南充市區PM2.5的時空分布特征*

魏 艷　王 蘭　康 琳　張 斌　林葉彬

(西華師范大學 國土資源學院， 四川　南充　637009)

南充市區PM2.5的時空分布特征*

魏 艷王 蘭康 琳張 斌林葉彬

(西華師范大學 國土資源學院， 四川南充637009)

摘要：根據南充市環保局提供的2014年3月到2015年2月的空氣質量日報，探究南充市區PM2.5的時間分布特征、空間分布特征以及其與PM10、SO2、NO2、O3、CO的相關性。結果表明，南充市主城區PM2.5污染季節變化由輕到重依次為夏季、秋季、春季、冬季；空間分布特征為嘉陵區濃度最高，其次為高坪區，最后是順慶區。PM2.5的月平均濃度整體呈波浪型分布，在5月、10月和1月各出現一個峰值。PM2.5與PM10呈現出明顯的線性相關性，且與SO2、NO2、O3、CO的濃度均呈現正相關性，表明SO2、NO2、O3、CO對PM2.5濃度有一定影響。

關鍵詞：南充市區； PM2.5； 時空特征； 相關性

PM2.5是指空氣環境中空氣動力學直徑小于等于2.5 μm的懸浮顆粒。因其能進入人體肺泡，且可在肺泡沉積，因此也稱為細顆粒物或可入肺顆粒物。PM2.5的主要來源為燃煤、機動車排放、建筑塵、揚塵、生物質燃燒、二次硫酸鹽和硝酸鹽及有機物。其中燃煤塵、揚塵、有機物及二次硫酸鹽和硝酸鹽貢獻率較大。

隨著我國經濟的快速發展、城市化進程加快以及能源消耗不斷增加，顆粒物已經成為我國大氣污染的首要污染物，其中PM2.5在大氣中所占的比例雖不大，但它對大氣能見度和氣候變化有著重要的影響。此外，PM2.5粒徑小，比表面積大，能夠吸附大量有毒、有害物質且在空氣中滯留時間長、輸送距離遠，可進入人體呼吸道，沉積在肺部，甚至可以穿過肺泡進入血液，對人體健康有嚴重的危害。研究表明，PM2.5不僅與心血管和呼吸系統疾病的發病率、居民總死亡率以及心肺疾病的死亡率增加有關[2-3]，還能導致肺功能異常、醫院門診人數增加、影響肺癌的發生率以及死亡率等[4-7]。

國外對于顆粒物的研究進行得較早，其中美國在20世紀80年代初率先開始了對PM2.5的研究。我國對顆粒物的研究起步較晚，但是發展迅速，目前，國內對PM2.5的研究主要集中在京津冀地區、中東部的長江三角洲和珠江三角洲，但在經濟相對落后的西部地區，特別是中小城市，相關的研究還比較少。在PM2.5時空分布特征的研究方面，國內仍是在典型城市或是典型背景下的研究較多，且多涉及源解析[9-10]。

南充作為西部地區人口超過100萬的中等城市，廣大市民對空氣質量非常關注，尤其是快速城市化過程中PM2.5的變化，更是關系到全市人民的切身利益。由于過去對南充市空氣質量的研究僅限于大氣中總懸浮顆粒物、PM10以及PM10離子組成的監測[11-13]，缺少對PM2.5及其時空分布特征的研究，因此無法在PM2.5濃度控制方面采取針對性的措施。有鑒于此，本文擬在前人研究的基礎上，根據南充市環保局提供的空氣質量日報，并結合南充市區具體實際情況，探討南充市區PM2.5時空分布特征以及與其他物質的相關性，以期提出減少及防治PM2.5的對策性建議，為美好南充的建設提供理論支持，為全市人民的公共健康做出貢獻。

1研究區概況

南充市位于四川省東北部，嘉陵江中游，介于30°35′～31°51′N，105°27′～106°58′E之間，地貌類型以丘陵為主。氣候冬暖、春旱、夏熱、秋雨，四季分明，雨熱同期，多云霧，屬于中亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫17℃，年日照時間1 200～1 500 h，年降雨量1 100 mm，季節分配不均，全年以西北風為主。主城區由順慶區、嘉陵區和高坪區組成，面積101 km2。境內森林覆蓋率39%，城區綠化覆蓋率38%，人口103萬。

南充市市區產業結構以第二產業為主，且南充工業企業消費的主要能源品種是原煤、電力、天然氣。主城區三區的具體產業結構有所不同，除順慶區第3產業占優勢外，嘉陵區和高坪區均以第二產業為主導[14]，但是對空氣總體質量的影響不甚明顯。近年來南充市城區 SO2、NO2和 PM10年均濃度值呈下降趨勢，主城區總體空氣質量呈優良狀態[15]。

2數據來源與研究方法

2.1數據來源

本文數據來源于南充市環保局官方網站提供的2014年3月到2015年2月空氣質量日報數據[16]，包括南充市市委、南充市煉油廠、南充市環境監測站(順慶區內)、高坪區監測站、嘉陵區環保局(以下簡稱市委、煉油廠、市環境、高坪區和嘉陵區)共5個站點的SO2、NO2、CO、PM10、PM2.5的24 h平均數據，以及臭氧1 h平均值和臭氧8 h平均值數據。其中缺失數據共23 d。

2.2站點區域情況描述

5站點的位置如圖1所示。南充市高坪區監測站附近沒有大型工廠，居民點和商鋪居多；嘉陵區環保局瀕臨嘉陵江，周圍也沒有大型工廠，建筑物也不及高坪區環境監測站附近密集；煉油廠自身就是重排污企業，且周圍建筑物密集；市委在城市中心的位置，與公園相鄰，居民活動頻繁；市環境監測站附近建筑物密集，且處于人流量大的位置。5站點中除嘉陵區環保局外的4個站點周圍植被覆蓋量都較大。

圖1　南充市地理位置及監測點位

2.3研究方法

利用excel對每個站點每種污染物日平均值求算術平均得到月平均值、季節平均，再把每年的日平均數據進行平均求得年平均，并用線性回歸分析PM2.5與其他污染物的相關性。

3結果分析

3.1PM2.5濃度特征

根據每個站點的月平均值求得各站點及市區的年平均值，如表1。

表1　各站點PM2.5年均水平

由表1可見，南充市各監測點PM2.5的年平均濃度值相差不大，由高到低依次是：煉油廠、嘉陵區、高坪區、市委、市環境，分別是70.7、69.7、67.7、64.6和64 μg/m3，市區年平均值為67.3 μg/m3。總體分布特征為嘉陵區PM2.5濃度最高，其次為高坪區，最后是順慶區。根據我國GB 3095—2012《環境空氣質量標準》[17]規定的二類區PM2.5年均濃度限值(35 μg/m3)，以上5個站點和市區的PM2.5的年平均濃度均已超標，均介于限度值的1.83～2.02倍之間。由此可見，南充市區整體空氣質量有待改善。

3.2PM2.5季節變化規律

將這1年的數據按季節劃分，其中2014年3、4、5月為春季，6、7、8月為夏季，9、10、11月為秋季，2014年12月、2015年1、2月為冬季。由圖2可見，南充市區冬季PM2.5濃度明顯高于其他3個季節，達到97.5 μg/m3，春季、夏季、秋季PM2.5濃度值相差不大，分別為67.6、50.7和53.6 μg/m3。由此可見，南充市區PM2.5濃度值在夏季最低，冬季最高且冬季濃度是夏季濃度的1.92倍。

由圖2可見，各監測站點PM2.5濃度與市區變化規律一致，均是冬季最高，春季次之，夏秋季較接近，其中夏季最低，該結論與南寧、上海等地的PM2.5濃度季節變化規律一致[18-19]。

圖2　各站點PM2.5濃度季節變化

經分析，南充市區夏秋季PM2.5污染較輕的主要原因，可能是夏季氣溫高，逆溫少，大氣擴散條件好，夏季降水量多、強度大；秋季降水量次之，多連綿陰雨，雨水帶走的污染物多，且夏秋兩季植被覆蓋率都較高，可吸附大量污染物。冬季PM2.5污染嚴重是因為冬季氣溫低，逆溫多，多靜風天氣，多霧，大氣擴散條件差，降水量最少且以小雨為主，加之植被覆蓋率低，吸附能力下降，從而導致污染嚴重。春季干旱，氣溫低，植被稀少，能吸附的污染物少，但靜風天氣少于冬季，所以春季污染程度稍低于冬季。

3.3PM2.5月變化規律

由圖3可得，南充市區各站點PM2.5月平均濃度整體呈波浪形分布，其中有3個明顯的峰值，分別是5月、10月和1月。各站點PM2.5濃度均在1月達到最大值，其大小關系為：煉油廠>嘉陵區>市環境>市委>高坪區，濃度分別為： 118.1、117.3、114.7、111.4、110.2 μg/m3，市區1月平均濃度為114.3 μg/m3。除市環境以外，其他站點均在9月濃度最低，其中市委是最低值，為38.6 μg/m3，市區為45.1 μg/m3。各站點PM2.5濃度在6～9月變化較緩，而在11～1月顯著增加。

圖3　南充市各站點PM2.5濃度月均值變化

研究表明，CO 和NO2是在一定環境條件下形成PM2.5前的主要氣態物質，四川省的生物質燃燒活動( 以燃料秸稈、薪柴和露天秸稈燃燒為主) 所釋放的PM2.5量居全國首位[20]。四川省秸稈露天焚燒污染物排放清單表明，南充市露天秸稈焚燒污染物排放量較高，其中5月為小麥、油菜等初夏小春作物的收獲季節，進入中旬后大多數地區開始焚燒秸稈。由此可以得出，南充市區5月PM2.5濃度出現峰值是由于周邊農戶大量焚燒秸稈所導致。1月出現的峰值與季節變化相符，可能是因為1月是冬季，氣溫低，逆溫多，多靜風和云霧天氣，大氣擴散條件差，易于污染物的累積，且1月元旦節，接近于春節，燃放煙花爆竹的時候多，車流量大，增加了大氣中的PM2.5濃度值。10月出現的峰值可能是在9月降雨量增多，而10月降水量減少，致使雨水對PM2.5的削弱能力降低。

3.4PM2.5與其他污染物的相關性

表2　各站點PM2.5與其它監測項的相關性

由表2可看出，假設成立，即南充市1年的PM2.5濃度與PM10的濃度呈線性相關關系，相關性最低為0.893(市環境監測站)，最高達到0.988(南充市煉油廠)，該結論與四川省甘孜州和阿壩州兩點位的PM2.5濃度和PM10濃度均呈現顯著相關性的結論一致[23]。PM2.5則與其他指標相關性不大，但都呈正相關關系，并且相關性大小在不同監測點大小不一，說明不同的點位影響因素有差異。其中各站點SO2和NO2濃度與PM2.5濃度均成正相關，驗證了SO2和NO2二次轉化對PM2.5有一定影響。

4結論與討論

4.1結論

(1) 南充市區在2014年3月-2015年2月1年內各監測站點PM2.5的年平均濃度范圍為64～70.7 μg/m3，為國家標準(二類區PM2.5年均濃度為35 μg/m3)的1.83～2.02倍。

(2) 在空間分布特征上，南充市區PM2.5濃度在嘉陵區最高，其次為高坪區，最后是順慶區。

(3) 在季節變化規律上，南充市區PM2.5污染總體表現為冬季最嚴重，春季次之，夏秋兩季的污染相對較輕。

(4) 在2014年3月-2015年2月1年中，南充市區PM2.5的月均濃度整體呈現波浪形分布，在5月、10月和1月各出現一個峰值，其中1月平均濃度最高，為114.3 μg/m3，在9月平均濃度最低，為45.1 μg/m3。

(5) 南充市PM2.5濃度與PM10濃度呈線性相關關系，與各種監測指標均呈正相關關系。

4.2討論

(1) 本文數據來源于南充市環保局官方網站提供的南充市各點位空氣質量日報，只能對PM2.5總量進行分析，而無法對其組分進行深入研究，這在一定程度上制約了對污染物來源的判斷，也很難針對研究結果提出治理對策及建議。

(2) 由于數據采集方面的局限，本文沒有把南充的情況與四川其余城市或者中國其余城市做相應的比較，因此也未得出南充城區的空氣質量狀況與其它城市的比較結果。

(3) PM2.5是反映空氣質量的重要指標，但是由于其存在季節性變化和周期性波動，且可在一定時空尺度上進行遷移和轉化，因而相關的監測和研究還有待進一步加強。

參考文獻

朱先磊，張遠航，曾立民，等. 北京市大氣細顆粒物PM2.5的來源研究. 環境科學研究，2005,18(5)：1-5.

David Y.H.Pui, Sheng-Chieh Chen, Zhili Zuo.PM2.5 in China: Measurements, sources, visibility and health effects, and mitigation.Particuology,2014,13(2)：1-26.

戴海夏，宋偉民.大氣PM2.5的健康影響.國外醫學(衛生學分冊)，2001，28(5):299-303.

魏復盛，胡偉，吳國平，等.空氣污染對兒童肺功能指標影響的初步分析.中國環境監測，2001(特刊):61-66.

殷永文，程金平，段玉森，等. 上海市霾期間PM2.5、PM10污染與呼吸科、兒呼吸科門診人數的相關分析. 環境科學，2011,32(7)：1894-1898.

陳仁杰，張金良，闞海東. 中國大氣污染與肺癌關系的流行病學研究回顧. 衛生研究，2011, 40(2): 243-245.

Liu L, Zhang J. Ambient air pollution and children's lung function in China.Environment international, 2009, 35(1): 178-186.

陳源，謝紹東，羅彬.成都市大氣細顆粒物組成和污染特征分析(2012-2013年).環境科學學報，2015(06)：11-14.

刀谞，王超，張霖琳，等.我國4個大氣背景點環境空氣顆粒物 ( PM2.5、 PM10) 中水溶性離子分布特征.環境化學，2015，34(6)：1095-1102.

[10] 潘本鋒，汪巍，李莉娜.我國典型城市 PM2. 5空間分布均勻性分析.環境工程，2015(5)：109-113.

[11]何平，盧霞明，蔣祖斌，等.南充市“九五”期間大氣中總懸浮顆粒物污染現狀及防治對策.四川環境，2002，21(3)：64-67.

[12] 方云祥，李鐵松，李成柱.南充市大氣PM10污染水平的分布特征.四川環境，2004，23(4)：43-45.

[13]張福慶，李文卿，杜良梅.春季南充城區PM10污染水平及其水溶性離子特征研究.環境科學導刊，2014(1)：11-16.

[14]吳侃，胡碧玉. 基于S P S S 的南充市各縣( 市) 區經濟發展的實證分析與探討. 西華師范大學學報( 哲學社會科學版)，2010(2):104-108.

[15]李有平，周洪，劉漢明，等.南充市城市空氣質量變化及達標分析.四川環境，2013,32(6)：77-82.

[16] 南充市環保局. 南充市各點位空氣質量日報 [EB/O].2014/03/01[2015/02/28].http://www.nchbj.gov.cn.

[17] 環境保護部.環境空氣質量標準GB3095 - 2012[S]．北京: 中國環境科學出版社，2012

[18] 朱易，胡衡生，張新英，等.南寧市大氣顆粒物TSP、PM10、PM2.5污染水平研究.環境污染與防治，2004(3):176-179.

[19] 陳明華，李德，陳長虹.上海市微小顆粒物污染現狀調查與分析.上海環境科學，2003(12):1038-3975.

[20] 陸炳，孔少飛，韓斌，等.2007年中國大陸地區生物質燃燒排放污染物清單.中國環境科學，2011，31(2):186-194.

[21] 李勇，宋慧，李玉珍，等.西安市空氣PM2.5問題研究.黑龍江大學自然科學學報，2014，31(2):233-237.

[22] 唐猛.長沙市顆粒物PM10濃度統計學分布特性與預測.長沙：中南大學，2010.

[23] 廖乾邑，張巍，陳建文，等. 環境空氣背景值中 PM2.5和 PM10的相關性分析.四川環境，2013,32(2)：16-19.

Spatial-temporal distribution characteristics of PM2.5in Nanchong City

Wei Yan, Wang Lan, Kang Lin, Zhang Bin, Lin Yebin

(Land and Resources College, China West Normal University, Nanchong 637009,China)

Abstract:Data of PM2.5in Nanchong city, sourced from the Daily Report of Air Quality (Mar 2014 - Feb 2015, by Nanchong Municipal Environmental Protection Bureau) were analyzed to examine the temporal and spatial characteristics of PM2.5and the correlation of PM10, SO2, NO2, O3, CO and PM2.5. The results showed that the pollution degree of PM2.5was worsening gradually from summer, autumn, spring to winter. In spatial distribution, the average concentration of PM2.5was highest in Jialing district, and decreased in Gaoping and Shunqing district. The monthly average concentration of PM2.5showed a wavy-shaped curve, the peaks of which appeared in May, October, and January. The linear correlation of concentration of PM2.5and PM10was observed, and concentrations of PM2.5were significantly positively correlated with those of SO2, NO2, O3, CO, which indicated that SO2, NO2, O3 and CO, had a significant impact on the concentration of PM2.5.

Keywords:Nanchong city; PM2.5; Spatial-temporal characteristics; correlation

收稿日期：2015-09-28；2016-01-25修回

作者簡介：魏艷，女，1994年生，研究方向：資源開發利用與環境保護。E-mail：1622545643@qq.com 通訊作者： 林葉彬，男，1981年生，副教授，研究方向：資源開發利用與環境保護。E-mail:forrestbin@gmail.com

中圖分類號：X51

文獻標志碼：A

* 西華師范大學大學生科技創新基金項目(42714018)