浙江溫嶺市區大氣顆粒物的數據分析

毛文軍

(溫嶺市氣象局, 浙江 溫嶺 317500)

浙江溫嶺市區大氣顆粒物的數據分析

毛文軍

(溫嶺市氣象局, 浙江 溫嶺 317500)

隨著人們對霾天氣對城市環境影響的關注加深，近年來中國不少地區將霾作為災害性天氣現象進行預警預報。霾是特定氣候條件與人類活動相互作用的結果。通過對浙江溫嶺市的大氣顆粒物濃度數據的分析，數據結果表明溫嶺市區顆粒物濃度在日內時間受汽車尾氣等人為活動密切相關；同時具有季節性，由于受降雨量和季風影響，夏季的顆粒物濃度遠小于冬季。最后，研究了霾的環境和人為因素，并對城市大氣環境的改善提出建議。

顆粒物，霧霾，大氣環境

0 引 言

大氣污染直接影響人類的生存環境，大氣中污染物濃度達到有害程度，將破壞人類正常生存和發展的條件，對人體健康造成極大的危害。1943年的美國洛杉磯光化學煙霧事件，汽車尾氣和工業廢氣的大量排放加上當地特殊的地理氣候使得彌漫在城市上空的藍色煙霧肆虐，使人眼發紅，喉嚨疼痛，呼吸憋悶。1952年的倫敦煙霧事件四天內導致4000余老年人或者原來患有慢性心臟病及呼吸系統疾病的人中毒死亡。1961年的日本四日市哮喘病事件，空氣中高濃度的工業粉塵和SO2煙霧導致支氣管哮喘病大發作[1]。

通常把粒徑在10 μm以下的顆粒物稱為可吸入顆粒物，又稱為PM10。可吸入顆粒物通常來自在未鋪瀝青、水泥的路面上行使的機動車、材料的破碎碾磨處理過程以及被風揚起的塵土。直徑小于等于 2.5 μm的顆粒物能較長時間懸浮于空氣中，它對空氣質量和能見度等有重要的影響，又稱PM2.5。與較粗的大氣顆粒物相比，大氣顆粒物粒徑小，面積大，活性強，易附帶有毒、有害物質，例如，重金屬、微生物等。直徑小于或等于1 μm的固體顆粒或液滴稱為可入肺顆粒物，又稱PM1。PM1粒徑小，富含大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大[2]。通常來說，粒徑在7～10 μm的顆粒物可以進入鼻腔，4.7～7 μm的顆粒物可以進入咽喉，這一階段還是可逆的，人體可以咳出來；但到了3.3～4.7 μm時，顆粒物就要進入氣管和支氣管，在2.1～3.3 μm時，顆粒物可以進入中支氣管；在1.1～2.1 μm時，顆粒物進入支氣管末端；在1 μm以下，也就是說PM1，就要進入肺泡血液，對人體健康影響極大[3]。

發達國家由于更早開始對大氣污染的研究，對污染控制的較好。發展中國家起步較晚，隨著城市化的快速發展和化學燃料的使用，大氣顆粒物污染日益突出，越來越多的國內研究者開始關注大氣污染問題。制定合理有效的大氣顆粒污染控制策略，減少顆粒物污染造成的危害是決策者的當務之急。本文將以浙江省溫嶺市的大氣顆粒物濃度的監測數據為起點，簡要分析顆粒物濃度的人為和自然因素，并為空氣質量監控和改善提供價值。

1 監測數據及分析

1.1 監測儀器和方法

本文分析了從2014年2月—2015年1月一年期間于溫嶺市氣象局(121.36°E，28.36°N)的以5 min為時間間隔的PM1，PM2.5和PM10監測數據。該數據是利用GRIMM Aerosol Technik公司Model 180粉塵監測系統采集的。該系統內半導體光源以高頻率產生綠色激光照射樣氣室，如遇顆粒物，激光會發生散射，根據到達吸收井中的激光脈沖信號進行分析檢測顆粒物粒徑的大小及濃度。

1.2 結果和討論

表1給出了對不同月份日內顆粒物濃度數值進行平均得到的PM10平均數值以及PM1，PM2.5，PM10平均數值之間的比例關系。

表1 不同月份PM10平均數值和PM1，PM2.5，PM10之間的比例關系

從表1數據中顯示PM1，PM2.5和PM10之間的比例和顆粒物濃度本身大小、季節沒有顯著關系。雖然不同月份的PM10數值相差很大，從夏季的20 μg/m3左右到冬季的接近50 μg/m3，但是PM2.5占PM10的比值穩定在80%～90%之間，PM1占PM2.5的比值穩定在90%左右。也就是說PM10中絕大部分是PM2.5，PM2.5中絕大部分是對人體危害巨大的PM1。

國內相關研究單位，包括中科院大氣物理研究所其他課題組都發表過各自的研究結論關于PM2.5的來源解析結果，多數認為機動車的貢獻在20%～30%之間[4]。汽車尾氣中的氮氧化物會繼續在空氣中氧化轉化成硫酸鹽和硝酸鹽，這些顆粒物會吸附在水汽上，形成小液滴，也就是“二次氣溶膠”。氣溶膠可以輸送幾百、幾千甚至上萬千米，引起區域性和全球性污染。汽車廢氣中含有150～200種不同的化合物，其主要有害成分為：未燃燒或燃燒不完全的碳硫氧化物以及微量的醛、酚、過氧化物、有機酸和含鉛、磷汽油所形成的鉛、磷污染等。其中對人危害最大的有一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、鉛的化合物及顆粒物。工業排放對大氣顆粒物的影響又為兩個方面：一方面是直接排放的大氣顆粒物，包括揚塵、采選礦、金屬冶煉、有機化工生產和餐飲業油煙等；另一方面是二次顆粒物，主要是火電廠燃煤中排放的前體物二氧化硫和氮氧化物、揮發性有機物等排放到空氣中，通過化學反應產生的硝酸鹽、硫酸鹽、二次有機氣溶膠等，造成大氣顆粒物升高[5]。

為了得到日內顆粒濃度的變化，將各個月份的日內平均值列示于圖1—圖3。

圖1 2014年2月至2015年1月的日內平均顆粒濃度PM1數值

圖2 2014年2月至2015年1月的日內平均顆粒濃度PM2.5數值

圖3 2014年2月至2015年1月的日內平均顆粒濃度PM10數值

從圖1—圖3可以看出日內平均顆粒濃度數值在早上6時，中午11時，下午18時都有峰值，此3個時點剛好是出行高峰期；白天上午時間的顆粒物濃度持續增高，一般到10時左右達到全天最大值；下午18時左右也會迎來峰值。這和市區的機動車使用和工業活動成正相關，尾氣排放和工業排放導致顆粒物濃度增加。

除了人為因素，自然因素對顆粒物濃度的影響也非常大。一般來說，風雨會有效降低大氣顆粒物濃度。風速較大時，可以降低大氣顆粒物濃度；反之，大氣顆粒物容易積聚；降水有利于降低大氣顆粒物濃度，利于水汽凝結，形成云霧和降水。為了得到顆粒物濃度的季節性因素，圖4顯示了將2014年2月初至2015年1月底的月平均顆粒濃度數值。

圖4 2014年2月初至2015年1月底的月平均顆粒濃度數值

從圖4可以看出在整個夏季的濃度處在全年最低位，7月份平均濃度達到最低；秋季與春季次之；冬季大氣顆粒物的平均濃度最高，達到夏季平均濃度的兩倍左右。隨著夏季風環流系統建立，浙江境內盛行東南風。初夏，浙江各地逐步進入梅雨季節，暴雨、大暴雨出現概率增加。根據降雨量數據，溫嶺全年的65.3%的降水量集中在5、6、8和9月4個月份，分別是420.9、300.9、378.4、349.1 mm。盛夏，受副熱帶高壓影響，7、8月份的熱帶風暴天氣也非常有利于大氣顆粒物的凈化和遷移。降雨和季風因素綜合導致夏季大氣顆粒物濃度很低。冬季則剛好相反，低溫少雨，盛行的西北風將內陸周邊城市的霾擴散到本地使污染物聚集，增大了氣態污染物向二次顆粒物轉化的機會，從而導致嚴重的大氣顆粒物污染。冬季大氣顆粒物的平均濃度最高，秋季與春季次之，夏季平均濃度最低。夏季較頻繁的降雨，有利于大氣顆粒物的清除，從而導致夏季大氣顆粒物濃度最低。秋季則由于太陽輻射強，大氣氧化性增強，常發生光化學煙霧。

2 結 語

數據結果表明溫嶺市區顆粒物濃度在日內時間受汽車尾氣和工業排放等人為活動密切相關；同時具有很強季節性，由于受降雨量和季風影響夏季的顆粒物濃度遠小于冬季。

人們已經逐漸足夠認識到霾對生活的危害，由于自然因素的不可控性，治理霧霾天氣要從人為因素入手，找到大氣污染的罪魁禍首，指導治理大氣污染。建議從以下幾點入手：1)減少有機燃料的使用，提倡低碳能源，太陽能、風能、核能等清潔能源的使用比例；2)嚴格控制汽油質量和機動車輛氣體排放標準，宣傳提倡油電混動和純電動機動車輛的使用，多使用公共自行車；3)限制高能耗高排放高污染企業，提升產業結構，打造低碳城市，有效減少溫室氣體的排放；4)增加城市綠化面積，清潔降塵；5)進一步做好對地表的水污染，河道的清理，對鍋爐煙霧的排放要脫硫處理，餐飲的油煙作凈化處理；6)進一步強化全社會對氣象災害風險的防范意識，我們在反思工業等帶來的生態環境危機特別是氣候危機時，應把生態文明作為人類可持續發展的目標及綠色生產生活方式，提倡低能耗，低污染，積極應對氣候變化，維護全球生態環境。

[1] 安徽省環境保護廳.同呼吸，共奮斗——大氣污染防治知識讀本[M].北京：中國環境出版社，2014.

[2] 曹軍驥 等,PM2.5與環境[M].北京：科學出版社，2014.

[3] 竹濤，徐東耀，于妍.大氣顆粒物控制[M]. 北京：化學工業出版社，2013

[4] 張仁健.北京PM2.5化學組成及源解析季節變化[C]. Natural Hazards and Earth System Sciences Atmos Chem Phys Discuss.2013.

[5] 郝吉明.大氣二次有機氣溶膠污染特征及模擬研究[M].北京： 科學出版社， 2015

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2015-06-03