長春市大氣中可吸入顆粒物變化趨勢分析

趙國君，孫宇，孟香梅，郭立新

（1.長春市環(huán)境監(jiān)測中心站，長春 130022；2.長春理工大學(xué)，長春 130022）

隨著我國社會、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公眾的環(huán)保意識不斷提高，人們越來越重視生活質(zhì)量，對于居住地的環(huán)境質(zhì)量日益關(guān)注。為了減少顆粒物和有害氣體等空氣污染物對人體健康及環(huán)境所造成的危害，應(yīng)通過先進(jìn)的監(jiān)測方法和手段研究城市大氣中污染物的變化趨勢，為城市大氣污染治理防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和依據(jù)［1］。

長春屬于北溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年平均降雨量為650mm，夏季西太平洋副熱帶高壓常與東南移動的貝加爾湖的冷空氣交匯于此，降水豐沛而集中，降雨主要集中在每年的6、7、8月份。大氣穩(wěn)定度方面，全年D類穩(wěn)定度天氣頻率占55.22%，F(xiàn)類穩(wěn)定度天氣占53.61%，E類穩(wěn)定度天氣占46.46%，不穩(wěn)定級占10.76%，從空氣擴(kuò)散水平的角度分析，長春市的空氣擴(kuò)散水平屬于中性偏穩(wěn)定。根據(jù)多年的氣象統(tǒng)計(jì)資料，在冬季采暖期，長春市E、F穩(wěn)定度類型出現(xiàn)較多，可達(dá)40.32%，A、B、C類穩(wěn)定度天氣占 10.27%；在非采暖期，D類穩(wěn)定度天氣占59.54%，A、B、C類穩(wěn)定度天氣僅占11.31%。采暖期的E、F類穩(wěn)定度天氣出現(xiàn)比非采暖期多，易出現(xiàn)不利于大氣污染物擴(kuò)散的逆溫天氣。探空氣象資料表明，長春市市區(qū)早、晚輻射逆溫出現(xiàn)的頻率高，冬季逆溫平均發(fā)生頻率為 84.5%，強(qiáng)度為0.8℃/100m，逆溫層的高度在400~800m之間，逆溫是造成長春市冬季采暖期空氣污染嚴(yán)重的原因之一。

可吸入顆粒物(Particularmatterlessthan10m，PM10)是指懸浮在空氣中，空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于或等于10m的顆粒物，研究表明，分布在大氣中的可吸入顆粒物可以隨人們呼吸空氣而進(jìn)入肺部，以碰撞、擴(kuò)散、沉積等方式滯留在呼吸道內(nèi)，粒徑小于5m的顆粒物會滯留在上呼吸道。滯留在鼻咽部和氣管內(nèi)的顆粒物，與進(jìn)入人體的二氧化硫等氣體產(chǎn)生刺激和腐蝕粘膜作用，損傷鼻咽部和氣管內(nèi)粘膜、纖毛，引起炎癥，導(dǎo)致慢性鼻咽炎、慢性氣管炎等疾病。因此，可吸入顆粒物對于人體健康的危害應(yīng)引起人們的重視［2-4］。

本文所用的資料是長春市七個(gè)自動監(jiān)測點(diǎn)位24小時(shí)連續(xù)監(jiān)測濃度值，監(jiān)測項(xiàng)目包括 PM10、SO2、NO2，監(jiān)測時(shí)間為2005～2009年的監(jiān)測數(shù)據(jù)。從幾年的監(jiān)測數(shù)據(jù)初步分析，首要污染物為PM10的天數(shù)占全年監(jiān)測天數(shù)的98%以上，所以本文主要研究PM10污染物的分布及變化規(guī)律。

1 可吸入顆粒物的時(shí)間分布特征及變化規(guī)律

以東北地區(qū)代表性城市—吉林省長春市為研究對象，該市燃料結(jié)構(gòu)以煤炭為主，空氣污染類型屬于煤煙型污染，通過對長春市2005~2009年間的空氣污染情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究了長春市不同季節(jié)、不同時(shí)段空氣污染物濃度的變化趨勢。

1.1 污染物濃度日變化規(guī)律分析

通過對長春市空氣污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以氣象條件晴、風(fēng)力2~3級左右的典型天氣情況作為研究對象，研究空氣污染物濃度日小時(shí)均值變化趨勢，冬季、夏季長春市空氣污染物日小時(shí)均值變化規(guī)律見圖1、圖2。

圖1 冬季(2009/01/04)空氣污染濃度日小時(shí)均值變化趨勢Fig.1 Air pollution concentration day averages trends every hour of 2009/01/09 in winter

圖2 夏季(2009/06/12)空氣污染濃度日小時(shí)均值變化趨勢Fig.2 Air pollution concentration day averages trends every hour of 2009/06/21 in summer

從圖1長春市冬季空氣污染濃度日小時(shí)均值變化趨勢可以看出，PM10在每天的 19:00~24:00、7:00~10:00是污染的兩個(gè)高峰期，其原因主要由于冬季的早晚時(shí)段是工業(yè)鍋爐、居民采暖鍋爐大量排放污染物的高峰期，同時(shí)在這兩個(gè)時(shí)段內(nèi)的風(fēng)速較小、出現(xiàn)逆溫等氣象條件不利于污染物的稀釋和擴(kuò)散。在13:00~16:00是一天的污染最輕的時(shí)段，由于這個(gè)時(shí)段多數(shù)鍋爐處于停運(yùn)狀態(tài)、日照較強(qiáng)，空氣的湍流作用明顯，空氣污染物較易擴(kuò)散。

從夏季空氣污染濃度日小時(shí)均值變化趨勢圖可以看出，在夏季21:00到次日5:00是 PM10污染的高峰期，11:00~14:00是一天污染最輕的時(shí)段。其原因主要受夏季的氣象條件影響，白天空氣的通風(fēng)量較大，晚間空氣通風(fēng)量較小，同時(shí)，夏季的日照時(shí)間比冬季長，污染高峰期在晚間向后推遲3~4 h，PM10濃度值變化主要受氣象條件影響。

1.2 污染物濃度月變化趨勢圖分析

從長春市近五年 PM10濃度值月變化趨勢可看出，長春市近五年中PM10濃度變化趨勢基本相似，其中，每年的1、12月份的PM10濃度均較高，7、8、9月份 PM10濃度均較低，由于長春市冬季采暖期高峰期是每年的1、12月份，工業(yè)鍋爐、采暖鍋爐大量排放所形成煤煙型污染，同時(shí)該時(shí)段的風(fēng)速較小、發(fā)生逆溫的頻率高、逆溫的持續(xù)時(shí)間長，受氣象條件影響，每年的1、12月份中PM10濃度比其它月份高；長春市的春季風(fēng)力較大，地面植被沒有形成、土質(zhì)疏松，春季過后，隨著7、8、9月份雨季到來，地面植被形成，同時(shí)，降雨對PM10起到了凈化作用，該時(shí)期空氣質(zhì)量較好。

圖3 長春市近五年P(guān)M10濃度值月變化趨勢Fig.3 PM10trends nearly five years of concentration month in Changchun

2 可吸入顆粒物的空間分布特征及變化規(guī)律

目前，長春市區(qū)的環(huán)境空氣網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測點(diǎn)位共有七個(gè)，分別為：位于朝陽區(qū)的吉林大學(xué)南湖校區(qū)、位于綠園區(qū)的長春客車廠、位于寬城區(qū)的長春市食品廠、位于二道區(qū)的勞動公園、位于南關(guān)區(qū)的長春市園林處、位于長春凈月經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的凈月潭公園和位于雙陽區(qū)的甩灣子，其中甩灣子為對照點(diǎn)，吉林大學(xué)南湖校區(qū)點(diǎn)位處于文教區(qū)，長春客車廠和長春市食品廠點(diǎn)位處于工業(yè)區(qū)，長春市園林處點(diǎn)位地處集中供熱采暖的居民區(qū)，勞動公園位處于分散供熱采暖的居民區(qū)，凈月潭公園位處于旅游開發(fā)區(qū)。不同的監(jiān)測點(diǎn)位處于不同的區(qū)域，局部的氣候條件、能源構(gòu)成等因素均不同，大氣中各種污染物濃度空間分布不同。

圖4 長春市各點(diǎn)位PM10濃度月變化趨勢Fig.4 PM10trends of various position of concentration month in Changchun

從長春市各監(jiān)測點(diǎn)位PM10濃度月變化趨勢曲線可看出，各監(jiān)測點(diǎn)位的 PM10濃度峰值均出現(xiàn)在12月份和1月份，其原因與長春市氣象條件有關(guān)，在冬季，不利于污染物擴(kuò)散的靜風(fēng)、逆溫出現(xiàn)頻率高，持續(xù)時(shí)間最長，有時(shí)甚至整日不散，同時(shí)，采暖高峰期燃煤量增加，導(dǎo)致PM10排放濃度增加。

長春客車廠和長春市食品廠 2個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位的PM10濃度曲線冬、夏季起伏較小，夏季 PM10濃度均值高于其它點(diǎn)位，原因是長春客車廠和長春市食品廠處于工業(yè)區(qū)，夏季工業(yè)鍋爐燃煤排放量較大，同時(shí)，處于城市邊緣，受土壤風(fēng)沙塵影響較大。

吉林大學(xué)南湖校區(qū)和長春市園林處2個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位處于城市中心地帶，冬、夏季PM10濃度曲線起伏較大，原因是由于吉林大學(xué)南湖校區(qū)和長春市園林處所處區(qū)域工業(yè)鍋爐數(shù)量較少，地勢平坦，受風(fēng)沙塵影響較小，夏季PM10濃度值較低，冬季受采暖鍋爐排放因素的影響，在特殊的天氣條件下，PM10濃度值較高，這兩個(gè)點(diǎn)位均處于城市中心地帶，受城市熱島效應(yīng)的影響，大氣污染物不易擴(kuò)散，在中心區(qū)域易造成污染，在12月末1月初處于城市中心的長春市園林處監(jiān)測PM10濃度值高于其它點(diǎn)位濃度值。

地處工業(yè)區(qū)與居民區(qū)交界處的勞動公園，PM10的濃度值與全市平均濃度值較接近，凈月潭公園為旅游開發(fā)區(qū)，PM10的濃度值最低。

3 結(jié)論

綜上所述，通過對長春市2005~2009年間的空氣污染情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，每年的12月末至次年1月初是長春市大氣污染的高峰期，受沙塵天氣等特殊氣象條件的影響，每年的3、4月份大氣污染物濃度波動較大，每年的 7、8、9月份空氣質(zhì)量最好，市區(qū)中工業(yè)區(qū)的大氣污染濃度高于其它功能區(qū)大氣污染濃度，凈月潭旅游開發(fā)區(qū)大氣污染濃度最低，空氣質(zhì)量較好。

通過對長春市大氣中可吸入顆粒物變化趨勢分析可以看出，長春市在一天之中早晨、晚上是大氣污染的兩個(gè)高峰期，夏季晚上出現(xiàn)高峰期比冬季的時(shí)間略滯后，在冬季，污染物高峰期出現(xiàn)的時(shí)間與鍋爐運(yùn)行時(shí)間基本相同。建議市民注意本地區(qū)的大氣污染狀況，選擇合適的時(shí)間進(jìn)行身體鍛煉，防止吸入大量污染物而有害于身體健康，同時(shí)，建議長春市應(yīng)加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐，制定有效控制污染物排放的限制政策，大力推廣應(yīng)用潔凈煤技術(shù)，逐步取締城區(qū)內(nèi)原煤散燒設(shè)施，對重點(diǎn)企業(yè)污染、鍋爐污染、街頭露天燒烤、機(jī)動車尾氣污染、城市供熱污染物排放等進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和治理。

［1］馬志強(qiáng)，王躍思，孫揚(yáng).北京大氣中常規(guī)污染物的垂直分布特征［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2007，5：1-6.

［2］江峰琴，張宏復(fù).江蘇省環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測數(shù)采平臺的集成方案［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2002，3：17-21.

［3］唐孝炎.大氣環(huán)境化學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1990：343.

［4］王娟，鐘寧寧，欒媛.鄂爾多斯市秋季大氣PM2.5、PM10顆粒物中正構(gòu)烷烴的組成分布與來源特征［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，11：1915-1923.