蘭州市大氣顆粒物污染特征分析

李曉紅，程慧波，2，王莉娜

1.甘肅省環境監測中心站，甘肅 蘭州 730000 2.蘭州大學資源環境學院，甘肅 蘭州 730000

當今社會，環境問題成為了全世界矚目的焦點問題，顆粒物污染是空氣中最重要的污染物之一，中國大多數地區空氣首要污染物就是顆粒物。大氣顆粒物對大氣環境造成諸多不良影響，并危及人體健康，減少空氣中顆粒物的濃度，讓人們呼吸到清潔干凈的空氣是環保重要任務之一[1-4]。顆粒物有人為源和自然源之分，人為源主要是燃煤、燃油、工業生產過程等人為活動排放出來的；自然源主要有土壤、揚塵、沙塵經風力的作用輸送到空氣中而形成的[5-10]。在最近的科學研究中, 環境空氣中顆粒物的濃度已被證明是反應大氣污染的一個重要因子和指示器[11-13]。蘭州市大氣顆粒物主要污染因子有TSP和PM10，針對2011—2012年蘭州市大氣顆粒物的監測數據，對蘭州市大氣污染顆粒物特征進行分析，為蘭州市大氣污染治理方案及不同季節對大氣污染的防治提供科學的技術支撐。

1 數據來源及監測方法

1.1 數據來源

數據來源于國家沙塵天氣影響環境空氣質量監測站點蘭州站監測結果，該站點位于東經103°54′36″，北緯36°2′50″。地處蘭州市主導風向的下風向，監測數據能夠充分反映蘭州市大氣顆粒物的污染情況。

1.2 儀器

TEOM 1400A PM10自動監測儀器(美國)，Thermo FH 62 C-14 TSP(美國)，Belfort Model 6000能見度儀(美國)，氣象五參數儀器(美國)。

1.3 顆粒物沙塵天氣分級

根據顆粒物濃度小時限值對沙塵天氣的劃分[14]，見表1。

表1 顆粒物濃度沙塵天氣分級

2 結果與討論

2.1 顆粒物濃度

2011、2012年顆粒物監測的統計資料見表2，從表1、表2可以看出，2011年2月25日，PM10小時濃度最大值為2.079 mg/m3，TSP小時濃度最大值為2.465 mg/m3，是2011年全年PM10和TSP小時濃度的最大值。同時，該日天氣為2011年蘭州市首次沙塵暴天氣；2012年4月11日， PM10濃度值最高值為1.746 mg/m3，TSP最高值為2.006 mg/m3，該日天氣為蘭州市的揚沙天氣。

表2 2011、2012年蘭州市各月顆粒物濃度及能見度

2011、2012年顆粒物濃度分布見圖1。可以看出，每年5—10月，是蘭州市月平均小時顆粒物濃度值較低的時間段，2011年9月，PM10月平均小時濃度值為0.092 mg/m3，TSP為0.129 mg/m3，為月平均PM10小時濃度值最低月；2012年7月，PM10月平均小時濃度值為0.099 mg/m3，TSP為0.111 mg/m3，為月平均PM10小時濃度值最低月。蘭州市顆粒物濃度范圍的高峰在2、3、4月份和11、12月份出現。前者出現的主要原因是該時間段是春季沙塵暴的高發期，局地揚塵和遠方傳輸過來的沙塵在大風的作用下，使顆粒物濃度升高，能見度降低；后者出現的原因是蘭州市冬季燃煤以及汽車尾氣的排放在靜風作用下不利于污染物擴散致使空氣中顆粒物濃度升高。2012年蘭州市各月顆粒物平均小時濃度值(PM10和TSP)均低于2011年，這和2012年蘭州市降雨量增加，氣象因素有利于污染物的擴散和去除有著密切的關系。另外，也同2012年蘭州市政府落實機動車尾氣治理、林業生態增容減污、工業污染治理、燃煤供熱鍋爐治理以及揚塵污染治理等工作密切相關。

圖1 2011、2012年蘭州市顆粒物濃度分布

2.2 沙塵天氣污染特征

2011、2012年蘭州市沙塵天氣主要發生在2—4月、3—4月。2011—2012年沙塵天氣發生情況見表3。

表3 蘭州市沙塵天氣發生情況

沙塵天氣污染具有以下特征：1)季節性強，以3、4月出現的頻率最高; 發生時間具有隨機性，在某一天的各個時間段都有可能發生；天氣影響特征明顯，常伴有大風， 與天氣過程直接相聯系。2)沙塵天氣具有連續性，常出現連續幾天的重污染日；在沙塵天氣發生重污染日PM10濃度在總懸浮顆粒物顆粒物(TSP)中的含量很高，如2011年2月26日0：00—5：00，PM10在TSP中的含量達到了80%左右。3)沙塵天氣表現形式多樣，大多數嚴重沙塵天氣發生時候伴隨有大風，但也有在較穩定的天氣條件下發生的。2011年2月26日發生的沙塵天氣伴隨有大風發生，2012年4月27日發生的沙塵天氣未伴有大風發生。4)濃度值高，在2011年和2012年發生沙塵天氣期間，PM10濃度值高， PM10最大濃度超標倍數均在超過國家環境空氣質量二級標準10倍左右。

2.3 PM10在TSP中所占比例

現今，空氣污染對健康影響的焦點是大氣顆粒物，PM10在環境空氣中持續的時間很長，對人體健康和大氣能見度影響都很大。一些顆粒物來自污染源的直接排放，比如燃煤燃油工業鍋爐、飲食業油煙排放以及車輛尾氣排放，另一些則是由環境空氣中硫的氧化物、氮氧化物、揮發性有機化合物及其它化合物互相作用形成的細小顆粒物。該文通過對2011年和2010年蘭州市顆粒物的連續監測，針對PM10在TSP中所占比例選取不同時段的典型時間段的監測數據進行分析說明，如表4所示。在沙塵天氣發生的典型時段(2011年2月26日、3月13日和2012年3月15日、4月11日)PM10在TSP中的比重相對偏高；而夏秋季節的典型時段(2011年6月14日、2012年10月27日)PM10在TSP中的比重相對偏低。這是因為當沙塵天氣發生時，TSP顆粒物因為重力作用自然沉降，而空氣中PM10顆粒物因干燥的自然環境懸浮于環境空氣中久久未能散去，此時，可吸入顆粒物PM10占環境空氣顆粒物的主要成分，PM10在TSP中占有很大比例；在夏秋季節，蘭州市環境空氣質量狀況相對較好，顆粒物小時濃度值整體偏低，顆粒物成分主要以動力學當量直徑在10～100 μm之間的顆粒物為主，因此PM10在TSP中的含量較低。

表4 典型時間段PM10在TSP中的比重

續表4

時間2011-02-262011-03-132011-06-142012-03-152012-04-112012-10-2712:0089.0585.0021.2479.0078.7756.7313:0087.6080.6935.7798.1371.4947.9514:0079.3274.2736.4494.2261.6653.4215:0092.0390.5051.2584.9775.9365.7916:0083.7293.9141.8490.3165.0963.2417:0084.0967.8344.7193.0437.9864.5718:0082.9880.8252.1693.4253.0966.3019:0081.8578.3955.4194.9578.5768.1620:0079.7752.6724.4493.1961.2455.2121:0085.7861.3711.6293.9672.8256.6622:0089.2252.5012.8483.4777.3547.0723:0090.0059.3317.3782.2277.6758.58

3 結論

蘭州市顆粒物濃度的峰值出現在2—4月，TSP濃度最大值可達到2.465 mg/m3，PM10最大值可達到2.079 mg/m3，2012年PM10和TSP平均濃度值均低于2011年，大氣顆粒物環境質量狀況明顯改善。在春季沙塵天氣發生時，PM10在TSP中的含量比較高，其他季節PM10在TSP中的含量較低，每年的11月份前后顆粒物月平均濃度出現了最高值。

蘭州市顆粒物污染的季節性強，以3、4月出現的頻率最高，發生時間具有隨機性。因春季沙塵天氣的發生，往往會伴隨大風等天氣不穩定的天氣現象，表明了大氣環境中PM10濃度的高低和風速有著密切的相關關系。

沙塵天氣具有連續性, 常出現連續幾天的重污染日，在沙塵天氣發生重污染日PM10濃度值很高。每年的11月份以后顆粒物月平均濃度小時值出現了高值，表明居民采暖期以及冬季逆溫效應致使顆粒物濃度持續保持在一個高值，環境空氣質量低于二級標準。

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