武漢市降塵污染特征及影響因素

周 珂，郭姝荃，周新萌，范 穎，鄭燕萍

武漢市環境監測中心，湖北 武漢 430015

武漢市降塵污染特征及影響因素

周 珂，郭姝荃，周新萌，范 穎，鄭燕萍

武漢市環境監測中心，湖北 武漢 430015

以武漢市2006—2013年降塵數據為例，采用SPSS19.0軟件統計分析了中部地區內陸城市的降塵污染特征及其影響因素。結果表明，月均降塵污染呈5月峰、11月谷三次曲線型，季節降塵污染呈春季>夏季>冬(秋)季，年均降塵量呈顯著下降趨勢。各功能區降塵量差異顯著，從多到少順序依次為工業區>交通稠密區>居商工混區>清潔區。根據主成分分析結果，對于武漢這類經濟發展中的中部內陸城市來說，氣象因素是影響降塵的重要外在因素。社會因素是主要內在影響因素，其中經濟發展因子的影響高于環境建設因子。

大氣降塵；時空分布；氣象因素；社會因素；主成分分析；內陸城市；武漢

大氣降塵是一種物質與能量傳輸的重要媒介，是指粒徑大于10 μm、能自由沉降到地面上的固體顆粒物[1]。降塵粒徑較大，沉降速度快，飄散傳播距離短，跨區域污染影響較小，是反映本地大氣顆粒物污染的指標之一[2-4]。目前的降塵研究多針對西、北部城市等干旱和半干旱地區，其降塵量主要受揚塵、燃煤和氣候的影響[5-9]，這些影響因素與中部內陸城市有著較大差異。本文以典型中部內陸城市武漢市2006—2013年城市降塵量為樣本，利用社會科學統計軟件(SPSS19.0)分析降塵污染變化規律和趨勢，從城市功能區角度分析降塵空間分布和來源，并利用主成分法分析氣象和社會影響因素，為中部地區內陸城市防治大氣降塵污染提供科學依據。

1 實驗部分

1.1 研究區域概況

武漢市位于中緯度內陸和長江中游平原地帶，受城市熱島效應和伏旱時副高壓控制，屬于典型中部內陸城市氣候(冬冷夏熱，雨量充沛，日照充足)，集熱容易散熱難，靜風頻率高。武漢市環境質量公報顯示，顆粒物為影響大氣環境的首要污染物。研究表明，武漢大氣降塵中存在著重金屬[10]。這些金屬污染物以及沙塵暴帶來的遠源粉塵可能是人類呼吸系統疾病的主要致病因子[11-13]。因此，近年來政府和公眾高度關注大氣顆粒物、降塵等污染問題。

1.2 數據采集

武漢市共設24個降塵監測點，見圖1。采樣及分析按照《環境空氣 降塵的測定 重量法》(GB/T 15265—1994)要求完成。由于大氣降塵監測周期長、環節多[14-15]，研究中剔除了明顯低于或異常高于歷年水平的異常數據。

2 結果與討論

2.1 大氣降塵污染特征分析

2.1.1 月季變化

通過分析武漢市8年的月均降塵量，建立擬合方程y=ax3+bx2+cx+d(y為月均降塵量，x為月份序列，見圖2)。武漢市8年月均降塵量呈現5月峰、11月谷的三次曲線型(P=0.011)。其中降塵量最多的5月占全年降塵量的9.6%，降塵量最少的11月占全年降塵量的7.6%，5月的月均降塵量高出11月26.9%。4—5月與9月至次年2月之間的月均降塵量差異顯著(P<0.05)。對逐年內的月均降塵量進行三次曲線模型擬合，也得到了類似規律。

根據中部地區常年氣象情況，劃分3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至次年2月為冬季，各季降塵量從多到少變化規律為春季>夏季>冬(秋)季。春季降塵量占全年比例最高，為全年降塵的28.0%，秋季降塵量占全年比例最低，為23.6%。春季與其他3個季節降塵量均值差異顯著(P<0.05)，其他季節之間差異不顯著。武漢市春季降塵量比秋季僅高出17.7%，整體看中部內陸城市降塵量的季節性差異相對較小，污染狀況也相對較輕[16-19]，與西、北部城市的降塵量呈現2～3倍的季節差異不同。

中部內陸城市的春季降塵污染最重[20-22]。有研究顯示，每年由我國西北部沙塵越過秦嶺抵達長江中下游地區所形成的浮塵天氣在5 d以上[23]。北方沙塵被輸送到長江中下游地區，隨氣流和雨水降落地表，形成降塵。某些內陸城市春季降塵的粒度組成特征與其他月份有顯著差異，推測為北方沙塵輸送至內陸城市過程中的各種運動導致[24-25]。因此，北方沙塵及高空浮塵為武漢等中部內陸城市降塵污染重要的外來源[26-27]。

中部內陸城市的秋、冬季降塵污染狀況相對較輕。西、北部城市的集中燃煤采暖會加重秋、冬季的降塵污染，有地區甚至將降塵污染研究期分為“采暖期”和“非采暖期”[28]。而目前大部分中部內陸城市尚未集中供暖，此時工業、建筑和道路施工基本穩定，農業生產有所減緩。研究顯示，在整體排污狀況基本穩定的情況下，下墊面狀況是影響降塵的重要因素[29]。盡管秋、冬季中部內陸城市的空氣質量狀況比其他季節差，但此時靜穩天氣頻現，低層空氣對流較弱，近地面風速小，起塵的動力條件減弱，降塵污染相對最輕。

2.1.2 空間分布

根據武漢市城市功能區劃和降塵來源，將24個監測點劃分為清潔區、居商工混區、交通稠密區和工業區。各功能區降塵量從多到少依次為工業區>交通稠密區>居商工混區>清潔區(P<0.05)，4類功能區降塵量均值之間差異顯著(見圖3)。

注：“*”表示均值差的顯著性水平為0.05；“工”型上限代表1/4高值，下限代表3/4高值。

武漢市近年來不斷深入推進全國中心城市建設，基礎設施、軌道施工等造成了大量的施工揚塵，這里將周邊建設集中的測點納入工業區一并統計。結合功能區降塵特征可初步推斷武漢降塵的本地源主要是施工塵、工業塵和交通塵。武漢市包括建設工地在內的工業區的降塵量占全市降塵量的35.3%，降塵貢獻率最高。其次，交通稠密區的降塵量占全市降塵量的28.8%。武漢機動車保有量和公路建設量逐年攀升，汽車尾氣和道路交通二次揚塵等交通源成為另一主要塵源。

2.2 大氣降塵污染變化趨勢

近年來，隨著建成區的不斷擴大，清潔區內人口密度和工、商業行為不斷增加，加重了清潔區的降塵污染。根據秩排序結果，清潔區秩相關系數已接近顯著變化的臨界值(P=0.048)，降塵量有潛在上升趨勢，必須控制這些外部因素以保證該區的環境功能。除居商工混區外，武漢市全市、交通稠密區和工業區年均降塵量分別以每年3.1%、4.2%、5.1%的速度顯著下降(P<0.05)，見表1和圖4。

表1 2006—2013年武漢市降塵量及其變化趨勢

注：“** ”表示在0.01水平(雙側)上顯著相關；“*”表示在0.05水平(雙側)上顯著相關。

圖4 2006—2013年武漢市各功能區年均降塵量變化趨勢

武漢市近年來采取了一系列工業企業污染整治和環境綜合治理措施：推動燃煤鍋爐實施煙氣脫硫改造，除塵設備升級；強化污染源綜合管理，嚴格控制工地揚塵；增加城市道路沖洗保潔頻次，實施降塵作業；減少機動車污染排放，提升車用燃油品質，加快推進高排量機動車更新淘汰等。這些防塵措施是切實可行的，已取得了實效。

2.3 大氣降塵污染影響因素

有研究顯示，氣候因素影響相對集中，社會因素的影響復雜而分散[30]，本文運用主成分法分別分析氣象和社會影響因素。

2.3.1 氣象因素影響

運用SPSS19.0統計軟件計算出相關系數矩陣、特征值、因子貢獻率及旋轉前因子載荷陣，見表2。計算得到的前2個主成分的特征值分別為2.921和2.011，貢獻率分別為41.729%和28.735%，累積貢獻率為70.464%，表明前2個主成分能夠概括大部分氣象信息。

表2 氣象因素與降塵量旋轉成分矩陣及Pearson相關性

注：“** ”表示在0.01水平(雙側)上顯著相關；“*”表示在0.05水平(雙側)上顯著相關。

第一主成分對氣壓、氣溫、日照時間載荷較高，可稱為熱-壓因子。這3項因子的Pearson相關系數分別為-0.186、0.171、0.219(P<0.1)，說明低熱-高壓條件下降塵量少。第二主成分對相對濕度、雨日載荷較高，可稱為濕度因子。相對濕度Pearson相關系數為-0.539(P<0.01)，經檢驗為顯著相關，說明高濕度條件下降塵量少。

2.3.2 社會因素影響

在24個社會因素中選擇前17個主要因子(P<0.05)進行分析，結果見表3。前2個主成分的特征值分別為9.394和6.788，貢獻率分別為55.260%和39.931%，累積貢獻率為95.191%，表明前2個主成分能夠概括絕大部分社會因素信息。

表 3 社會因素旋轉成分矩陣

注：24項社會因子中，糧食種植面積(萬hm2)、木材采伐量(m3)、建成區綠化覆蓋率(%)、煙塵排放總量(萬t)、造林面積(hm2)、人均公共綠地面積(m2)、全市戶籍人口(萬人)等7項因子相對降塵量的顯著性大于0.05，因此不納入主成分分析。

17個社會影響因素中僅工業煙塵排放量與降塵量呈正相關(Pearson 相關系數為0.782)，其余影響因素均為負相關(Pearson相關系數分別為-0.931到-0.718)。第一主成分中載荷較高的因子包括GDP、三大產業增加值等主要經濟指標和機動車保有量、房地產開發投資等與經濟發展密切相關的社會發展指標，因此將第一主成分統稱為經濟發展因子。第二主成分中載荷較高的因子包括了森林覆蓋率、公園綠地面積等環境保護指標和工業廢氣、煙塵排放量等污染排放指標，因此將第二主成分統稱為環境建設因子。

從影響降塵量的氣象因素和社會因素的載荷來看，社會因素的載荷絕對值高于氣象因素。載荷絕對值大于0.800的社會因素有14個(占82.3%)，氣象因素有4個(占57.1%)。社會因素第一主成分中11項因子的載荷值有10項高于0.800，第二主成分中6項因子的載荷值有4項高于0.800。說明社會因素對武漢市降塵量的影響要大于氣象因素，其中經濟發展因子的影響又要高于環境建設因子。

對于經濟欠發達的西北部地區，氣候條件可能決定著生態環境的優劣，資源消耗型的不良經濟增長甚至對生態環境有一定負面影響[30]。但對于武漢市這類經濟相對發展的中部內陸區域，經濟發展因素才是決定生態環境優劣的關鍵因素，可持續經濟發展會促進生態環境的優化。這幾年，武漢市經濟水平發生了巨大變化，GDP等主要經濟指標不斷提高，房地產開發、機動車保有量、交通客貨運輸等對環境不利的因素逐年增加，但森林覆蓋率、公園綠地面積等環境保護建設在加強，而工業煙塵、廢氣排放量逐年下降，降塵污染逐年減輕。可見，對城市降塵污染的控制需要在高質量發展經濟的同時加強生態文明的建設[31-33]。

3 結論

1)武漢市的月均降塵量呈現5月峰、11月谷三次曲線型，各季降塵量從多到少順序依次為春季>夏季>冬(秋)季。各功能區的降塵量從多到少順序依次為工業區>交通稠密區>居商工混區>清潔區，施工塵、工業塵和交通塵源是造成降塵污染的主要本地源。

2)武漢市的降塵量總體呈逐年下降趨勢，特別是工業區和交通稠密區的降塵量下降明顯，說明這幾年采取的工業企業污染整治、施工揚塵污染治理和機動車污染控制等措施是切實可行的，取得了實效。

3)通過主成分分析表明，氣象條件是影響降塵量的重要外在因素，總體呈現高壓-低溫、高濕情況下降塵量少的特點。社會因素的載荷絕對值高于氣象因素，可見社會因素對武漢市降塵量的影響要大于氣象因素，其中經濟發展因子的影響高于環境建設因子。社會經濟狀況是決定生態環境優劣的主要內在因素，高質量的可持續經濟發展會帶動環境綜合整治和社會基礎設施的發展，從而促進生態環境的優化。

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Feature and Cause Analysis of Dustfall Pollution of Wuhan

ZHOU Ke, GUO Shuquan, ZHOU Xinmeng, FAN Ying, ZHENG Yanping

Wuhan Environmental Monitoring Centre, Wuhan 430015, China

The dustfall content in Wuhan from 2006 to 2013 was statistically analyzed by using SPSS19.0 as a case study to analyze the feature and cause of dustfall pollution in middle inland cities. The result showed that monthly dustfall had the highest content in May and the lowest content in November which can be presented as a cubic curve, seasonal dustfall content appeared as spring>summer>winter(autumn), the average annual dustfall content has significantly fall. There were obvious differences among four functional districts:industrial>heavy traffic>commercial mix residential>clean background. According to the result of principle component analysis, meteorological factors are the important extrinsic factor for the developing middle inland cities such as Wuhan; however social factors are the major intrinsic factor. In addition, economic developing indicators have more impact than environmental constructing indicators.

dustfall;temporal and spatial distribution;meteorological factors;social factors;principal component analysis;inland city;Wuhan

2014-12-23;

2015-05-26

周 珂(1984-)，女，湖北武漢人，碩士，工程師。

X823

A

1002-6002(2016)01- 0058- 06