成都市氣溶膠放射性核素水平與空氣質(zhì)量變化規(guī)律研究

關(guān)鍵詞：氣溶膠；放射核素；空氣質(zhì)量

前言

大氣中的氣溶膠通常集中在近地面到2km范圍內(nèi)，粒徑在0.001um～100um之間的氣溶膠顆粒。《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑大小將大氣氣溶膠分為總懸浮物顆粒物（TSP），可吸入顆粒物（PM10）、細(xì)顆粒物（PM2.5）。而霾主要是大量細(xì)顆粒物（PM2.5）造成的，多發(fā)于冬春季節(jié)。

空氣與人們生活息息相關(guān)，它的污染不僅會(huì)引發(fā)環(huán)境問題，還對(duì)公眾健康造成危害。大氣氣溶膠對(duì)人體健康的危害主要表現(xiàn)在可吸入顆粒物上，特別是PM2.5。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近年來國內(nèi)大氣污染問題逐年發(fā)生，而以四川盆地為主的西南地區(qū)是中國霧霾污染最為嚴(yán)重的區(qū)域之一。國內(nèi)外對(duì)大氣氣溶膠放射性都有一定的研究，但主要表現(xiàn)在成分、分布等方面，對(duì)大氣氣溶膠核素隨時(shí)間、空氣質(zhì)量變化的規(guī)律的研究相對(duì)較少，尤其以四川盆地的氣溶膠核素水平與空氣質(zhì)量的變化規(guī)律。

因此文章主要結(jié)合2021年二季度至2023年一季度成都市的環(huán)境空氣質(zhì)量報(bào)告，以及四川省輻射環(huán)境管理監(jiān)測(cè)中心站對(duì)城市氣溶膠連續(xù)兩年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，來分析這兩年間氣溶膠核素水平與空氣質(zhì)量變化的規(guī)律，為成都市大氣氣溶膠放射性水平提供參考。

1方法

成都市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要來自成都市生態(tài)環(huán)境局每月發(fā)布的環(huán)境質(zhì)量公告。成都市環(huán)境空氣評(píng)價(jià)執(zhí)行《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》《GB 3095-2012》。根據(jù)發(fā)布的環(huán)境質(zhì)量公告，對(duì)空氣質(zhì)量報(bào)告中的環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理和分析。環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)是描述城市環(huán)境空氣質(zhì)量綜合狀況的無量綱指數(shù)，它綜合考慮了各項(xiàng)污染物的污染程度，指數(shù)越大，表明綜合污染程度越重。

成都市大氣氣溶膠核素監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要由四川省輻射環(huán)境管理監(jiān)測(cè)中心站在成都市溫江區(qū)開展的連續(xù)采樣監(jiān)測(cè)工作（2021年二季度至2023年一季度）。監(jiān)測(cè)工作按照《輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 61-2001）、《環(huán)境核輻射監(jiān)測(cè)規(guī)定》GB12379_1990、《環(huán)境空氣氣溶膠中y放射性核素的測(cè)定濾膜壓片/y能譜法》（HJ 1149-2020）等規(guī)范執(zhí)行。檢測(cè)使用的儀器設(shè)備定期檢定，確保儀器檢定合格且在檢定有效期內(nèi)使用，實(shí)驗(yàn)室人員均通過上崗考核，保證了人員操作的準(zhǔn)確性。氣溶膠采樣器放置在四川省輻射環(huán)境管理監(jiān)測(cè)中心站樓頂，每周進(jìn)行一次采樣（法定節(jié)假日、疫情影響除外），采集樣品量為標(biāo)況下10000m3左右，采樣后用壓樣機(jī)將氣溶膠收集濾膜進(jìn)行壓制，對(duì)制備好的氣溶膠樣品在一個(gè)星期內(nèi)完成能譜測(cè)量工作。氣溶膠監(jiān)測(cè)的核素主要包括對(duì)238U監(jiān)測(cè)其子體234Th、232Th監(jiān)測(cè)其子體228Ac。

2結(jié)果與討論

2.1環(huán)境空氣質(zhì)量分析結(jié)果

成都市和溫江區(qū)（氣溶膠核素分析采樣地點(diǎn)）的環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)分析結(jié)果如圖1所示，由圖1可以看出，環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)最低時(shí)主要出現(xiàn)在九、十月份，最高出現(xiàn)在一月份；環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)季度值分析結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，近兩年中每年三季度的環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)最低，一季度的環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)最高；說明三季度的空氣質(zhì)量好，一季度空氣質(zhì)量較差（四季度次之）。

由圖1和圖2可知，成都市和溫江區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)趨勢(shì)一致。因此，分析溫江區(qū)大氣氣溶膠與空氣質(zhì)量變化規(guī)律情況，可以代表成都市大氣氣溶膠與空氣質(zhì)量變化規(guī)律情況的。

2.2氣溶膠核素水平分析

2.2.1總體概況

氣溶膠監(jiān)測(cè)的核素主要包括238U、232Th、40K、7Be、137Cs，其中有檢出的核素有40K、7Be，未檢出的核素有238U、232Th、173Cs。對(duì)檢出的核素，40K的年均濃度為25.9uBq/m3；7Be的平均濃度為4.93×103uBq/m3，低于西安、浙江的年均值，更低于青海瓦里關(guān)山全球大氣本底觀象臺(tái)的觀測(cè)值14.3mBq/m3，高于北京的監(jiān)測(cè)值（3.36mBq/m3（春季））。

2.2.2氣溶膠中的40K

成都市溫江區(qū)氣溶膠40K的季度監(jiān)測(cè)值如圖3所示，可以看出40K的監(jiān)測(cè)值最小值出現(xiàn)在三季度，最大值出現(xiàn)在四季度。

氣溶膠中的天然放射性核素主要來自于陸地表面揚(yáng)塵再懸浮，以及人類生產(chǎn)生活（化石燃料燃燒、基建揚(yáng)塵、機(jī)動(dòng)車尾氣）排放的鈾系、釷系和長壽命且不成系列的放射性核素如40K，懸浮后迅速吸附在氣溶膠上參與大氣循環(huán)，結(jié)合圖2的環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)季度值，三季度空氣質(zhì)量最好，空氣中總懸浮物顆粒物含量低，故氣溶膠中40K的含量低；而大氣氣溶膠中的40K監(jiān)測(cè)最大值出現(xiàn)在四季度，并非一季度（且兩年結(jié)果有差異），對(duì)此，還需進(jìn)一步探明原因。

2.2.3氣溶膠中的7Be

成都市溫江區(qū)氣溶膠7Be的季度監(jiān)測(cè)值如圖4所示，7Be的監(jiān)測(cè)值最小值出現(xiàn)在一季度，最大值出現(xiàn)在三季度。結(jié)合圖2，氣溶膠中的7Be含量最大時(shí)，空氣質(zhì)量綜合指數(shù)最低，7Be含量最低時(shí)，空氣質(zhì)量綜合指數(shù)最高，兩者之間表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性。

7Be是宇生放射性核素，主要分布在對(duì)流層上層和平流層的下層，濃度主要受平流層一對(duì)流層空氣垂直運(yùn)動(dòng)和降水的影響。成都?xì)鉁卦?月、8月份較高，也處于雨季，由于氣溫升高和雨季關(guān)系，平流層一對(duì)流層交換運(yùn)動(dòng)加劇，因此，成都市近地面7 Be的濃度有升高的趨勢(shì)，造成三季度7 Be的監(jiān)測(cè)值最大，這結(jié)果與相關(guān)研究的結(jié)果不同，與研究結(jié)果相近，主要原因是采樣地區(qū)處在不同的氣候帶，也說明氣溶膠中的7Be含量受氣候影響。

2.2.4氣溶膠中的238U、232Th、173Cs

成都市溫江區(qū)連續(xù)監(jiān)測(cè)氣溶膠中的238U、232Th、173Cs未檢出，取探測(cè)下限的二分之一作為分析，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，三種核素的監(jiān)測(cè)值不能直接的看出變化規(guī)律，反而呈現(xiàn)出趨于穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)。取探測(cè)下限的二分之一作為分析不夠準(zhǔn)確，這種結(jié)果存在不穩(wěn)定性。

文章還需繼續(xù)進(jìn)行深入的研究，對(duì)可能檢測(cè)出的核素應(yīng)該加大采樣量、提高譜儀測(cè)量時(shí)間，以及累積樣品來降低探測(cè)下限。

2.3氣溶膠核素濃度與環(huán)境空氣質(zhì)量相關(guān)性檢驗(yàn)

相關(guān)性分析是研究兩個(gè)或多個(gè)變量間相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)此，對(duì)成都市氣溶膠已檢測(cè)出的核素濃度與成都市環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)。利用SPSS相關(guān)性分析方法進(jìn)行了分析（采用斯皮爾曼相關(guān)性檢驗(yàn)方法），結(jié)果見表1。

由表1可以看出，成都市氣溶膠核素40K濃度與環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)在0.01置信水平下正相關(guān)（Sig值lt;0.0１，相關(guān)系數(shù)為正）；而氣溶膠核素7Be濃度與環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)沒有相關(guān)性（Sig值gt;0.01，無相關(guān)性）。

3結(jié)論

對(duì)2021年二季度至2023年一季度連續(xù)監(jiān)測(cè)的成都市氣溶膠y核素?cái)?shù)據(jù)與大氣質(zhì)量變化情況進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)果：成都市大氣環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)一季度最高，三季度最低；氣溶膠y核素40K最小值在三季度，最大值在四季度（年均值為25.9uBq/m3）；7Be最小值在一季度，最大值在三季度（年均值為4.93×103uBq/m3）；從相關(guān)性上看，40K濃度與空氣質(zhì)量存在正相關(guān)性；7Be濃度與空氣質(zhì)量無相關(guān)性，主要與氣候有關(guān)；其他未檢出的y核素取探測(cè)限二分之一來分析，無規(guī)律性，其結(jié)果也不可靠，應(yīng)進(jìn)一步研究。通過此研究，得到了成都市氣溶膠部分放射性核素水平與空氣質(zhì)量變化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為成都市大氣氣溶膠放射性污染防治提供了參考。此外，還應(yīng)探索氣溶膠整體的放射性水平，增加更多的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。