長三角某區大氣顆粒物時間特征與原因分析

周玉香 蔣榮 王敏敏

（1. 南京理工大學，江蘇南京 210094；2. 江蘇省南通環境監測中心，江蘇南通 226000）

1 引言

大氣顆粒物按照粒徑大小可分為總懸浮顆粒物TSP（粒徑≤100 μm）、可吸入顆粒物PM10（粒徑≤10 μm）、細顆粒物PM2.5（粒徑≤2.5 μm）、超細顆粒物PM1（粒徑≤1 μm）。PM10和PM2.5是環境空氣質量監測中的常規污染因子。2012 年聯合國環境規劃署公布的《全球環境展望5》指出，每年有近200 萬的過早死亡病例與顆粒物污染有關［1］。近幾年來我國出現大范圍的持續性霧霾天氣［2］，對人體健康和交通出行等都產生一些不利影響。

2013 年，國務院出臺大氣污染防治行動計劃和相關措施，目標到2017 年長三角區域細顆粒物濃度下降20%。經過5 年實施計劃，大氣污染治理不斷提速，治理成效逐步顯現［3］。本文對長三角某區2013—2017 年的空氣質量數據進行統計，探究該區大氣中PM10和PM2.5的時間變化特征，為該區治理顆粒物污染提供一定的數據支撐和建議。

2 數據篩選

考慮到選取該區5 年完整的季節時間段，數據選擇2013 年1 月1 日—2018 年2 月28 日每天連續采樣觀測PM10和PM2.5的日均值結果。采樣天數為1 885 d，由于自動監測系統儀器故障或停電，實際有效天數為1 878 d。

3 評價標準

該區為二類環境空氣功能區，執行《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）二級質量濃度限值［4］。

4 分析方法

通過統計分析，尋找不同時間尺度下PM10和PM2.5濃度的時間分布特點，包括年度、季節、月度變化情況。

5 監測結果分析

5.1 年變化特征

2013—2017 年長三角某區大氣PM10和PM2.5的監測結果見表1。由表1 可見，2013—2017 年該區PM10和PM2.5年均值呈下降趨勢。2013 年該區PM10和PM2.5年均濃度分別為109，71 μg/m3，至2017 年分別降至65，38 μg/m3，下降幅度分別達40.4%，46.5%。該區PM10和PM2.5有超標現象，2013 年超標最高。2013 年PM10超標0.56 倍，2016 和2017 年PM10均不超標。2013 年PM2.5超標1.03 倍，至2017年仍然超標0.08 倍。

表1 長三角某區2013—2017 年大氣PM10 和PM2.5年均濃度變化情況

5.2 季節變化特征

該區屬亞熱帶濕潤性氣候，季風影響明顯，雨熱同季。該區四季分明，3—5 月為春季，6—8 月為夏季，9—11 月為秋季，12 月—第二年2 月為冬季。2013—2017 年該區大氣PM10和PM2.5季節濃度值見圖1。由圖1 可見，四季顆粒物質量濃度由高到低依次為冬季、春季、秋季、夏季。PM10和PM2.5濃度干濕兩季變化明顯，春冬季節為干季，降雨量較少，天氣易干燥，空氣的水平和垂直運動緩慢，晝夜溫差變化大，易出現大霧和逆溫影響PM10和PM2.5擴散。夏秋季為濕季，雨季集中出現在5—9 月，受來自海洋上空清潔氣團影響，降水量大，PM10和PM2.5濃度明顯下降。

圖1 2013—2017 年長三角某區大氣PM10 和PM2.5 季節濃度值

5.3 月變化特征及相關性

5.3.1 月均濃度變化特征

2013—2017 年長三角某區大氣PM10和PM2.5月均濃度值見圖2。從圖2 可以看出，2013—2017 年，該區大氣PM10和PM2.5月均濃度走勢具有相似性。PM10濃度最高值出現在2013 年12 月（195 μg/m3），最低值出現在2016 年8 月（35 μg/m3）；PM2.5濃度最高值出現在2013 年12 月（137 μg/m3），同PM10濃度月份最高值一致，但最低月份值不一致，出現在2017 年10 月（20 μg/m3）。每個自然年中月均濃度變化接近V 型，每年的谷值出現在9 月前后，每年峰值出現在1 月前后。

圖2 2013—2017 年長三角某區大氣PM10 和PM2.5 月均濃度值

5.3.2 PM10和PM2.5月均質量濃度的相關性

對2013—2017 年長三角某區大氣PM10和PM2.5月均質量濃度進行線性相關性分析，結果見圖3，擬合方程為y＝1.308x＋13.231，相關系數R 為0.938，說明PM10和PM2.5月均濃度呈很強的正相關，兩者都是大氣顆粒污染物，區別就在于粒徑的大小，一定程度上表明PM10和PM2.5具有同源性。

圖3 2013—2017 年長三角某區大氣PM10 和PM2.5月均質量濃度相關性分析

5.4 PM2.5/PM10 的變化特征

探究PM2.5在PM10中的占比能反映出顆粒物粒徑構成和污染的原因。據統計，2013—2017 年長三角某區大氣PM2.5/PM10月均比值在0.46～0.85 之間，平均值為0.64，可見該區大氣顆粒物污染PM2.5的貢獻率達一半以上。按照季節分析PM2.5/PM10比值，發現四季的變化趨勢與顆粒物質量濃度高低不一致，冬季平均比值最高為0.70，春季平均比值最低為0.58，夏季和秋季比值一樣為0.63。這與Zhou X H等［5］所研究的中國PM2.5質量濃度占PM10的65%左右現象是一致的，這也表明冬季PM10和PM2.5的污染最為嚴重。

6 污染變化原因分析

6.1 氣候因素

該區夏季盛行東南風，冬季盛行偏北風，夏季空氣對流活動增強，有利于空氣污染物的擴散。夏季雨量占全年雨量的40%～50%，而春冬季雨水較少，不利于大氣污染物的沖刷。冬季夜間溫度較低會增加相對濕度，同時降低空氣中的飽和含水量，早晨霧會遮擋光線，地面接收不到太陽的光照，易形成逆溫層，導致污染物無法向上擴散。

6.2 地區活動

工業源一直是污染物來源的主體，包括燃煤（燃煤電廠、集中供熱）和工業生產（工業鍋爐及窯爐、生產工藝過程排放）等。城市基礎設施建設及園林綠化工程造成揚塵污染增加。機動車保有量逐年增加，且未對私家車實行限行，機動車尾氣排放的主要污染物為CO，NOX，CH 化合物，造成光化學煙霧問題日益突出。

6.3 環保政策影響

環境政策往往決定了下一階段環境保護工作的重點，并通過管理手段來實現。2013 年9 月國務院發布《大氣污染防治行動計劃》，正式全方位科學地治理大氣污染，2014 年全面實施“治企、管車、降塵、控煤、禁燒、聯防”大氣污染防治方針等，一系列的環保政策使得大氣污染物排放量明顯下降，環境明顯改善。

7 建議

為有效控制該區大氣顆粒物污染，一是從源頭入手，加大控制力度，提高思想認識和進行政策激勵，多使用清潔能源；二是提倡廣大群眾綠色出行，鼓勵乘坐公共交通工具以及騎車；三是加強城市生態建設，合理規劃綠化和管理水域；四是加強監測監控，冬季需要重點開展大氣污染綜合治理攻堅行動。

8 結論

近年來，該區PM10和PM2.5年均值顯著下降，與2013 年比，2017 年下降幅度分別達40.4%，46.5%，超額完成《大氣污染防治行動計劃》年度改善目標，環境空氣質量總體改善明顯。該區PM10和PM2.5濃度干濕兩季變化明顯，呈現春冬季高、夏秋季低的變化趨勢，每年的谷值出現在9 月前后，每年峰值出現在1 月前后。PM10和PM2.5月均濃度呈很強的正相關，一定程度上說明2 種污染物的源頭和傳播途徑相似。該區PM2.5/PM10月均比值為0.64，冬季平均比值最高為0.70。PM10和PM2.5濃度的變化受氣候、地區活動和環保政策的影響，建議加強監測監控，鼓勵低碳環保行動。