老舊小區(qū)大氣污染特征分析

摘要：根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB 3095—2012），環(huán)境空氣污染物的基本項目有6種，即細顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、CO、SO2、O3和NO2。為了解老舊小區(qū)大氣污染物的時空分布特征，以蘭州市安寧區(qū)長風(fēng)東苑小區(qū)為研究區(qū)，監(jiān)測6種大氣污染物，分析大氣污染特征及影響因素。結(jié)果表明，小區(qū)主干道十字交叉口的污染物濃度高于主干道污染物濃度。老舊小區(qū)大氣中，PM2.5、PM10和CO濃度高值集中在08：00—09：00。PM2.5、PM10、CO、SO2和NO2受車流量影響較大；O3濃度與溫度表現(xiàn)出強相關(guān)性；PM2.5、PM10、CO、SO2和NO2濃度與風(fēng)速均呈負相關(guān)，O3濃度與風(fēng)速呈正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：老舊小區(qū)；大氣污染特征；相關(guān)分析；氣象要素

中圖分類號：X51 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）06-0-07

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.045

Analysis of Air Pollution Characteristics in Old Residential Areas

RAN Hongjuan1， RAN Hongwei2， WANG Hualan1

（1. School of Traffic and Transportation， Lanzhou Jiaotong University， Lanzhou 730070， China;

2. Yinchuan Signaling amp; Communication Depot， China Railway Lanzhou Group Co.， Ltd.， Yinchuan 750000， China）

Abstract： According to the Environmental Air Quality Standard （GB 3095—2012）， there are six basic items of environmental air pollutants， namely fine particulate matter （PM2.5）， inhalable particulate matter （PM10）， CO， SO2， O3， and NO2. In order to understand the spatiotemporal distribution characteristics of air pollutants in old residential areas， Changfeng Dongyuan residential area in Anning district， Lanzhou city is taken as the research area to monitor six types of air pollutants and analyze the characteristics and influencing factors of air pollution. The results indicate that the pollutant concentration at the intersection of the main road in the community is higher than that on the main road. In the atmosphere of old residential areas， high concentrations of PM2.5， PM10， and CO are concentrated in 08：00—09：00. PM2.5， PM10， CO， SO2， and NO2 are greatly affected by traffic flow; O3 concentration shows a strong correlation with temperature; PM2.5， PM10， CO， SO2， and NO2 concentrations are negatively correlated with wind speed， while O3 concentration is positively correlated with wind speed.

Keywords： old residential areas; air pollution characteristics; correlation analysis; meteorological elements

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化的推進，大氣污染已成為我國城市面臨的主要環(huán)境問題之一。研究表明，人們長期暴露于污染的大氣環(huán)境，會產(chǎn)生呼吸系統(tǒng)疾病和癌癥等健康問題[1]?！丁敖】抵袊?030”規(guī)劃綱要》強調(diào)，要深入應(yīng)對和解決大氣污染問題，完善針對嚴重污染天氣的區(qū)域聯(lián)合預(yù)警機制，全面推進城市空氣質(zhì)量達標管理，以促進全國城市的環(huán)境空氣質(zhì)量明顯改善。居住街區(qū)作為城市中人群活動最為集中的場所，其空氣質(zhì)量與居民健康密不可分[2]。

溫度、風(fēng)速和相對濕度等氣象要素在大氣自凈能力中起關(guān)鍵作用，對大氣質(zhì)量有顯著影響。目前，國內(nèi)外的研究多數(shù)只針對單一污染物，不同氣象條件下多種污染物的系統(tǒng)性研究較少[3]。許多學(xué)者對天津市[4]、大連市[5]、成都市[6]、珠海市[7]、合肥市[8]和聊城市[9]等城市的大氣污染特征進行分析，為城市空氣質(zhì)量改善提供決策支撐。我國城市機動車大氣污染物研究已經(jīng)取得初步成果，但居住區(qū)機動車大氣污染研究較少，不足以支撐居住區(qū)大氣污染防治。老舊小區(qū)一般沒有地下停車場，機動車隨意停放問題突出，大氣污染特征有待深入研究。

長風(fēng)東苑小區(qū)位于蘭州市安寧區(qū)興安路和長風(fēng)街的交叉口，該小區(qū)建于20世紀70年代，總建筑面積為14.30萬m3。小區(qū)共有2 565戶居民，其中約40%是三代家庭，老年人和兒童是小區(qū)內(nèi)日?；顒拥闹饕巳骸Ｒ蚤L風(fēng)東苑小區(qū)為研究區(qū)，研究老舊小區(qū)大氣污染物的空間分布特征，分析其與諸多影響因子的相關(guān)性，從而助力老舊小區(qū)大氣污染物防治，進一步改善老舊小區(qū)大氣環(huán)境。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

主要監(jiān)測指標包括6項大氣常規(guī)污染物與5項氣象因子，同步監(jiān)測交通量，在2個點位進行連續(xù)監(jiān)測，每個點位連續(xù)監(jiān)測10 h，測量時間為夏季。6項大氣常規(guī)污染物分別為細顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、CO、SO2、O3和NO2，氣象因子分別為溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向和風(fēng)速。點位1為小區(qū)道路主干道，點位2為小區(qū)主干道十字交叉口。其中，大氣常規(guī)污染物與氣象因子監(jiān)測采用小型氣象站，車流量采用便攜式手持計數(shù)器進行計數(shù)，每小時統(tǒng)計1次，進行10 h不間斷測量。

1.2 研究方法

采用皮爾遜相關(guān)分析法對研究區(qū)大氣污染物與諸多影響因子的相關(guān)性進行度量，如式（1）所示。使用Origin軟件進行分析，繪制6項常規(guī)污染物的箱線圖，快速且直觀地反映原始數(shù)據(jù)的分布，從而檢測每組數(shù)據(jù)是否存在異常值。處理異常值時，要盡可能保留數(shù)據(jù)的完整性，并盡可能減少對數(shù)據(jù)分布和分析產(chǎn)生的影響，所以將異常值替換為平均值。對測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，判斷數(shù)據(jù)無缺失值。處理后的6項常規(guī)污染物數(shù)據(jù)均在合理范圍內(nèi)，稍微有偏離，但是也在正常檢測范圍內(nèi)。

（1）

式中：rxy為不同因子的相關(guān)系數(shù)；n為數(shù)據(jù)總數(shù)；x、y為兩個因子的監(jiān)測值。

2 結(jié)果分析

2.1 老舊小區(qū)污染物時間變化特征

老舊小區(qū)大氣污染物濃度變化如圖1所示。PM10濃度為8～65 μg/m3，PM2.5濃度為6～53 μg/m3，CO濃度為0.114～1.331 mg/m3，NO2濃度為12～39 μg/m3，SO2濃度為1～9 μg/m3，O3濃度為35～177 μg/m3。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，大氣污染物PM10、PM2.5和CO濃度高值集中在08：00—09：00。經(jīng)分析，早晨，老舊小區(qū)居民上班或上學(xué)的出行活動增加，交通運輸和工業(yè)活動相對較為頻繁，汽車尾氣中的污染物排放量增加，導(dǎo)致污染物在空氣中的濃度上升。大氣中，O3濃度高，一直處于上升趨勢。經(jīng)分析，原因可能是夏季紫外線強烈，導(dǎo)致光化學(xué)煙霧和臭氧生成增加。此外，夏季溫度較高，溫暖的空氣上升不暢，導(dǎo)致O3在近地面積累。

如圖2所示，老舊小區(qū)內(nèi)，點位2的PM2.5、PM10、CO和SO2的濃度基本均高于點位1的污染物濃度。經(jīng)分析，原因可能是機動車經(jīng)過十字路口時，為了保證小區(qū)居民安全和禮讓行人，需要減速，除正常排放的污染物，還有怠速附加排放的污染物，污染物濃度會顯著增加，從而影響居民的生活環(huán)境[10]。

2.2 大氣污染物的影響因素分析

老舊小區(qū)內(nèi)，大氣污染物濃度與氣象要素、交通量的相關(guān)分析結(jié)果如圖3所示。風(fēng)速與污染物濃度呈負相關(guān)，說明風(fēng)速大可以加快污染物的擴散[11]。風(fēng)速是污染物水平擴散的主要動力。O3濃度與溫度的相關(guān)性顯著，原因可能是溫度較高時，太陽輻射強烈，加劇光化學(xué)煙霧及O3的產(chǎn)生[12]。

氣溫越高，環(huán)境空氣的臭氧濃度越大，氣溫越低，越不利于產(chǎn)生臭氧污染[13]。CO作為機動車尾氣中濃度最大的有害成分，對人體有極大的危害，其與交通量和氣象要素的相關(guān)性顯著。除O3外，其他5項大氣常規(guī)污染物濃度與交通量呈正相關(guān)。氣象要素主要決定大氣污染物的傳輸過程，SO2與氣象要素呈微小的負相關(guān)。SO2進入空氣，易與空氣中的其他物質(zhì)反應(yīng)。若風(fēng)速小，氣溫高，則SO2會在部分區(qū)域快速集聚，產(chǎn)生重度污染。

為研究風(fēng)向、風(fēng)速對老舊小區(qū)大氣污染物濃度的影響，依次繪制PM2.5、PM10、CO、O3、SO2和NO2在不同風(fēng)向、風(fēng)速下的濃度極坐標圖，如圖4所示。整體來看，除CO與O3外，PM2.5、PM10、SO2和NO2濃度高值基本分布在盛行風(fēng)向為北偏東15°到東偏南150°的區(qū)域。此區(qū)域PM2.5的濃度高值集中在23.63～35.38 μg/m3，PM10的濃度高值集中在29.38～43.63 μg/m3，SO2的濃度高值集中在5.500～8.125 μg/m3，NO2的濃度高值集中在28.88～35.63 μg/m3，盛行風(fēng)為東北風(fēng)。不同的是，CO濃度最高值出現(xiàn)在盛行東北風(fēng)的區(qū)域，CO濃度最高值達到1.331 mg/m3。風(fēng)速為0.2～0.6 m/s時，出現(xiàn)污染物濃度的最高值，原因是此區(qū)間距離老舊小區(qū)道路近，同時風(fēng)速較小。由此可見，風(fēng)向?qū)吓f小區(qū)大氣污染物PM2.5、PM10、SO2和NO2的影響較大，風(fēng)向與風(fēng)速的共同作用[14]影響老舊小區(qū)大氣污染物的濃度分布。

3 結(jié)論

長風(fēng)東苑小區(qū)屬于老舊小區(qū)，大氣污染物PM10、PM2.5和CO濃度高值集中在08：00—09：00。老舊小區(qū)主干道十字交叉口的污染物濃度高于主干道污染物濃度。相關(guān)分析表明，風(fēng)速與污染物濃度呈負相關(guān)，風(fēng)速可以加快污染物的擴散，監(jiān)測時段風(fēng)速和溫度平均值分別為0.68 m/s、26.44 ℃，風(fēng)速較低，溫度偏高。PM2.5、PM10、CO、SO2和NO2濃度與風(fēng)速均呈負相關(guān)，O3濃度與風(fēng)速呈正相關(guān)。PM2.5、PM10、CO、SO2和NO2濃度與溫度均呈負相關(guān)且相關(guān)性顯著，O3濃度與溫度呈正相關(guān)且相關(guān)性顯著。

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作者簡介：冉宏娟（1997—），女，甘肅靖遠人，碩士。研究方向：交通環(huán)境。

通信作者：王花蘭（1969—），女，甘肅秦安人，博士，教授。研究方向：交通運輸規(guī)劃與管理。