昆明市PM2.5和PM10質量濃度變化特征分析

李 潔1 ，劉芝芹1，彭明俊2， 楊 旭2，李子光3，孫 琳，沈 源

(1.西南林業大學生態與環境學院，云南 昆明 650224；2.云南省林業和草原科學研究院，云南 昆明 650201；3.昆明市海口林場，云南 昆明 650114；4.西南林業大學林學院，云南 昆明 650224)

近年來，空氣質量狀況受到越來越多人的關注，其中大氣顆粒物(PM)是影響中國城市環境空氣質量的主要污染物[1]。大氣顆粒物質是大氣中存在的各種固態和液體顆粒狀物質的總稱，也稱大氣氣溶膠，根據顆粒物粒徑大小，可分為PM0.1、PM2.5、PM10等。其中，PM2.5又稱可入肺顆粒物或細顆粒物，指環境空氣中空氣動力學當量直徑2.5μm及以下的顆粒狀物質；PM10也稱為可吸入顆粒物或飄塵，指空氣動力學直徑小于及等于10μm的顆粒物[2]。有研究表明，PM2.5和PM10均會對人體產生危害，大部分的PM2.5由于其細小的粒徑可以進入人體的肺中并在肺泡中沉積，進入血液循環帶入其他器官[3]；PM10的長期累積會引發多種呼吸道疾病, 其濃度也與疾病的發病率和死亡率存在著明顯的相關性。

環境污染對人類的生存構成了威脅，因此，對空氣中PM2.5和PM10等顆粒物質的研究也逐漸增多。例如賈小芳[4]等研究了2013—2016年北京朝陽站PM2.5質量濃度變化特征；江瑤[5]等分析了2012年蘇州地區PM2.5和PM10的時空變化特征；王濤[6]等分析了2017年上海市PM2.5和PM10變化特征及來源；于建華[7]等研究了北京地區PM10和PM2.5質量濃度的變化特征。這些研究多針對北方地區或對PM2.5單個顆粒物進行研究，關于昆明市PM2.5和PM10的全年時空變化研究相對較少，因此，對昆明市空氣中PM2.5和PM10質量濃度變化特征進行分析具有一定的意義。

昆明市作為全國主要的旅游城市，因其宜居性，人流量及城市居民人口逐年增長，伴隨著城市化的發展，城市區域空氣質量呈現下降趨勢。 如徐小峰[8]利用2013年1—5月份監測數據，分析表明，細顆粒物(PM2.5)和可吸入顆粒物(PM10)污染形勢處于嚴峻的狀態。本文應用2017年定點監測數據，研究了昆明市大氣環境中PM2.5和PM10質量濃度，分析空氣質量濃度變化規律、成因及PM2.5和PM10兩者之間的關系，為科學管理大氣環境提供依據。

1 研究區概況

昆明市隸屬云南省，素有“春城”之美譽。地處云貴高原中部，東經102°10′～103°40′，北緯24°23′～26°22′，海拔約為1891m，屬北緯低緯度亞熱帶-高原山地季風氣候。由于受到印度洋西南暖濕氣流的影響，年平均氣溫15℃左右，平均日照2200h左右，無霜期超過240d，年降水量約1035mm，85%的降水量集中在5—10月的雨季，形成干濕季節分明、陽光充足、雨量充沛、四季如春的特點。昆明主城區的風向以西南為主，有利于污染物的稀釋和擴散。

2 研究方法

收集2017年全年昆明市關上、呈貢新區、西山森林公園、龍泉鎮、東風東路、金鼎山及碧雞廣場7個環境空氣監測點大氣污染物PM2.5和PM10的監測數據，利用Excel進行數據處理和繪圖, 并使用SPSS 20統計軟件對數據進行相關性分析，以討論PM2.5和PM10的相關性及PM2.5/PM10(P值)特征。

3 結果與分析

3.1 PM2.5和PM10質量濃度季節變化特征

昆明市2017年1—12月，昆明地區不同季節PM2.5和PM10質量濃度的變化呈明顯的季節性趨勢。PM2.5四季相應的平均濃度分別為31.86μg/m3、19.35μg/m3、25.77μg/m3和33.25μg/m3，冬季和春季明顯高于夏季和秋季，且冬季的平均濃度最高，夏季的最低，這與華錦欣[9]等杭州市城區典型區域質量濃度變化特征相似；PM10四季相應的平均濃度分別為68.24μg/m3、39.99μg/m3、51.41μg/m3和64.60μg/m3，夏季平均濃度最低，春季污染物平均濃度最高。PM2.5和PM10質量濃度變化特征大致相似，均為冬季和春季平均值大于夏季和秋季。春季過后，夏季和秋季的PM2.5、PM10質量濃度減小，尤其是夏季濃度。分析認為是氣候原因，昆明的雨季一般為5—10月，6—8月為主汛期，伴隨著降雨量與降雨次數的增多，沖刷稀釋了空氣中的顆粒污染物，從而濃度下降[10]。進入冬季后，氣候變得干燥，晝夜溫差變得明顯，出現逆溫和大霧天氣，導致汽車尾氣和建筑施工等造成的顆粒污染物不能及時消散，與此同時，春節期間煙花爆竹的燃放也會污染空氣。

3.2 PM2.5和PM10質量濃度月變化特征

2017年昆明市PM2.5、PM10濃度逐月變化的趨勢如圖1所示，PM2.5和PM10月變化趨勢大致相同，具有較好的相關性。在3月、11月、12月PM2.5和PM10濃度明顯偏大。1月PM2.5和PM10質量濃度開始增加，峰值出現在3月份(PM10的月平均最大值為77.85μg/m3)，然后開始下降，到6月降到最低(PM2.5和PM10均出現月平均最小值，分別為17.04μg/m3、38.93μg/m3)，7月、8月和9月變化趨于緩和，10月又開始增加至12月(PM2.5出現月平均最大值為42.36μg/m3)。PM2.5和PM10月變化基本呈現相同的規律，這說明PM2.5和PM10在污染物來源和成分上有一定的同源性。

在圖1中，顆粒物PM2.5和PM10在3月、11月和12月均有較大幅度的上升，并達到峰值。據分析，在干旱季節，昆明市受到偏西大陸性干暖氣團影響，出現少云、高壓的天氣，另外該季節容易發生輻射逆溫現象，并且大氣狀態通常是穩定的，這不利于顆粒物的稀釋和擴散，持續堆積進而造成PM2.5和PM10濃度的增高。與此同時，東北風帶來的顆粒物從內陸刮下，相應的濃度有所增加[11]。

3.3 PM2.5和PM10質量濃度日變化特征

為了進一步了解大氣中PM2.5和PM10污染物的時間變化規律，對PM2.5和PM10的濃度平均值在不同時刻進行統計分析，得到圖2中昆明市PM2.5和PM10質量濃度日變化特征。

總體來說，PM2.5和PM10質量濃度日變化較大，大體上呈現雙峰型，特別是PM10質量濃度的日變化趨勢更為顯著。PM2.5和PM10質量濃度峰值均出現在上午9∶00和凌晨1∶00，谷值則出現在下午16∶00和17∶00。峰值出現在上午9∶00是因為早晨上班期間人類活動量增加，各種機動車尾氣的排放，致使空氣中PM2.5和PM10濃度上升。之后，隨著太陽光照的增強，溫度逐漸升高，大氣活動也逐漸活躍起來，有利于污染物的稀釋與擴散，到下午16∶00、17∶00左右，PM2.5和PM10濃度達到谷值。伴隨著下班晚高峰的出現，車流量增加，再加上居民做飯釋放出的煙塵及大氣溫度下降等因素，PM2.5和PM10的濃度又開始上升，直到凌晨1∶00另一個峰值出現。

3.4 PM2.5/PM10(P值)特征分析

PM2.5和PM10質量濃度之比，即P值，可以反映出空氣中可吸入顆粒物中細顆粒物質所占的比例。如圖3所示，根據2017年12個月均濃度值的統計，P值在0.436～0.558，不同季節PM2.5/PM10平均值相差較大，冬季PM2.5/PM10平均值最高，為0.505，即細顆粒物所占比例在50%以上，其次是秋季，說明秋冬季是昆明市細顆粒物污染嚴重的季節，環境危害較大。春季PM2.5/PM10平均值為0.467，說明細顆粒物污染較輕。

3.5 PM2.5和PM10的統計檢驗

3.5.1 統計相關性檢驗

利用SPSS數據統計軟件對2017年昆明市PM2.5和PM10的日均值質量濃度數據進行統計分析。計算出PM2.5和PM10的Pearson相關系數為0.924，在0.05的水平(雙側)上顯著相關。說明PM2.5和PM10質量濃度之間存在顯著的相關性。而昆明市可吸入顆粒物中細顆粒物所占比重大，所以控制好大氣中PM2.5的含量，對于提高昆明市空氣質量起著重要的作用。

3.5.2 統計回歸分析

為了進一步研究PM2.5和PM10質量濃度之間的相關性，將PM2.5和PM10的日均值濃度繪制為二維坐標散點圖。從圖4可以看出，PM2.5和PM10之間存在著顯著的線性相關性，以PM10日均值為自變量x，PM2.5日均值為因變量y的直線擬合方程為：y=0.526x-1.956，相關系數方值R2=0.853。

回歸方程的相關系數方值R2達到了0.85以上，說明直線對散點的擬合度較高，能夠反應出二者的關聯規律。直線斜率為0.526，而截距值為-1.956。一方面說明PM2.5占PM10的比例較高，另一方面說明PM2.5的變化主要取決于PM10的變化規律，二者變化同步率較高。PM2.5和PM10的高度線性相關支持了可利用數學模型結合PM10數值計算得出PM2.5的模擬值。

4 結論

(1)在2017年期間，PM2.5質量濃度呈現出冬春季高于夏秋季的特征，且最高峰為冬季；冬春季的PM10質量濃度高于夏秋季，最高峰為春季；

(2)PM2.5和PM10質量濃度月變化趨勢基本相同，3月、11月和12月濃度明顯偏大；

(3)PM2.5和PM10質量濃度峰值均出現在上午9∶00和凌晨1∶00，谷值則是出現在下午16∶00和17∶00；

(4)PM2.5/PM10值的范圍為0.436～0.558，且冬季P值最高，其次為秋季，表明秋冬季是昆明市細顆粒物污染嚴重的季節；

(5)PM2.5與PM10質量濃度之間存在顯著相關性，相關系數方值R2為0.853。

5 建議

昆明市大氣顆粒物污染的主要原因：首先，受氣象因素的影響，低緯高原山地季風氣候的典型特點是干濕季節分明，雨季對污染物的沖刷作用明顯，冬季晝夜溫差大，且常常出現逆溫和大霧天氣，即使沒有污染物的異常排放，空氣中的污染物也無法得到及時擴散，持續堆積造成PM2.5與PM10等污染物濃度的升高[12]；其次，各種機動車數量增多，在駕駛過程中產生大量的廢氣和揚塵，是產生大氣顆粒物的主要途徑；由于市政工程建設，如大量的道路改造、房屋拆遷、渣土清運、建筑施工等也造成了大量的揚塵[13]。

對此，應該采取相應措施進行治理：加快城市公共交通的發展，完善綠色大公交系統，積極推進低碳出行；加強對機動車尾氣污染監督管理，對機動車尾氣開展環保年檢和抽檢工作，防治機動車尾氣污染；減少揚塵污染，加強建筑施工和道路施工管理，施工過程中，必須要求搭建圍欄，用防塵網遮擋及采取灑水的措施控制建筑、施工等動土工程中的揚塵；加強運輸渣土車輛密閉管理，運輸過程中車輛必須加蓋，以避免渣土潑灑；風速大的時候，必須及時對路面進行灑水；加強城區綠化管理，在土地資源有限的前提下，可結合垂直綠化的方式，增加城市道路的綠化率。