOx維持在較低水平。S02和CO在仍然體現(xiàn)出較低的濃度水平。城市站點(diǎn)臭氧濃度高于背景站點(diǎn)濃度，其前體物的轉(zhuǎn)化對臭氧的生成產(chǎn)生了較大影響。

2.4 秋季

選取2020 年9 月20-10 月27 日期間環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，對比春夏兩季顆粒物濃度有明顯提升。公園小學(xué)、國土局及仙人崖站點(diǎn)PM10月平均質(zhì)量濃度分別為40.7±25.7、49.1±36.0和17.9±12.4μg/m3，兩城區(qū)均高于背景區(qū)域，麥積區(qū)質(zhì)量濃度最高，秦州區(qū)次之，仙人崖區(qū)域明顯低于城市中心區(qū)域。細(xì)顆粒物PM2.5濃度的分布趨勢體現(xiàn)出與PM10顆粒物的一致性，秋季整體顆粒物濃度呈現(xiàn)出增加趨勢。3個(gè)站點(diǎn)PM2.5月平均濃度分別為17.3±9.7、22.3±12.2和10.8±5.2μg/m3，背景站細(xì)顆粒物濃度無較大變化，在城市站體現(xiàn)出逐步累積的特征。

在10 月12-13 日顆粒物濃度突然增高，AQI 指數(shù)升高，天水市主城區(qū)整體出現(xiàn)較高的顆粒物污染，但持續(xù)時(shí)間較短，受局地排放影響較大。在10 月15 日之后，由于不利的氣象條件影響，各項(xiàng)污染物均有不同程度累積，顆粒物及氮氧化物污染積聚明顯?？偟膩砜?，秋季天水市麥積區(qū)整體污染物濃度高于秦州，城市背景區(qū)域空氣質(zhì)量較好，但在污染過程也受到了一定程度上的城市區(qū)域傳輸影響。

分析氣態(tài)污染物濃度，背景站點(diǎn)與夏季情況相同，不存在排放影響，但城市地區(qū)均有不同程度的增高。其進(jìn)步巷、文化館及仙人崖站點(diǎn)O3濃度分別為37.1±22.4、43.9±22.2 和25.9±20.5μg/m3。O3濃度水平青景站點(diǎn)高于城市站點(diǎn)，這是由于城市站點(diǎn)顆粒物的增加導(dǎo)致了臭氧前體物的減少。S02和CO出現(xiàn)一定程度累積。

2.5 四個(gè)季節(jié)對比

圖1為天水市主城區(qū)及背景點(diǎn)不同季節(jié)符合污染物平均日變化特征，由圖可知，冬季除O3外，其余污染物均呈現(xiàn)出雙峰形態(tài)日變化特征。在日平均態(tài)中我們可以看出，第一個(gè)污染物累積過程發(fā)生在早6:00—10:00點(diǎn)時(shí)間段，人為活動(dòng)及早高峰對污染物累計(jì)貢獻(xiàn)較大；第二個(gè)污染物累積過程發(fā)生在16:00-20:00 且斜率明顯大于早高峰過程，這說明在混合層湍流減弱的過程中，人為排放的污染物更易于累積并達(dá)到整體高值。春季，由于日照時(shí)數(shù)的增多，邊界層能量交換加劇，不同污染物呈現(xiàn)出不同日變化特征。污染物夜間擴(kuò)散能力也明顯優(yōu)于冬季。對于顆粒物來說，夜間仍存在一定累積，但相較于冬季16:00-20:00 峰值并不存在，氮氧化物夜間累積更加明顯。夏季污染物濃度進(jìn)-步降低，這是由良好的氣象條件和豐富的降水及進(jìn)一步加劇的邊界層能量交換協(xié)同作用導(dǎo)致。除臭氧外，顆粒物及氮氧化物仍在夜間有所累積，其他污染物變化不明顯并處于全年低值。秋季污染物日變化呈現(xiàn)出與冬季一樣的雙峰形趨勢，但整體波動(dòng)范圍較小。對背景站點(diǎn)來說，受局地人為排放影響較小，全年不存在雙峰形態(tài)污染物日變化。整體濃度維持在大氣背景水平。夏季由于人為排放的影響，城市區(qū)域的O3光化學(xué)反應(yīng)更加劇烈，其整體濃度高于背景區(qū)域，其他季節(jié)背景區(qū)城臭氧濃度均高于城市地區(qū)。

圖1 天水市城區(qū)四季大氣常規(guī)污染物平均日變化特征

3 結(jié)論

天水市主城區(qū)不同區(qū)域大氣常規(guī)污染物的整體季節(jié)變化特征：顆粒物及空氣質(zhì)量指數(shù)均體現(xiàn)出冬季＞春季＞夏季＞秋季的特征，三個(gè)站點(diǎn)除細(xì)顆粒物夏季較為接近以外，其他均為麥積區(qū)濃度大于秦州區(qū)，并遠(yuǎn)高于背景區(qū)域；對SO2來說，冬季整體出現(xiàn)高值，這可以歸因于燃煤排放的影響，在春、夏、秋三季城市站與背景站濃度差異并不大，體現(xiàn)出城市冬季燃煤的主要需求；而氮氧化物排放秦州區(qū)總體高于麥積區(qū)，秦州區(qū)更應(yīng)注重機(jī)動(dòng)車輛排放污染的治理；臭氧的變化特征不同于其他污染物，在背景區(qū)域由于顆粒物濃度較低提供給了臭氧更好的光化學(xué)反應(yīng)環(huán)境，使得背景站點(diǎn)的臭氧與城區(qū)濃度接近甚至超過城區(qū)站點(diǎn)。在整個(gè)城市環(huán)境下，不同污染物均存在相互作用及相互影響，各類污染物的協(xié)同治理尤為重要。