汕頭市金平區(qū)一次重污染天氣過(guò)程的PM2.5來(lái)源解析*

吳鑒原，張宇烽，汪佳俊，黃育秋，陳婷婷，楊素霞，占美君，謝遠(yuǎn)術(shù)

(1 汕頭市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，廣東　汕頭　515041；2 廣州禾信分析儀器有限公司，廣東　廣州　510530)

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汕頭市金平區(qū)一次重污染天氣過(guò)程的PM2.5來(lái)源解析*

吳鑒原1，張宇烽1，汪佳俊1，黃育秋1，陳婷婷1，楊素霞1，占美君1，謝遠(yuǎn)術(shù)2

(1 汕頭市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，廣東汕頭515041；2 廣州禾信分析儀器有限公司，廣東廣州510530)

2015年1月5日至6日汕頭市金平區(qū)的出現(xiàn)了一次重污染天氣過(guò)程，嚴(yán)重影響了該地區(qū)人們的生活健康。利用單顆粒氣溶膠質(zhì)譜(SPAMS)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)污染過(guò)程的PM2.5的化學(xué)成分和來(lái)源進(jìn)行全面分析，結(jié)果表明：本次持續(xù)污染過(guò)程主要是由于氣象擴(kuò)散條件不利，燃煤源顆粒富集過(guò)多導(dǎo)致，建議在重污染天氣時(shí)優(yōu)先考慮加強(qiáng)對(duì)燃煤源采取管控措施。

單顆粒氣溶膠質(zhì)譜(SPAMS)；重污染；來(lái)源解析

汕頭，中國(guó)最早開(kāi)放的經(jīng)濟(jì)特區(qū)，廣東省政府定位的省域副中心城市，粵東地區(qū)區(qū)域中心城市，是粵東、贛南、閩西南一帶的重要交通樞紐、進(jìn)出口岸和商品集散地，素有“嶺東門(mén)戶(hù)、華南要沖”、“海濱鄒魯、美食之鄉(xiāng)”的美稱(chēng)。共轄6區(qū)1縣，分別是龍湖區(qū)、金平區(qū)、濠江區(qū)、潮陽(yáng)區(qū)、潮南區(qū)、澄海區(qū)和南澳縣。金平區(qū)是汕頭市政府所在地，也是汕頭市政治、經(jīng)濟(jì)、文化、商業(yè)中心和重要的工業(yè)、科技基地，更是汕頭經(jīng)濟(jì)特區(qū)水陸交通樞紐的重要門(mén)戶(hù)。

在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀(SPAMS，Single Particle Aerosol Mass Spectrometer)是基于質(zhì)譜技術(shù)的細(xì)顆粒物在線源解析監(jiān)測(cè)設(shè)備。通過(guò)SPAMS我們可以同時(shí)獲取單個(gè)細(xì)顆粒物的粒徑大小和化學(xué)組成，在建立本地源譜庫(kù)后可以在線實(shí)時(shí)對(duì)每個(gè)細(xì)顆粒物的來(lái)源進(jìn)行判別。本文利用該技術(shù)在線實(shí)時(shí)得到金平區(qū)重污染天氣過(guò)程的PM2.5的化學(xué)組成及來(lái)源，追溯重污染天氣時(shí)的細(xì)顆粒物主要來(lái)源，為重污染天氣出現(xiàn)時(shí)的應(yīng)急處置措施的確定提供科學(xué)依據(jù)。

1　監(jiān)測(cè)信息

(1) 監(jiān)測(cè)地點(diǎn)：汕頭市金平區(qū)中山公園;

(2) 監(jiān)測(cè)儀器：?jiǎn)晤w粒氣溶膠質(zhì)譜儀(SPAMS 0515);

(3) 采樣方式：環(huán)境空氣經(jīng)PM2.5切割頭切割后直接進(jìn)入SPAMS分析;

(4) 監(jiān)測(cè)時(shí)間：1月5日18:00～1月6日15:00;

(5) 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布圖如圖1所示。

圖1　監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布圖Fig.1　Monitoring points distribution

2　監(jiān)測(cè)期間氣象條件及空氣質(zhì)量狀況

2.1監(jiān)測(cè)期間氣象分析

圖2　金平區(qū)采樣期間氣象數(shù)據(jù)Fig.2　Meteorological data of Jinping District during sampling

監(jiān)測(cè)期間金平區(qū)平均風(fēng)速1.2 m/s，最低風(fēng)速0.3 m/s，最高風(fēng)速2.9 m/s；以西風(fēng)為主；濕度范圍在59%～82%；氣溫平均值為18.2 ℃，最低氣溫16.6 ℃，最高氣溫22.9 ℃；氣壓范圍在1011.9～1014.9 hPa。1月6日有0.2 mm的降雨量[1,4-5]。

2.2監(jiān)測(cè)期間空氣質(zhì)量狀況

監(jiān)測(cè)期間金平區(qū)AQI范圍在83～217之間，有4 h處于重度污染狀態(tài)，8 h處于中度污染狀態(tài)；PM2.5小時(shí)濃度平均值為116 μg/m3，濃度范圍為61 μg/m3～167 μg/m3，峰值167 μg/m3發(fā)生在1月6日10時(shí)。可見(jiàn)監(jiān)測(cè)期間金平區(qū)處于重污染天氣。

圖3　金平區(qū)采樣期間空氣質(zhì)量AQI變化圖Fig.3　Quality AQI variation of Jinping District during sampling

圖4　金平區(qū)采樣期間各污染物濃度變化圖Fig.4　Each pollutant concentration variation of Jinping District during sampling

污染高峰時(shí)段SO2、NO2、CO、PM10、PM2.5呈上升趨勢(shì)，O3呈下降趨勢(shì)。同樣O3具有顯著的日變化特征，峰值出現(xiàn)在每天中午時(shí)段，這和中午時(shí)段光照強(qiáng)度大，光氧化反應(yīng)劇烈有關(guān)。

3　污染過(guò)程分析

3.1污染過(guò)程氣象分析

從過(guò)程期間基本氣象要求與PM2.5小時(shí)濃度的相關(guān)性分析(見(jiàn)圖5)，地面氣壓和地面溫度與PM2.5呈弱相關(guān)性，地面濕度與PM2.5相關(guān)性顯著，地面風(fēng)速與PM2.5為負(fù)相關(guān)，風(fēng)速越低，濕度越高，PM2.5濃度越高。

圖5　污染過(guò)程基本氣象要素與PM2.5的相關(guān)性Fig.5　The correlation of Basic meteorological elements and PM2.5 in the pollution process

圖6是金平區(qū)細(xì)顆粒物濃度及風(fēng)速隨時(shí)間的變化情況，取1月5日18:00-1月6日15:00重污染過(guò)程時(shí)段，從圖6中可以看出風(fēng)速和細(xì)顆粒物濃度變化趨勢(shì)相反，該重污染時(shí)段風(fēng)速平均風(fēng)速1.2 m/s，風(fēng)速較小，基本處于靜風(fēng)狀態(tài)，氣象條件擴(kuò)散不利，容易造成細(xì)顆粒物的富集。

圖6　監(jiān)測(cè)期間PM2.5濃度及風(fēng)速隨時(shí)間的變化趨勢(shì)Fig.6　The change trend of PM2.5 and velocity and time during sampling

綜合分析，重污染過(guò)程期間氣象要素具有高濕度，弱風(fēng)速的特點(diǎn)，近地面層大氣始終較為穩(wěn)定，形成易于造成污染物積累的氣象條件[1,4-5]。

3.2污染過(guò)程成分分析

為方便污染過(guò)程分析，將污染過(guò)程分為8個(gè)分析時(shí)段，各分析時(shí)段信息見(jiàn)表1。

表1　污染過(guò)程段信息Table 1　The information of the pollution process time

將采集的細(xì)顆粒物分為9類(lèi)化學(xué)成分，分別為：元素碳(EC)、混合碳(ECOC)、富鉀顆粒(K)、富鈉鉀顆粒(NAK)、重金屬(HM)、礦物質(zhì)(SIO3)、有機(jī)碳(OC)、高分子有機(jī)碳(HOC)以及左旋葡聚糖顆粒(LEV)。下面對(duì)金平區(qū)5號(hào)18點(diǎn)到6號(hào)15點(diǎn)的連續(xù)污染過(guò)程各成分比例進(jìn)行分析，以期找到污染發(fā)生的原因。污染過(guò)程中細(xì)顆粒物成分對(duì)比情況由圖7所示。

圖7　監(jiān)測(cè)期間污染過(guò)程PM2.5成分分析Fig.7　The chemical composition analysis of PM2.5in the pollution process during sampling

從圖7中可看出：

(1)由圖7中標(biāo)示點(diǎn)1至點(diǎn)4為細(xì)顆粒物濃度持續(xù)升高過(guò)程，有機(jī)碳比例從31.5%攀升到45%，呈明顯上升趨勢(shì)，而元素碳占比變化不明顯，富鉀顆粒有所下降，其他類(lèi)型細(xì)顆粒物占比較小且變化不明顯，有機(jī)碳主要來(lái)自于燃煤源、工業(yè)工藝源，因此此次污染可能和燃煤源或工業(yè)工藝源排放累積且氣象擴(kuò)散條件不利有關(guān)；

(2)由點(diǎn)4至點(diǎn)6為細(xì)顆粒物濃度高污染時(shí)段，各類(lèi)細(xì)顆粒物變化不大，有機(jī)碳顆粒占比最高，在42.6%～45%之間，其次為元素碳顆粒，在24.7%～27.7%之間，其他類(lèi)型顆粒占比較低；

(3)由點(diǎn)6至點(diǎn)8，受到東南風(fēng)及小雨影響，氣象擴(kuò)散條件變好，細(xì)顆粒物濃度快速下降，元素碳顆粒占比明顯上升，從24.7%增加到38.1%，有機(jī)碳顆粒占比大幅降低，另外，混合碳顆粒有所增加，其他類(lèi)型細(xì)顆粒物占比較小且變化不明顯，元素碳主要來(lái)自于機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣源，表明在細(xì)顆粒物下降過(guò)程中，燃煤源或工業(yè)工藝源顯著下降而機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣源所占比例明顯上升[2-3]。

3.3污染過(guò)程來(lái)源分析

對(duì)顆粒物排放源進(jìn)行分類(lèi)，污染來(lái)源歸結(jié)為八大類(lèi)，分別為海鹽、揚(yáng)塵源、生物質(zhì)燃燒源、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣源、燃煤源、工業(yè)工藝源、純二次無(wú)機(jī)源和其他。

下面對(duì)金平區(qū)5號(hào)18點(diǎn)到6號(hào)15點(diǎn)的連續(xù)污染過(guò)程各污染源比例進(jìn)行分析。以期找到污染發(fā)生的原因。污染過(guò)程中細(xì)顆粒物來(lái)源對(duì)比情況由圖8所示。

圖8　監(jiān)測(cè)期間污染過(guò)程PM2.5來(lái)源分析Fig.8　The source analysis of PM2.5 in the pollution process during sampling

從圖8中可看出：

(1)由圖8標(biāo)示點(diǎn)1至點(diǎn)4為細(xì)顆粒物濃度持續(xù)升高過(guò)程，燃煤源所占比例明顯上升，成為本次污染的首要污染源，占比最高達(dá)到44.4%，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣源占比變化不大，揚(yáng)塵源、生物質(zhì)燃燒源、工業(yè)工藝源等其它污染源均有一定幅度下降；

(2)由點(diǎn)4至點(diǎn)6為細(xì)顆粒物濃度高污染時(shí)段，各類(lèi)污染源占比隨時(shí)間變化不大，燃煤源為首要污染源，占比在44.4%～45.1%之間，其次是機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣源，占比在22.8%～24.4%之間，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)整個(gè)污染過(guò)程中氣象條件擴(kuò)散不利，更易于燃煤源顆粒的富集；

(3)由點(diǎn)6至點(diǎn)8，受到東南風(fēng)及小雨影響，氣象擴(kuò)散條件變好，細(xì)顆粒物濃度快速下降，其中燃煤源出現(xiàn)大幅下降，而機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣源的占比明顯上升，比例高達(dá)31.1%。

4　結(jié)　論

(1) 本次監(jiān)測(cè)期間，汕頭市金平區(qū)中山公園監(jiān)測(cè)點(diǎn)位PM2.5顆粒物貢獻(xiàn)率主要的污染來(lái)源主要是燃煤源和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣。

(2) 氣象條件相關(guān)性分析顯示地面濕度、地面風(fēng)速與PM2.5相關(guān)性顯著，重污染過(guò)程期間氣象要素具有高濕度，弱風(fēng)速的特點(diǎn)，近地面層大氣始終較為穩(wěn)定，形成易于造成污染物積累的氣象條件。

(3) 從污染過(guò)程細(xì)顆粒物成分分析：細(xì)顆粒物濃度持續(xù)升高過(guò)程，有機(jī)碳呈明顯上升趨勢(shì)，而元素碳占比變化不明顯，富鉀顆粒有所下降，其他類(lèi)型細(xì)顆粒物占比較小且變化不明顯。氣象擴(kuò)散條件變好，細(xì)顆粒物濃度快速下降，元素碳顆粒占比明顯上升，有機(jī)碳顆粒占比大幅降低，另外，混合碳顆粒有所增加，其他類(lèi)型細(xì)顆粒物占比較小且變化不明顯。

(4) 從污染過(guò)程細(xì)顆粒物來(lái)源分析：細(xì)顆粒物濃度持續(xù)升高過(guò)程，燃煤源所占比例明顯上升，成為本次污染的首要污染源，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣源占比變化不大，揚(yáng)塵源、生物質(zhì)燃燒源、工業(yè)工藝源等其它污染源均有一定幅度下降；氣象擴(kuò)散條件變好后，細(xì)顆粒物濃度快速下降，其中燃煤源出現(xiàn)大幅下降，而機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣源的占比明顯上升。

(5) 綜合污染過(guò)程成分分析、來(lái)源分析及氣象條件可得出，本次金平區(qū)持續(xù)污染過(guò)程主要是由于氣象擴(kuò)散條件不利，燃煤源顆粒富集過(guò)多導(dǎo)致，建議在重污染天氣時(shí)可優(yōu)先考慮加強(qiáng)對(duì)燃煤源采取管控措施。

[1]丁銘,鄒強(qiáng),郁建橋.2013年蘇州春季一次重污染天氣的過(guò)程分析[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2015, 31(4):44-47.

[2]李曉紅,程慧波,王莉娜.蘭州市大氣顆粒物污染特征分析[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2014,30(3):43-46.

[3]孫萌,魏巍,薛蓮,等,淺析2015年1月青島市兩次重污染天氣過(guò)程[J].城市地理,2015(10):185.

[4]王珊,廖婷婷,王莉莉,等.西安一次霾重污染過(guò)程大氣環(huán)境特征及氣象條件影響分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2015,35(11):3452-3462

[5]孫偉,張大偉,孫瑞雯,等,北京地區(qū)冬季典型PM2.5重污染案例分析[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2014, 30(6):1-12.

Source Apportionment of PM2.5in A Process of Heavy Pollution Weather in Jinping District, Shantou*

WU Jian-yuan1, ZHANG Yu-feng1, WANG Jia-jun1, HUANG Yu-qiu1, CHEN Ting-ting1,YANGSu-xia1,ZHANMei-jun1,XIEYuan-shu2

(1 Shantou Environmental Monitoring Station, Guangdong Shantou 515041;2. Guangzhou Hexin Analysis Instrument Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510530, China)

The heavy pollution weather process was happened in Jinping District, Shantou, during 5-6 January, 2015. It had seriously threatened the life and health of local residents. Based on single particle aerosol mass spectrometry (SPAMS) on-line monitoring devices, the chemical composition and source of PM2.5in the pollution process were analyzed. The result showed that this continuous pollution process was mainly due to the accumulation of the coal combustion in adverse weather conditions. The control of the coal source was recommended in heavy pollution weather.

single particle aerosol mass spectrometry (SPAMS); heavy pollution; source analysis

汕頭市科技資助項(xiàng)目([2015]106)。

吳鑒原(1981-)，男，工程師，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)。

張宇烽(1976-)，男，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)。

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1001-9677(2016)09-0138-04