洛陽市冬季大風(fēng)天氣下PM10和PM2.5濃度變化研究

摘要利用洛陽市環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測國控站點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了冬季大風(fēng)天氣下PM10、PM2.5濃度變化情況。結(jié)果表明，從大風(fēng)來臨到結(jié)束，PM10和PM2.5質(zhì)量濃度整體呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢；PM2.5與PM10的比值在風(fēng)中階段較低，大風(fēng)前、后時段較高，特別是風(fēng)中到風(fēng)后過渡階段，二者比值達(dá)到峰值，此時容易發(fā)生倒掛現(xiàn)象；大風(fēng)來臨初始階段，風(fēng)速增大導(dǎo)致PM10濃度出現(xiàn)峰值，而對PM2.5無明顯影響；PM2.5對大氣能見度影響較大，且當(dāng)其濃度<0.5 mg/m3時，能見度屬良好等級。

關(guān)鍵詞PM2.5；PM10；濃度變化；大風(fēng)天氣；冬季

中圖分類號S161.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）26-196-02

Abstract The monitored data provided by statecontrolled sites were used to analyze the change rules of PM2.5 and PM10 in the different stages of windy weather. The results showed that from the start to the end of the wind， there was a trend that the concentrations of PM2.5 and PM10 increased after the first decline. Besides， the ratio of PM2.5 and PM10 was lower in the wind， and higher in the start and end of the wind. During the transition of the duration and ending， it reached peak. At the initial stage of the wind， the concentration of PM10 had an obvious ascension， but PM2.5 had no change. At the same time， the results also showed that PM2.5 had a greater impact on atmospheric visibility and when its concentration was less than 0.5 mg/m3， the visibility was in a good rank.

Key words PM2.5； PM10； Concentration change； Windy weather； Winter

顆粒物是我國很多城市大氣環(huán)境中的污染物，對環(huán)境和人體的危害很大。不同粒徑的顆粒物會吸附不同的有害物質(zhì)滯留在大氣中，進(jìn)入人體的呼吸系統(tǒng)，誘發(fā)肺氣腫、支氣管哮喘等疾病。其中PM2.5因其比表面積較大，更易吸附有毒物質(zhì)，進(jìn)入并長期停留在人體肺部對人體健康造成嚴(yán)重危害[1-4]而更受關(guān)注，并在2012年新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[5]中被納入監(jiān)測與評價。筆者在此利用2014年12月14～18日洛陽市環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測點(diǎn)位的PM10、PM2.5及能見度監(jiān)測資料，分析在此段時間內(nèi)大風(fēng)天氣狀況下二者濃度的時間變化規(guī)律以及與能見度的關(guān)系，以期為研究霧霾形成和制定大氣污染防治措施提供科學(xué)依據(jù)。

1資料與方法

1.1監(jiān)測地點(diǎn)與時間分析數(shù)據(jù)來源于洛陽市7個環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站，分別是市監(jiān)測站、豫西賓館、河南林校、市委黨校、開發(fā)區(qū)管委會、中信二小和市委新辦公區(qū)。

1.2儀器PM10、PM2.5監(jiān)測儀器分別是豫西賓館和中信二小兩點(diǎn)位為熱電1405系列，設(shè)備型號分別為1405F和1405FBVF，分辨率為0.1 μg/m3；其他5點(diǎn)位所用儀器均為大西比7201系列，設(shè)備型號為Dasibi-4000 7201，分辨率≤1 μg/m3。能見度分析儀為美國Belfort生產(chǎn)的Model 6000傳感器，量程為6～50 000 m。

1.3數(shù)據(jù)采集PM10、PM2.5和能見度數(shù)據(jù)均為連續(xù)采集，分析數(shù)據(jù)均為小時均值，剔除無效數(shù)據(jù)后進(jìn)行統(tǒng)計。

2結(jié)果與分析

2.1顆粒物平均濃度分析將2014年12月14日05：00～18日18：00的PM2.5和PM10平均濃度按風(fēng)前（14日05：00～15日04：00）、風(fēng)中（15日05：00～17日18：00）、風(fēng)后（17日19：00～18日18：00）三階段分別統(tǒng)計，結(jié)果顯示（圖1），PM10和PM2.5在大風(fēng)天氣條件下平均濃度的變化規(guī)律一致，風(fēng)前、風(fēng)中、風(fēng)后三階段均表現(xiàn)為先下降再升高的變化趨勢。其中在風(fēng)前階段，因地面上的各種微小顆粒隨大風(fēng)的搬運(yùn)作用滯留在大氣中，二者平均濃度升高，分別為0.123和0.103 mg/m3；隨著風(fēng)速的增大和風(fēng)向的穩(wěn)定，大風(fēng)對顆粒物影響作用的積累，大氣中顆粒物向下風(fēng)向移動，二者濃度分別降低為0.074和0.03 mg/m3，其中PM2.5的降幅高達(dá)70%，這可能是風(fēng)力作用帶走了大部分的PM2.5，而不足以帶走一些PM10，將其裹夾在大氣中的緣故；進(jìn)入后期，隨著風(fēng)力的削弱，污染物擴(kuò)散條件變差，大氣中顆粒物污染物濃度升高。

圖12014年12月14日05：00～18日18：00不同階段中PM2.5和PM10的平均濃度2.2PM2.5/PM10特征分析統(tǒng)計時段內(nèi)，PM2.5與PM10的比值為14.0%～134.5%，平均值為75.4%，可見洛陽冬季PM2.5污染較嚴(yán)重。從圖2可以看出，PM2.5/PM10與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，在風(fēng)前和風(fēng)后兩階段，平均風(fēng)速分別為0.8和0.6 m/s， PM2.5與PM10的比值較高，集中在80%～100%；風(fēng)中階段因?yàn)槠骄L(fēng)速較大，PM2.5/PM10較低，其中當(dāng)風(fēng)速>3 m/s時，PM2.5與PM10的比值降低至40%以下。風(fēng)中到風(fēng)后的過渡時間內(nèi)，PM2.5/PM10出現(xiàn)了急劇增長，這可能是因?yàn)殡S著風(fēng)力削弱，擴(kuò)散條件的惡化，PM10和PM2.5的濃度均開始逐步升高，而PM2.5更易在空氣聚集滯留的緣故。

圖22014年12月14～18日不同階段不同風(fēng)速條件下PM2.5和PM10的比值2.3顆粒物小時值變化及與能見度關(guān)系從圖3可以看出，12月15日12：00～14：00風(fēng)速出現(xiàn)首個峰值時， PM10監(jiān)測值出現(xiàn)大風(fēng)期間唯一峰值；此后16日00：00～02：00、05：00～06：00、11：00～15：00等多個時段的風(fēng)速再出現(xiàn)峰值時，PM10濃度保持較低濃度，并未再次出現(xiàn)峰值，這是因?yàn)榇箫L(fēng)開始階段，當(dāng)風(fēng)速>3 m/s時，地面塵土被卷至空中，導(dǎo)致PM10濃度升高；之后風(fēng)速再次出現(xiàn)峰值時，地面塵土已被吹至角落，沒有飛揚(yáng)的塵土，PM10監(jiān)測濃度變化趨于不明顯。 在風(fēng)速出現(xiàn)首個峰值、PM10濃度升高時，PM2.5濃度并未出現(xiàn)較大波動，之后隨著風(fēng)力持續(xù)，擴(kuò)散條件變好，其濃度隨之降低。

圖32014年12月14～18日PM2.5和PM10的濃度與風(fēng)速的關(guān)系由圖3～4可見，在大風(fēng)初始階段，當(dāng)PM10和PM2.5質(zhì)量濃度>0.1 mg/m3時，能見度隨二者濃度的變化有較明顯的波動，且呈負(fù)相關(guān)；在大風(fēng)天氣中后期，當(dāng)二者濃度降低為0.05 mg/m3左右時，大氣能見度一直處于良好等級，始終為能見度監(jiān)測設(shè)備的最大量程（50 000 m）。其中，18日03：00～13：00由于顆粒物濃度的增大能見度有較小波動。在風(fēng)速出現(xiàn)第一次峰值，PM10濃度值達(dá)到峰值，能見度并未有明顯變化，這可能是因?yàn)榇藭rPM2.5濃度較低，維持在0.05 mg/m3。這也說明了PM2.5具有更強(qiáng)的消光性，相對PM10能更大程度降低大氣能見度，形成霧霾[6-10]。

圖42014年12月14～18日PM2.5和PM10的濃度與能見度的關(guān)系3結(jié)論

通過對洛陽市環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測點(diǎn)位2014年12月14～18日大風(fēng)天氣下的PM10和PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出：

（1）PM10和PM2.5在大風(fēng)天氣條件下平均濃度的變化趨勢一致，風(fēng)前、風(fēng)中、風(fēng)后三階段均表現(xiàn)為先下降再升高。

（2）PM2.5與PM10的比值在風(fēng)中階段較低，在大風(fēng)前、后時段較高，特別是風(fēng)中到風(fēng)后過渡階段，二者比值達(dá)到峰值，此時容易發(fā)生PM2.5比PM10高的現(xiàn)象。

（3）大風(fēng)來臨初始階段，當(dāng)風(fēng)速增大時，PM10濃度出現(xiàn)峰值，而PM2.5濃度保持為降低水平，并無較大波動。

（4）大風(fēng)天氣前，當(dāng)PM10和PM2.5濃度>0.1 mg/m3時，能見度與二者濃度呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)二者濃度降低為0.05 mg/m3，能見度始終保持為良好，與二者濃度無明顯關(guān)系。除此，PM2.5對能見度影響比PM10更大。

參考文獻(xiàn)

[1] 殷永文，程金平，段玉森，等. 某市霾污染因子PM2.5引起居民健康危害的經(jīng)濟(jì)學(xué)評價[J].環(huán)境與健康雜志，2011，28（3）：250-252.

[2] 王媛，黃薇，汪彤，等. 患心血管病老年人夏季PM2.5和CO的暴露特征及評價[J].中國環(huán)境科學(xué)，2009，29（9）：1005-1008.

[3] 王宏，陳彬彬，林文，等.廈門市PM2.5與分布特征及能見度關(guān)系的研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2014，37（6N）：49-53.

[4]林云，李美玲，宋黨育.焦作市城區(qū)霧霾天氣成因與對策分析[J].河南科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2013（5）：27-31.

[5] 中國環(huán)境科學(xué)研究院，中國環(huán)境監(jiān)測總站.環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB 3095-2012[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012.

[6] 朱焱，楊金彪，朱蓮芳，等.蘇州市能見度與影響因子關(guān)系研究[J].氣象科學(xué)，2011，31（5）： 626-631.

[7] 梁延剛，胡文志，楊敬基. 香港能見度、大氣懸浮粒子濃度與氣象條件的關(guān)系[J]. 氣象學(xué)報，2008，66（3）：461-469.

[8] LEE Y L，SEQUEIRA R.Watersoluble aerosol and visibility degradation in Hong Kong during autumn and early winter，1998[J].Environmental pollution，2002，116（2）：225-233.

[9] LATHA K M，BADARINATH K V S.Black carbon aerosols over tropical urban environmenta case study[J]Atmospheric environment，2001，35（12）：2845-2860.

[10] 姚劍，王廣華，林俊.上海市大氣顆粒物與能見度的關(guān)系[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2010，26（8）：17-21.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，Journal of Anhui Agri. Sci.2015，43（26）：198-201，218