咸寧市大氣顆粒物污染特征及氣象因子影響研究

尤能華，袁修彬，黃 彥，朱必農，程 毅

(1.大容環境湖北有限公司，湖北 咸寧 437100;2.湖北省生態環境廳咸寧生態環境監測中心，湖北 咸寧 437100)

1 引言

大氣顆粒物是大氣中存在的直徑范圍為0.001～100μm固態和液態顆粒狀物質的總稱，包括可吸入顆粒物(PM10)和細顆粒物(PM2.5)[1]。近年來，隨著社會經濟的發展，大氣顆粒物對環境的影響受到人們廣泛關注。由于世界衛生組織發現PM10可進入胸部，PM2.5可進入人體肺泡，均可對人體健康產生顯著影響，因此關于空氣質量的研究主要集中在PM10和PM2.5[2～11]。

咸寧市是武漢、長沙、南昌三大城市群的中心節點城市，近年來隨著經濟的快速發展，咸寧市區空氣顆粒物污染問題愈加嚴重。本文利用 2017年1～12月份咸寧市區3個環境空氣自動站監測數據和同期咸寧市國家氣象基準站氣象數據，分析了咸寧市顆粒物污染演變特征，并研究其與氣象因子的關系，以期為咸寧市大氣污染防治提供參考。

2 資料與方法

2.1 數據來源

大氣顆粒物濃度數據來源于湖北省生態環境廳咸寧生態環境監測中心。氣象數據來源于國家環境保護環境影響評價重點實驗室提供的環境空氣質量模型地面氣象數據服務[12]。

2.2 數據分析

根據PM10和PM2.5的小時濃度數據分別計算得出月均濃度、季均濃度，采用相關性分析方法(SPSS20.0)研究PM10和PM2.5的月均濃度與風速、溫度、降水量、日照時數、相對濕度等氣象因子之間的關系。

3 結果

3.1 咸寧城區PM10和PM2.5濃度時間變化規律

2017年咸寧市各監測點的 PM10和PM2.5月均濃度變化同步性較強，均表現為先降低、后升高的總體趨勢(圖1、圖2)。其中PM10在市發改委、咸安區政府和長江產業園3個監測站點均為1月份最高，8月份最低；PM2.5在3個監測點均是1月份最高，市發改委和咸安區政府兩個監測站點在8月份時最低、長江產業園監測站點在9月份最低。

2017年咸寧市各監測點的 PM10和PM2.5季均濃度均表現為“冬高夏低”的特征(圖1、圖2)，即冬季(12～2月份)>春季(3～5月份)>秋季(9～11月份)>夏季(6～8月份)。

圖1 咸寧市PM10的質量濃度時間變化

圖2 咸寧市PM2.5的質量濃度時間變化

3.2 咸寧市PM2.5/PM10值的時間變化規律

通過對比分析大氣顆粒物PM10中PM2.5所占質量濃度比PM2.5/PM10，除長江產業園8、9月份PM2.5/PM10值異常外，3個監測點的PM2.5/PM10值均在0.6以上(圖3)，其中市發改委、咸安區政府和長江產業園3個監測站點PM2.5/PM10年均值分別為0.83、0.66和0.69，全市PM2.5/PM10年均值0.73，高于南京年均值0.59[3]和北京年均值0.52[4]、低于成都年均值0.85[5]，這表明2017年咸寧市大氣顆粒污染物主要是PM2.5。

圖3 咸寧市PM2.5/PM10質量濃度比值的時間變化

3.3 咸寧市PM2.5和PM10質量濃度與氣象因子的關系

相關性分析表明，溫度、日照時數與各監測點PM2.5和PM10質量濃度均呈現顯著負相關，即溫度、日照時數越高，空氣中PM2.5和PM10質量濃度越低。降水量和相對濕度對空氣中PM2.5和PM10質量濃度影響不顯著，但有部分影響。風速對空氣中PM2.5和PM10質量濃度影響不顯著(表1)。

4 討論

PM2.5是PM10的組成部分，但二者的屬性和來源又有所差別，因此二者時空特征具有相似一面也存在差異性的一面[6]。研究發現，咸寧城區PM2.5和PM10時間變化基本一致，具有很強的同步性，與鄧緒偉等[2，13]研究的湖北省大氣顆粒物濃度變化規律一致(圖1、圖2)。

表1 咸寧市PM2.5和PM10質量濃度與氣象因子相關性分析(n=12)

研究發現，氣溫、日照等與咸寧市PM2.5和PM10月均質量濃度均呈現顯著負相關(表1)，夏季氣溫高、日照強且時間長，而冬季氣溫低、日照弱且時間短，使得PM2.5和PM10質量濃度均呈現“冬高夏低”的特征。印證了李彩霞等[7]“夏季日照強有利于大氣顆粒物的擴散和運輸”和黃軍等[8]“冬季的氣溫較低，大氣層結構穩定容易形成較厚的逆溫層，不利于顆粒物的稀釋和擴散，使顆粒物在空氣中不斷積累而造成嚴重的空氣污染”的研究結論，表明咸寧市大氣顆粒物質量濃度主要受大氣湍流和垂直對流作用的影響。夏季較強的光化學反應導致的二次氣溶膠濃度增加[3,7]，可能是6～8月份PM2.5/PM10較高的原因。

研究發現，咸寧城區月均風速與PM2.5和PM10月均質量濃度相關性不顯著，與鄧緒偉等[2]研究的“湖北省大氣污染PM10和PM2.5濃度受風速調節作用不顯著”結論一致。

與胡敏等[10,11]研究結果不同，咸寧城區顆粒物質量濃度與降雨量無呈顯著相關，是否與霧炮車人工增濕降塵相關，還有待進一步研究。