2014年鄭州市一次灰霾天氣下空氣污染特征分析

劉奕堯， 邢夢林， 王維思， 曾 洋， 郭 發　(河南省環境監測中心，河南鄭州 450004)

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2014年鄭州市一次灰霾天氣下空氣污染特征分析

劉奕堯， 邢夢林， 王維思， 曾 洋， 郭 發(河南省環境監測中心，河南鄭州 450004)

近年來，我國空氣中SO2和顆粒物等污染防治工作取得積極進展，但是隨著社會經濟的快速發展和工業化、城市化進程的加速，全國整體的環境空氣污染形式依然十分嚴峻，呈現出煤煙型與氧化型污染共存、局地污染和區域污染相疊加、污染物之間相互耦合的復合型大氣污染特征[1]。在我國京津冀、長三角、珠三角為代表的經濟快速發展的重點地區均出現了不同程度的區域性大氣復合污染問題[2]，以臭氧(O3)為特征的區域光化學煙霧時有出現，以大氣細顆粒物(PM2.5)污染為特征的灰霾天氣頻發，嚴重威脅人民群眾的身體健康和生態安全，已成為社會各界高度關注和亟待解決的重大環境問題[3]。

經過近10年的研究，對于國內灰霾的發生時間、污染源及其與風速、相對濕度、能見度、逆溫層等氣象因素的關系已有了較深的認識[4-5]。然而，因早期技術限制，對于霾期間特征污染物的研究較少[6]。大氣穩定度儀通過測量附著在顆粒物上的氡子體的放射性來判斷垂直方向上大氣的穩定性，最終得以判斷大氣污染物擴散情況[7]。激光雷達可以探測到不同高度大氣氣溶膠的強弱信號，使得研究氣溶膠垂直分布特征多了一種技術手段。如王苑等[8]利用微脈沖激光雷達對上海浦東2008年12月~2010年11月霾期間氣溶膠消光特征進行了分析；丁銘等利用黑碳儀對蘇州市區秋末、初冬時段黑碳氣溶膠濃度變化進行研究[9]；崔虎雄等利用粒徑譜儀對上海浦東冬季顆粒物濃度及其譜分布特征進行分析[10]。筆者利用大氣穩定度儀、EC/OC、粒徑譜儀、激光雷達等，對2014年十一期間鄭州地區的一次灰霾天氣和后期一個非霾日進行了不間斷觀測，結合霾天氣地面氣象要素和PM10、PM2.5質量濃度資料，探討霾天氣過程大氣氣溶膠消光系數垂直分布特征、MLH變化特征以及MLH與PM2.5的關系，有助于對灰霾天氣的形成機制與污染特征的進一步認識。

1灰霾天氣下空氣污染物監測

1.1監測地點、時間監測地點位于河南省輻射環境安全技術中心5樓樓頂(34°45′41″ N，113°41′58″ E)，采樣口距地面約25 m。該地點地處鄭州市金水區，附近主要為住宅區，500 m內無明顯工業源，交通源和生活源對其有一定影響。觀測時間為2014年8月~2015年1月。

2.2監測儀器監測儀器的型號及生產廠家見表1。

表1　監測儀器

2結果與分析

2.1重霾天氣下城市攝像對比拍攝地點為河南省大氣灰霾站。由圖1可知，2014年10月5日(能見度2 073 m)、11月22日(能見度1 524 m)霧霾現象較為嚴重，2015年1月5日(能見度2 452 m)也出現霧霾天氣，而晴好天氣下2014年11月12日(能見度19 057 m)同一時刻能見度較好。

2.2重霾天氣下污染物相關性分析

2.2.1黑碳與大氣穩定度。由圖2可知，灰霾天氣下黑碳880 nm數值明顯高于日常平均值，可見光被這些黑碳粒子吸收后影響了能見度。此外，這兩天當中大氣穩定度明顯偏高(圖3)，大氣層邊界穩定，不利于污染物擴散，所以形成嚴重霧霾天氣。

2.2.2PM10與EC。由圖4可知，2014年10月5日顆粒物(PM10)濃度全天都在250 μg/m3以上，凌晨03：00最高，達558 μg/m3，主要是因為秋收剛結束，鄭州周邊存在燒秸稈現象。國慶節日期間河南多地市出現霾天氣，其中秸稈燃燒是主要誘因。而2014年10月5日元素碳(EC)濃度呈下降趨勢。

2.2.3顆粒物粒徑分布。由圖5可知，2014年10月5日粒徑小于1 μm顆粒物(PM1)占總顆粒物的比例較之8~12月均值有很大提升，而大于1 μm、小于2.5 μm的顆粒物(PM2.5)比正常天氣下有所下降，說明2014年10月5日是一次以PM1為主要污染物的霧霾過程。

2.3激光雷達觀測結果分析由圖6可知，2014年10月1~8日，國慶期間河南全省火點主要集中在豫中、豫東地區，鄭州周邊有明顯較多火點。圖7是利用激光雷達在532、355 nm波長下進行遙感探測得出的消光圖和退偏圖。2014年10月1日當天有小雨，鄭州上空有云，近地面消光數值較低，近地面顆粒物水平也相對較低。10月2日鄭州上空退偏值較大，遙感圖像上可以觀察到有霾存在，疑似秸稈燃燒煙塵。10月3日鄭州遙感圖像明顯也變得模糊，氣溶膠厚度增大，同時近地面顆粒物增大，污染態勢加重。10月4日退偏圖顯示，在1.5~2.5 km高度上有大量高退偏物質。

由圖8可知，2014年10月3日、10月5日兩時段有機碳(OC)的濃度較大，且主要位于高濕度時段，表明此時的二次轉化速率較大，氣態顆粒物向固態顆粒物轉化速度快，此時雷達的高消光特性，二次無機鹽的貢獻可能較大。10月5日遙感圖像上顯示整個河南省中、東部地區污染較為嚴重，受此影響，邊界層高度較低，只有1 km左右，垂直擴散能力弱，在一定程度上導致污染的累積程度加強，近地面消光系數較大，顆粒物以細粒子為主。10月6日，受風力增大影響，污染逐漸消散。10月7日受高濕度影響，秸稈燃燒后的氣態污染物向顆粒態轉變，導致整個華中、華東地區出現大范圍污染，此時消光數值較大，退偏減小，顆粒物主要以細顆粒為主。10月8日與7日情況類似，雷達高消光主要為二次轉化生成的細顆粒物所導致。

3結論

2014年鄭州市一次灰霾天氣下空氣污染具有以下特點：污染是以秸稈燃燒為誘因，雷達圖片圖及遙感衛星火點分布圖可以在垂直和水平尺度把握生物質燃燒的特征；燃燒后的氣態污染物在高濕的環境下，生成二次新生粒子，導致雷達消光增強，污染程度加深。綜上所述，該次污染過程是由生物質燃燒所致，污染期間火點數目持續增多，且在高濕作用下存在大量二次粒子生成的一次污染過程。

參考文獻

[1] 王瑞斌,李健軍,孟曉艷,等.環境空氣質量監測技術[M].北京：中國環境出版社，2013.

[2] 唐嫻,王喜全,洪也,等.遼寧中部城市群一次灰霾天氣過程的外來影響程度研究[J].環境科學學報,2014,34(6)：1541-1550.

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

[4] 王明潔,朱小雅,陳申鵬.1981~2010年深圳市不同等級霾天氣特征分析[J].中國環境科學,2013,33(9):1563-1568.

[5] KANG H Q,ZHU B,SU J F,et al.Analysis of a longlasting haze episode in Nanjing,China[J].Atmospheric research,2013,120:78-87.

[6] 嚴國梁,韓永翔,張祥志,等.南京地區一次灰霾天氣的微脈沖激光雷達觀測分析[J].中國環境科學,2014,34(7):1667-1672.

[7] 王芬娟,張華,MARIA PIA ANCORA,等.通過測量氡的放射性來監測大氣穩定度的新方法[J].中國環境科學,2013,33(4)：594-598.

[8] 王苑,耿福海,陳勇航,等.基于微脈沖激光雷達的上海浦東地區不同強度霾研究[J].中國環境科學,2013，33(1):21-29.

[9] 丁銘,鄒強,葛順,等.蘇州市黑碳氣溶膠的污染特征分析[J].中國環境監測,中國環境監測，2014,30(6):67-71.

[10] 崔虎雄,任小龍,張華.上海市浦東城區冬季顆粒物數濃度及其譜分布特征[J].中國環境監測，2014,30(6):62-66.

摘要2014年10月1~8日國慶期間鄭州地區發生了一次嚴重灰霾天氣過程，利用氣象觀測資料、大氣灰霾站監測資料，對鄭州空氣污染情況進行分析。結果表明，該次污染是由生物質燃燒所致，污染期間火點數目持續增多，且在高濕作用下存在大量二次粒子生成的一次污染過程。

關鍵詞灰霾；顆粒物；秸稈焚燒；鄭州

Analysis on Spatial-temporal Characteristics of Air Pollution during a Regional Haze Episode over Zhengzhou in 2014

LIU Yi-yao, XING Meng-lin, WANG Wei-si et al(Henan Environmental Monitoring Centre, Zhengzhou, Henan 450004)

AbstractA serious haze weather process happened in Zhengzhou from Oct. 1 to 8,2014.The air pollution situation were analyzed based on the meteorological observation data and atmospheric haze station observation data. The results showed that biomass burning leaded to the pollution. The amount of fire-points increased continuously during the pollution and a great quantity of secondary particles were generated under the influence of high humidity.

Key wordsHaze; Particulate matter; Straw burning; Zhengzhou

收稿日期2015-10-14

作者簡介劉奕堯(1986-)，男，河南周口人，助理工程師，碩士，從事大氣環境監測研究。

中圖分類號S 181.3

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)32-119-03