合肥市PM10時空分布特征分析及控制對策

吳 康，朱 余，鄭志俠，汪家權

（1.合肥工業大學 資源與環境工程學院，安徽 合肥230009；2.安徽省環境監測中心站，安徽 合肥230022；3.安徽省環境科學研究院大氣環境研究所，安徽 合肥230022）

1 引言

近年來，在全國各地多有發生的霧霾天氣，一直是人們所關心的焦點。霧霾天氣是一種大氣污染狀態，是對大氣中各種懸浮顆粒物含量超標的籠統表達。其中PM10和PM2.5等大氣顆粒物是造成霧霾天氣的主要元兇。PM10（可吸入顆粒物）是指懸浮在空氣環境中的空氣動力學當量直徑＜10μm的大氣顆粒物［1］。在大氣環境中，PM10及PM2.5濃度的增加會使人類誘發呼吸道疾病的概率上升，還能吸收可見光波，使大氣的能見度降低，產生很多空氣環境問題。

國家環境保護總局在《城市空氣質量日報技術規定》中要求全國各省份的重點城市從2000年起需要陸續開展PM10的日報和預報工作。合肥市作為安徽省的省會城市，積極響應國家政策，合肥市的環境監測中心站從2000年起即開始了對PM10的日常監測工作［2］。

本文以安徽省合肥市2013年度PM10的監測數據為標準，相關空氣質量標準作為參考數據，探尋合肥市空氣環境中PM10的時間與地域分布特征，及不同環境條件對PM10濃度的影響，并提出相關控制對策，為政府環保部門控制PM10污染提供意見。

2 合肥市PM10污染現狀及地域分布特征

合肥市位于安徽省中部，總面積11408.48km2，地處長江、淮河兩大水系之間，是安徽省的省會和全省政治經濟文化中心。屬于亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明、氣候溫和、雨量適中，對全省乃至我國中東部地區的天氣氣候具有很高的參考價值［3］。

選取合肥市5個空氣監測站點：明珠廣場，董鋪水庫，高新區子站，琥珀山莊，長江中路的歷史監測數值。通過對歷史數據的科學分析，得出合肥市PM10的地域分布現狀。

2.1 數據來源

本文數據來自合肥市各環境監測站點的實時監察數據。每個監測點的PM10數據均由TEOM自動監測儀測得，設備由技術人員定期標定并及時維修保養，年有效監測數據捕獲率超95%，因此，本文的數據是準確有效的。

2.2 PM10地域性差異分析

2013年合肥市5個環境監測站點對合肥市PM10的監測數據見圖1所示。

圖1 合肥市PM10濃度地域性差異

（1）PM10整體水平分析：其中合肥市的5個監測點的年均PM10濃度值處于80～120μg/m3范圍內，其中除了董鋪水庫外，其他4個監測點的年均PM10濃度值均大于100μg/m3，對于人體身體健康有一定的威脅。

（2）PM10地域差異分析：從數據來看，其中董鋪水庫的PM10濃度值最低，琥珀山莊濃度值相對較低，高新區、明珠廣場和長江中路監測站點的PM10濃度值最高。其主要可能是因為長江中路和明珠廣場位于合肥市的交通商業繁華區，交通極其發達，物流便利，人流量很大，汽車尾氣等排放量較高，對污染物的排放也較多，導致PM10的濃度值較高；高新區是企業集中所在地，功能區劃為工業區，污染物排放較多，也導致PM10的濃度值較高；而董鋪水庫處于合肥市郊區，人口密度和車流量低，人工環境少，所以污染物濃度較低；琥珀山莊為市民居住區，商業與交通相對稀疏，導致PM10濃度不高。分析結果初步顯示，車流量、工業生產等人為活動會導致污染物排放量的增加，從而影響到PM10濃度的升高。

3 合肥市PM10時間特征分析

3.1 季節性濃度差異分析

選取合肥市5個監測站點的PM10監測數據進行季節性分析，具體數據見表1所示。

表1 2003年度合肥市5個監測點四個季度PM10均值 μg/m3

合肥市PM10監測數據顯示：第一季度PM10監測的平均濃度為104μg/m3，第二季度PM10監測平均濃度為81μg/m3，第三季度 PM10監測平均濃度為126μg/m3，而到第四季度抽樣平均濃度則高達145μg/m3。數據顯示合肥市第二季度的PM10平均濃度相對較低，處于50～100μg/m3這個范圍內，空氣質量良好；而第一、三、四季度的PM10平均濃度都大于100μg/m3，處于污染的范圍內，對人體的危害較大，空氣環境質量令人堪憂。

造成合肥市PM10季節性濃度差異的原因分析如下。

合肥地處華東地區，江淮流域，巢湖湖畔，受亞熱帶季風氣候影響較大，夏天的降水量非常豐富。而豐富的降水能夠有效地對空氣中污染物進行明顯的沖刷作用，能顯著降低空氣中的PM10等污染物的濃度，潔凈空氣。同時夏季由于日照充足，氣溫高，太陽輻射強烈，風速比春、冬季節大很多，空氣對流與湍流強烈，逆溫現象出現較少，PM10等大氣污染物不易堆積，擴散現象明顯，也是導致PM10濃度降低的原因之一［4］。

由于秋冬季節和春季的氣溫較低，會使人們大量使用空調、地暖等取暖設備。由于煤炭、電力等能源的大量適用，使PM10的排放量增加，導致PM10的濃度相應增大。

由于季節性氣候條件限制，合肥市春季、秋季和冬季的空氣濕度較大，這種情況對霧霾天氣的發生有著促進作用，也導致了空氣中的PM10濃度的上升。

3.2 不同月份PM10濃度差異分析

通過對合肥市PM10和5個監測點位PM10的月濃度平均值數據的收集比較，得出在不同月份PM10的濃度差異，具體結果見表2所示。

表2 合肥市PM10月份濃度差異對比 μg/m3

由表2可以看出，每個月份PM10的平均濃度值都是不同的。其中一月、十月、十一月和十二月的PM10濃度值遠超過其他月份。而二、三、四、五月份濃度值差距不大，六、七、八、九月份的PM10濃度值最低，在良的范圍以內，空氣質量良好。對人體基本無危害。

其可能原因分析如下。

一月、十月、十一月和十二月幾個月份合肥市的氣溫較低，對能源消耗量較大，汽車等交通工具都會開啟空調等保暖設備，加大能源消耗和污染物的排放。在加上這幾個月份空氣較為潮濕，風速相對較小，不利于污染物的稀釋擴散，PM10等污染物容易富集，導致PM10的平均濃度值較高，危害人體健康。

六、七、八、九月等月份正直合肥市的夏、秋季節，受亞熱帶季風氣候等的影響，合肥市的降雨量較大，對空氣中的PM10等污染物起到了很好的沖刷作用。再加上夏季合肥市的平均風速較大，對污染物的擴散和稀釋起到很好的促進作用。這樣就導致了PM10濃度值的降低［5］。

二、三、四、五月份處于冬夏之間的春季，空氣濕度氣候較冬天低，比夏天高，降雨也比冬季低、夏季高，這樣就導致了這幾個月份空氣中PM10等污染物的平均濃度值比一月、十月、十一月和十二月等月份高，又比六、七、八、九月等月份低的現象。

3.3 小時濃度差異分析

選取2013年合肥市PM10年度小時平均值作為研究對象，探究PM10小時均值變化情況。合肥市PM10年度小時均值變化情況見圖2所示。

圖2 合肥市PM10小時平均濃度變化

合肥市區的PM10小時濃度變化呈現出較為明顯的雙峰形狀，表現為白天濃度較低，晚上17點以后濃度急劇升高的特點。主峰高在晚上8～10點時間段，次峰高在上午8～9點時間段。造成PM10分布的主要原因是氣象因素和交通因素。從圖2可以看出，從凌晨1點到早上6點，PM10的濃度一直維持在一個較為平緩的水平，因為此時的人類活動變少，氣象條件穩定。在早上6點以后，對流層低層氣溫較低，易產生逆溫層，導致大氣污染物的擴散受到影響，底層大氣污染嚴重，且隨著上班高峰的到來，人類活動、機動車行駛等開始活躍，PM10的質量濃度開始升高，在早上8～9點出現了一個較為嚴重的污染峰值區間；10點以后，由于氣溫的升高、上班交通高峰過去、大氣擴散情況的好轉，PM10的質量濃度不斷下降。在白天由于氣象條件較好，PM10總體濃度值維持在一個較低的水平。到了晚上8～10點的時間段，由于氣象條件的變差，人類活動、汽車行駛等的加劇，PM10的質量濃度值隨之升高，并出現了另一個峰值。

4 合肥市PM10污染影響因素分析

據吳虹、張彩艷［6］等的研究表明，城市揚塵、煤煙塵、機動車尾氣等對PM10的貢獻率很高，分別達到了28.7%、17.2%和11.6%。茆長榮、尚廣萍［7］等的研究也表明城市的氣象條件、下墊面性質等也對大氣污染物PM10有很大的影響。

結合本文上述研究，分析得出對PM10污染的影響因素主要表現在以下幾個方面。

（1）污染源對污染物的排放。包括汽車尾氣、工業鍋爐、工業窯爐、家用電器排放、秸稈燃燒、化肥使用、畜禽養殖等人類活動排放放出較多的PM10等大氣污染物，能有效增加空氣中的PM10的平均濃度，危害人類健康。

（2）城市氣象條件的影響。氣象條件對空氣中污染物的影響是巨大的。大量的研究結果都清晰地顯示出，不同的氣象條件都能對污染物的積累、稀釋和擴散起到不同但重要的作用。當污染物的排放量確定時，當地區域的相關氣象條件就成了影響PM10的重要條件。上文中分析指出了合肥市PM10季節性差異的原因，很大程度上就是因為合肥市氣象條件的影響。夏季風速、降雨較其他季節大，對污染物的擴散和稀釋起到積極的作用，導致合肥市夏季PM10的平均濃度值較低。

（3）下墊面性質對PM10等污染物的影響。PM10等大氣污染物在空氣中運輸時會受到各種條件的影響。其中風速和溫度對其影響較大，而大氣湍流等氣象條件則影響到污染物的稀釋和再分配等。風速、氣溫和大氣湍流等都同大地的地形條件、下墊面性質等密切相關。如城市中的高層建筑物等會嚴重減小風速，會造成污染物的堆積等。

5 合肥市PM10濃度控制方案分析

綜上分析得出，合肥市PM10濃度值相對較高，空氣污染嚴重，對居民的生命財產安全和日常生活都有較大危害。因此，應采取一定的控制措施，來降低合肥市大氣污染物濃度。

（1）加強汽車尾氣的監督管理。汽車尾氣對PM10的濃度有著重要的貢獻，因此，對汽車尾氣的監督管理就顯得很有必要。對私人汽車進行很嚴格的監管控制，嚴格辦理新車排放審核手續，達標上牌。對城市的交通設施進行合理的規劃，加大力度發展公共交通。

（2）政府加強力度，減少揚塵污染。對一些建筑中的作業、城市環衛工作等加強管理，減少施工揚塵等。對城市道路進行定期的清洗和進行垃圾管理，對城市車流量大的街道如長江中路等增加灑水次數，使大氣中的灰塵下沉，減少大氣環境中PM10等污染物的濃度。

（3）提高環保意識，加強生態環境建設。對合肥市市民應加強環保知識教育宣傳，提高市民的環境保護意識。使人們自覺地愛護環境，保護這個大家共同的生活環境。同時應加強城市環保、生態建設，如植樹造林等，提高城市綠化率。合理地規劃和利用水資源，增加城市水面面積，從而可以合理地調節城市氣候，增加合肥市的大氣環境容量。

6 結論

通過對合肥市PM10濃度數據分析，得出其時空分布特征，并提出了相應控制對策。主要結論如下。

（1）合肥市空氣中PM10季節性濃度均值夏季最低，為81μg/m3，空氣質量良好；冬季最高，為145μg/m3，不利于人體的健康。

（2）合肥市PM10月份濃度呈現明顯的時間變化。其中一月、十月、十一月和十二月的PM10濃度值遠超過其他月份，最高值為12月的189μg/m3。而二、三、四、五月份濃度值差距不大，六、七、八、九月份的PM10濃度值最低，最低值為六月的78μg/m3，在良的范圍以內。

（3）PM10有明顯的小時濃度差異，忙時濃度值高，閑時濃度值低。一天內PM2.5小時平均濃度呈現明顯的雙峰形狀，在上午8～9點和晚上8～10點達到峰頂，下午2～3點時為波谷，總體表現為白天濃度偏低，晚上濃度偏高。

（4）PM10的濃度值與污染源的排放、城市的氣象條件、城市下墊面性質等都有著顯著的關系。

（5）合肥市空氣質量較差，應采取相應的控制措施，改善空氣環境。

［1］李名升，張健輝，張殷俊，等.近10年中國大氣PM10污染時空格局［J］.地理學報，2013，68（11）：1504～1512.

［2］合肥市環境保護局.合肥市環境質量報告書［R］.合肥：合肥市環境保護局，2001～2003.

［3］石春娥，姚葉青，張 平，等.合肥市PM10輸送軌跡分類研究［J］.高原氣象，2008，27（6）：1383～1390.

［4］魏 欣，畢曉輝，董海燕，等.天津市夏季灰霾與非灰霾天氣下顆粒物污染特征與來源解析［J］.環境科學研究，2012，25（11）：1193～1200.

［5］肖致美，畢曉輝 ，馮銀廠，等.寧波市環境空氣中PM10和PM2.5來源解析［J］.環境科學研究，2012，25（5）：549～555.

［6］吳 虹，張彩艷，王 靜，等.青島環境空氣PM10和PM2.5污染特征與來源比較［J］.環境科學研究，2013，26（6）：583～589.

［7］茆長榮，尚廣萍.合肥市城市PM10污染成因及控制對策［J］.安徽大學學報，2005，29（4）：87～92.