揚(yáng)州市空氣PM2.5濃度時(shí)空分異研究**

江蘇省揚(yáng)州市邗江區(qū)實(shí)驗(yàn)學(xué)校（225009） 徐森榮 湯品琪 王語嫣 趙 恒 朱澤禾

指導(dǎo)教師：李宏明 夏 宇

揚(yáng)州市空氣PM2.5濃度時(shí)空分異研究**

江蘇省揚(yáng)州市邗江區(qū)實(shí)驗(yàn)學(xué)校（225009） 徐森榮 湯品琪 王語嫣 趙 恒 朱澤禾

指導(dǎo)教師：李宏明 夏 宇

利用江蘇省環(huán)保廳數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)發(fā)布的揚(yáng)州市區(qū)空氣PM2．5濃度數(shù)據(jù)資料，結(jié)合儀器測(cè)量所得數(shù)據(jù)資料，分析揚(yáng)州市空氣PM2．5時(shí)空分異及其影響因素。結(jié)果表明：揚(yáng)州市空氣PM2．5濃度日均值總體低于75微克/立方米。從時(shí)間分布來看，早-中-晚呈現(xiàn)出“高-低-高”的變化趨勢(shì)，夏收時(shí)期則高于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)；從空間分布來看，城鄉(xiāng)之間的濃度差異較大。影響揚(yáng)州市空氣PM2．5濃度的主要因素：一是污染源的排放程度（機(jī)動(dòng)車尾氣為主）；二是氣象條件（逆溫、風(fēng)、雨等）。對(duì)應(yīng)對(duì)PM2．5污染提出了建議。

揚(yáng)州市區(qū)；PM2．5；時(shí)空分異

一、問題提出

隨著國(guó)家環(huán)保總局《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）的出臺(tái)，特別是江蘇省環(huán)保廳數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的試運(yùn)行，人們對(duì)PM2.5的關(guān)注達(dá)到了空前的程度。何為PM2.5？PM2.5是指空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤2.5μm的細(xì)顆粒物。與較粗的大氣顆粒物相比，它粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)，且在大氣中停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。[1]所以，了解PM2.5時(shí)空分布特點(diǎn)以及變化規(guī)律等，對(duì)預(yù)防和治理PM2.5具有重要意義。適逢江蘇省環(huán)保廳開始發(fā)布13個(gè)省轄市的PM2.5濃度數(shù)據(jù)，我們開展了“揚(yáng)州市PM2.5時(shí)空分異及其分析”研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，歷時(shí)一學(xué)期，通過搜集數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)揚(yáng)州市PM2.5時(shí)空分異情況進(jìn)行了階段調(diào)研并分析驗(yàn)證，給出了針對(duì)性建議。

二、研究區(qū)域

目前，揚(yáng)州市區(qū)范圍內(nèi)有四個(gè)空氣監(jiān)測(cè)站，即：位于西北方向市環(huán)保局、東南方向原城東財(cái)政所、東北方向原第四人民醫(yī)院和西南方向的邗江區(qū)環(huán)保局空氣監(jiān)測(cè)站。監(jiān)測(cè)站具體分布如圖1所示。而市環(huán)保局監(jiān)測(cè)站是揚(yáng)州市唯一通過江蘇省環(huán)保廳數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)公開發(fā)布PM2.5濃度數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)站，因而本次活動(dòng)以市區(qū)西北區(qū)域?yàn)榇恚云鋽?shù)據(jù)作為城市市區(qū)的代表數(shù)據(jù)。

圖1 監(jiān)測(cè)站分布圖

三、研究方法

1. 實(shí)驗(yàn)儀器

除了搜集江蘇省環(huán)保廳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)外，揚(yáng)州郊區(qū)的PM2.5數(shù)據(jù)采用PM10-PM5-PM2.5組合式多功能切割器測(cè)量。儀器根據(jù)空氣動(dòng)力原理，把空氣動(dòng)力學(xué)中直徑小于等于2.5μm的懸浮顆粒物吸進(jìn)，進(jìn)行分篩、干燥，然后測(cè)出每立方米中PM2.5的重量累加值。該儀器由揚(yáng)州某高校提供。

2. 研究方法

（1）利用江蘇省環(huán)保廳數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，搜集每天（早-中-晚時(shí)間段）PM2.5濃度和夏收期間的PM2.5濃度，將早-中-晚不同時(shí)間段PM2.5濃度進(jìn)行比對(duì)、冬小麥夏收與春長(zhǎng)期間PM2.5濃度進(jìn)行比對(duì)，即分析PM2.5時(shí)間上的變化差異。

（2）利用PM10-PM5-PM2.5組合式多功能切割器測(cè)得北郊某鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)種植區(qū)PM2.5濃度數(shù)據(jù)，與搜集到的市區(qū)（西北區(qū)域）同一時(shí)間PM2.5濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，即分析PM2.5空間上（城鄉(xiāng)之間）的變化差異。

3. 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

空氣中PM2.5含量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可參照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012），具體參數(shù)如表1所示：

表1 環(huán)境空氣污染物基本項(xiàng)目濃度極值

注：環(huán)境空氣功能區(qū)分為二類：一類區(qū)為自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其他需要特殊保護(hù)的區(qū)域；二類區(qū)為居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。一類區(qū)適用一級(jí)濃度限值，二類區(qū)適用二級(jí)濃度限值。[2]

四、PM2.5時(shí)空分異及其分析

1. PM2.5濃度時(shí)間變化及其分析

（1）早-中-晚（日變化）PM2.5濃度的對(duì)比分析

結(jié)果對(duì)比：選取2012年4月2日、4日、10日和24日上午8時(shí)至下午17時(shí)的PM2.5濃度（每小時(shí)均值）進(jìn)行對(duì)比分析，四天均為工作日，具體比較如圖2所示。

圖2 早-中-晚（日變化）PM2．5濃度

結(jié)論分析：上述四天該時(shí)段的PM2.5濃度走勢(shì)，均從上午8時(shí)左右不斷上升，均在9-10時(shí)左右達(dá)到最高值，此后不斷下降，直至下午16時(shí)左右又有所上升，早晚各出現(xiàn)一次峰值，且呈現(xiàn)出規(guī)律性。研究表明，交通源排放的顆粒物主要為PM2.5，而PM2.5濃度值峰值出現(xiàn)時(shí)段與早晚人們出行與室外活動(dòng)高峰時(shí)段基本一致。[3]市環(huán)保局所在區(qū)域，東臨著名的瘦西湖風(fēng)景區(qū)，北接蜀崗西峰生態(tài)公園，師生實(shí)地調(diào)查走訪，發(fā)現(xiàn)附近少有大型工廠和建筑工地，但東西兩側(cè)各有揚(yáng)子江北路和邗江北路兩條重要的城市干道，均為雙向六車道。而上午8-9時(shí)正是上班的高峰期，車水馬龍，經(jīng)計(jì)算，揚(yáng)子江北路市府崗，東西向等待紅燈的車輛一次多達(dá)六十余輛，大量的尾氣排放到空氣中。除了早高峰馬路上有大量汽車排放尾氣之外，PM2.5值早晨偏高的原因也和空氣中的“逆溫層”有關(guān)。每天早晨，離地面近的空氣層溫度較低，而頂上的空氣由于太陽照射，溫度升高較快，從而形成一個(gè)“逆溫層”，空氣不易對(duì)流，城市地面附近的污染顆粒物就很難擴(kuò)散。所以在9-10時(shí)形成峰值，隨著熱空氣逐漸向下滲透，逆溫層慢慢消解，同時(shí)道路上車輛相對(duì)減少，PM2.5濃度也就逐漸轉(zhuǎn)低。所以11-16時(shí)測(cè)得的PM2.5濃度也相對(duì)低一些。可見，機(jī)動(dòng)車輛成為影響該區(qū)域濃度的首要因素，空氣對(duì)流狀況也是原因之一。

（2）冬小麥夏收與春長(zhǎng)期間PM2.5濃度對(duì)比分析

結(jié)果對(duì)比：選取2012年4月5日、9日、18日、26日（冬小麥生長(zhǎng)期，無秸稈焚燒現(xiàn)象）以及6月4日、6日、9日、10日（冬小麥?zhǔn)崭钇冢贌斩挶容^嚴(yán)重）8時(shí)-20時(shí)PM2.5濃度平均值進(jìn)行對(duì)比分析，具體比較如圖3所示。

圖3 夏收與春長(zhǎng)期間PM2．5濃度

結(jié)論分析：本地區(qū)種植的糧食作物主要有水稻、小麥等，其中冬小麥在4月份主要處于生長(zhǎng)期，6月份則到達(dá)收割期。所以，在4月份不會(huì)出現(xiàn)焚燒秸稈現(xiàn)象，污染源主要還是機(jī)動(dòng)車尾氣，因而4月5日、9日、18日、和26日測(cè)得的PM2.5濃度平均值都在50μg/m3左右，其中9日平均值約為42μg/m3，低于75μg/m3的標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入6月份，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)先后開始夏收，個(gè)別地區(qū)的農(nóng)民因急于耕作田地以便插秧等原因，將麥稈進(jìn)行焚燒，導(dǎo)致空氣中固體顆粒物數(shù)量急劇增加，搜集的濃度數(shù)據(jù)不斷飆升，如圖所示，6月10日濃度均值高達(dá)252μg/ m3，可見，夏收焚燒秸稈與揚(yáng)州市區(qū)PM2.5濃度升高有著明顯的關(guān)系。同時(shí)，春長(zhǎng)期間的4月9日和夏收期間的6月6日，PM2.5濃度均值均低于其他時(shí)間，主要原因是這兩天都為陰雨天氣，明顯的強(qiáng)降水能對(duì)污染物清洗沖刷而使其濃度大幅度度下降。[4]

2. PM2.5濃度空間變化及其分析

結(jié)果對(duì)比：選取2012年4月29日上午9時(shí)-中午13時(shí)在數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)搜集到的數(shù)據(jù)和在北郊鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)種植區(qū)測(cè)得的數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)比分析，具體比較如圖4所示。

圖4 城鄉(xiāng)（空間）PM2．5濃度

結(jié)論分析：如圖所示，鄉(xiāng)村（農(nóng)業(yè)種植區(qū)）空氣中PM2.5濃度遠(yuǎn)低于城市PM2.5濃度，該日13時(shí)PM2.5濃度值在10μg/m3以下，空氣質(zhì)量非常好。城鄉(xiāng)之間濃度值差異明顯，主要有以下原因：首先，鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)種植區(qū)域內(nèi)排煙類工廠少，機(jī)動(dòng)車數(shù)量相對(duì)城市也較少，加之大多數(shù)農(nóng)民早已使用液化天然氣代替焚燒秸稈生火做飯，因此細(xì)顆粒物污染源較少；其次，鄉(xiāng)村地區(qū)面積空曠，建筑物分布稀疏，因而風(fēng)力較大時(shí)，空氣流動(dòng)性好，對(duì)污染物稀釋能力強(qiáng)，顆粒物濃度就小。相反城市區(qū)域，高樓林立，人口集中，不利于顆粒物擴(kuò)散，甚至容易造成局部堆積，造成污染。

五、研究結(jié)論及建議

1. 結(jié)論

（1）揚(yáng)州市區(qū)PM2.5濃度日均值總體低于《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）中二類區(qū)極值75μg/m3。從時(shí)間分布來看，早-中-晚呈現(xiàn)出“高-低-高”變化趨勢(shì)，夏收時(shí)期則高于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)；從空間分布來看，城鄉(xiāng)之間的顆粒物濃度差異較大，城市明顯高于鄉(xiāng)村。

（2）影響揚(yáng)州市區(qū)PM2.5濃度的主要因素分為兩個(gè)方面：一是污染源排放程度，工廠大都搬遷至工業(yè)園區(qū)，機(jī)動(dòng)車尾氣成為主要污染源；二是氣象條件，一定的風(fēng)力與降水均能擴(kuò)散、稀釋空氣中集聚的細(xì)顆粒物。

2. 建議

社會(huì)各界應(yīng)高度重視PM2.5細(xì)顆粒物污染現(xiàn)象。首先，要從源頭上減少PM2.5。第一，政府部門須樹立綠色、低碳發(fā)展理念，走綠色和可持續(xù)發(fā)展道路；第二，優(yōu)化地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加快清潔能源的開發(fā)和使用，淘汰、重組低效高耗的企業(yè)；第三，提高汽車尾氣排放合格率，淘汰或限制尾氣排放不合格機(jī)動(dòng)車，鼓勵(lì)使用新能源車；第四，加強(qiáng)建筑工地監(jiān)管，抓好秸稈禁燒工作，規(guī)范經(jīng)營(yíng)露天燒烤，禁止燃放煙花爆竹等。其次，人們要在了解PM2.5濃度時(shí)空分異規(guī)律的基礎(chǔ)上加強(qiáng)應(yīng)對(duì)和保護(hù)措施，取消PM2.5峰值期間不必要的外出，體育運(yùn)動(dòng)要避開峰值時(shí)間和PM2.5濃度高的道路區(qū)域。

[1]郭軍凱,李成素．灰霾天氣的元兇——PM2．5 [J]．地理教學(xué),2012(2)．

[2] GB 3095—2012，環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S] ．

[3]謝敏,區(qū)宇波,陳斐．珠三角區(qū)域環(huán)境PM2．5細(xì)顆粒物污染特征分析[J]．環(huán)境,2011(S1)．

[4]劉大錳,馬永勝,高少鵬,等．北京市區(qū)春季燃燒源大氣顆粒物的污染水平和影響因素[J]．現(xiàn)代地質(zhì), 2005(12)．

（責(zé)任編校：顧錦玉）

* 本文系中國(guó)教育學(xué)會(huì)地理教學(xué)專業(yè)委員會(huì)2012年度研究性學(xué)習(xí)專項(xiàng)課題重點(diǎn)項(xiàng)目研究成果。