棗莊市PM2.5的污染來(lái)源及分布研究

摘 要：棗莊市是傳統(tǒng)的煤煙型重污染城市，在工業(yè)城市轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，解決空氣質(zhì)量問(wèn)題迫在眉睫。對(duì)2014年—2015年棗莊市8個(gè)自動(dòng)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站的PM2.5數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討PM2.5的季節(jié)分異特征、地域分布特征、日變化差異分析以及與大氣氧化物的相關(guān)性分析。結(jié)果表明，夏季PM2.5的平均濃度最低、冬季最高。各監(jiān)測(cè)站中濃度較高的是嶧城區(qū)政府觀測(cè)點(diǎn)、市中區(qū)政府觀測(cè)點(diǎn)和高新區(qū)觀測(cè)點(diǎn)；較低的是山亭區(qū)環(huán)保局觀測(cè)點(diǎn)和臺(tái)兒莊區(qū)環(huán)保局觀測(cè)點(diǎn)。在一天中，PM2.5的濃度變化呈多峰分布，峰值分別出現(xiàn)在0：00、07：00、10：00及19：00。PM2.5濃度與SO2、NO2和CO濃度均為顯著正相關(guān)，與O3濃度成明顯負(fù)相關(guān)，表明大氣氧化物對(duì)PM2.5濃度有顯著影響。

關(guān)鍵詞：棗莊 PM2.5 季節(jié)分布 地域分布 日變化 大氣氧化物

中圖分類號(hào)：F205 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2016）12-162-03

大氣細(xì)顆粒物PM2.5是直徑小于等于2.5μm的顆粒物，能較長(zhǎng)時(shí)間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴(yán)重。PM2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如，重金屬、微生物等），可通過(guò)呼吸進(jìn)入肺泡沉積，并由此進(jìn)入人的血液之中，從而導(dǎo)致心血管疾病增加死亡率，成為空氣中的“隱形殺手”。此外，PM2.5是霧霾的重要組成部分，其濃度的增加會(huì)降低大氣的能見(jiàn)度，影響人們的日常生活安全，因而受到越來(lái)越多的關(guān)注。

棗莊市位于山東省的東南部，其地跨東經(jīng)116°48′30″—117°49′24″，北緯34°27′48″—35°19′12″，總面積4563平方公里，常住人口394萬(wàn)，轄薛城區(qū)、市中區(qū)、嶧城區(qū)、山亭區(qū)、臺(tái)兒莊區(qū)、滕州市。北部接壤孔孟之鄉(xiāng)濟(jì)寧，南部與吳楚之邦徐州相鄰，東部與革命圣地臨沂接壤，西部是京杭大運(yùn)河的源頭微山湖，如圖1。棗莊市因其悠久的采煤歷史被稱為魯南煤城，但同時(shí)棗莊市近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化腳步的加快，城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，一些化工污染企業(yè)的增多，家庭汽車(chē)擁有量的增加等因素的影響，棗莊市已經(jīng)成為全國(guó)重污染城市之一，解決環(huán)境問(wèn)題迫在眉睫。

根據(jù)山東省環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)公布的結(jié)果顯示：2014年6月——2015年5月間，棗莊市“藍(lán)天白云，繁星閃爍”天數(shù)（能見(jiàn)度≥10公里）最多的月份為2015年5月為19日，最少的月份為2014年8月為4日，PM2.5的平均濃度為91.33μg /m3，空氣質(zhì)量Ⅱ級(jí)，如圖2、圖3。

一、棗莊市PM2.5污染現(xiàn)狀分析

AQI（空氣質(zhì)量指數(shù)）是定量描述空氣質(zhì)量狀況的無(wú)量綱指數(shù)。參與評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)為PM2.5、PM10、SO2和NO2四個(gè)部分。對(duì)棗莊市2013年第四季度至2015年第三季度AQI及其相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行時(shí)間、地域的差別分析，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源為市中區(qū)政府、污水處理廠、市環(huán)保局、薛城區(qū)環(huán)保局、嶧城區(qū)政府、臺(tái)兒莊環(huán)保局、山亭區(qū)環(huán)保局、高新區(qū)八個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖4。監(jiān)測(cè)對(duì)象為AQI、PM2.5、PM10、NO2、SO2。

二、棗莊市PM2.5數(shù)據(jù)季節(jié)統(tǒng)計(jì)分析

（一）棗莊市2014年環(huán)境質(zhì)量狀況

2014年棗莊市AQI均值為128，PM2.5平均濃度為88μg/m3；PM10平均濃度為167μg/m3；SO2平均濃度為67μg/m3；NO2平均濃度為41μg/m3。PM2.5是影響全市環(huán)境空氣質(zhì)量的首要污染物。

如圖5，四種污染物全年濃度變化走勢(shì)相同，AQI值在12月份以及1月份達(dá)到全年最高值，其中，一月份AQI均值高達(dá)209；全市空氣質(zhì)量在夏季7-9月達(dá)到全年最佳，7-9月全市空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)分別為21天、18天和23天；全年NO2以及SO2濃度全年走勢(shì)平緩，對(duì)AQI值得貢獻(xiàn)較低，PM2.5以及PM10濃度較高，且波動(dòng)較大，對(duì)AQI值貢獻(xiàn)大。2014年棗莊市空氣質(zhì)量在冬季較差，夏季較好，AQI、PM2.5濃度在1月份達(dá)到最高。監(jiān)測(cè)的四種污染物隨著時(shí)間變化趨勢(shì)相同，NO2以及SO2變化趨勢(shì)較為平緩，且全年值較低，PM2.5及PM10值較高，并隨時(shí)間變化趨勢(shì)較為明顯；PM2.5是棗莊市空氣污染的首要污染物。

（二）棗莊市PM2.5的季節(jié)性差異原因分析

棗莊市地處魯中南低山丘陵南部地區(qū)，屬于黃淮海沖擊平原的一部分，是典型的煤炭型工業(yè)城市，隨著煤炭資源的大量開(kāi)采，且不合理的露天堆放，導(dǎo)致了棗莊市PM2.5濃度高于國(guó)家平均水平，近些年隨著城市化的發(fā)展，家庭汽車(chē)擁有量的增加，新建住宅小區(qū)、城市公路的增加以及耕地的減少，都是空氣質(zhì)量的直接殺手。

在氣候上棗莊市受中緯度暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候影響，全年降水集中在6-9月，降水對(duì)空氣中的PM2.5、PM10、SO2等污染物的濃度有很好的降低作用，此外由于夏季日照充足、天氣炎熱、太陽(yáng)熱輻射高、風(fēng)速較其他季節(jié)大、大氣熱對(duì)流強(qiáng)烈、逆溫現(xiàn)象較少等原因，PM2.5不易堆積，擴(kuò)散較好，濃度較低。

棗莊市冬春兩季寒冷少雨，逆溫現(xiàn)象嚴(yán)重，大風(fēng)、沙塵天氣的頻繁出現(xiàn)，此外我國(guó)北方冬季大量使用燃煤采暖、空調(diào)等供暖使用，且春節(jié)期間煙花爆竹的大量燃放，導(dǎo)致空氣中AQI相關(guān)污染物濃度增高。

三、棗莊市PM2.5的地域分布統(tǒng)計(jì)分析

（一）棗莊市PM2.5地域分布統(tǒng)計(jì)分析

選取棗莊市8個(gè)大氣采樣點(diǎn)2015年夏季連續(xù)50d的AQI、PM2.5、PM10質(zhì)量濃度均值數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。監(jiān)測(cè)點(diǎn)1—8分別代表市中區(qū)政府、污水處理廠、市環(huán)保局、薛城區(qū)政府、嶧城區(qū)政府、臺(tái)兒莊區(qū)環(huán)保局、山亭區(qū)環(huán)保局、高新區(qū)，得圖6—圖8。

如圖數(shù)據(jù)可知，夏季棗莊市8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的AQI、PM2.5、PM10濃度值均處于高位，污染嚴(yán)重。從地域分異上來(lái)看：7（山亭區(qū)環(huán)保局）觀測(cè)點(diǎn)和6（臺(tái)兒莊區(qū)環(huán)保局）觀測(cè)點(diǎn)三項(xiàng)指標(biāo)濃度相對(duì)較低，空氣質(zhì)量相對(duì)較好；5（嶧城區(qū)政府）觀測(cè)點(diǎn)、1（市中區(qū)政府）觀測(cè)點(diǎn)及8（高新區(qū)）觀測(cè)點(diǎn)三項(xiàng)指標(biāo)濃度最高，空氣污染嚴(yán)重。

（二）棗莊市PM2.5地域差異原因分析

棗莊市是傳統(tǒng)的煤炭城市，如圖9，轄區(qū)內(nèi)礦區(qū)和熱電產(chǎn)業(yè)主要分布在滕州市鄉(xiāng)鎮(zhèn)，而造成二氧化硫、氮氧化合物的煙塵污染的水泥產(chǎn)業(yè)主要分布在市中區(qū)內(nèi)，污染物排放量大，體現(xiàn)出了工業(yè)布局和區(qū)域傳輸對(duì)棗莊市PM2.5濃度的影響。同時(shí)棗莊市中區(qū)和滕州市區(qū)是主城區(qū)，人口密度大、交通發(fā)達(dá)、物流發(fā)達(dá)，汽車(chē)尾氣和生活污染排放量較高，也會(huì)導(dǎo)致PM2.5指標(biāo)濃度的升高；山亭區(qū)以山區(qū)為主，處于剛開(kāi)發(fā)狀態(tài)，綠色生態(tài)環(huán)境較好，人口密度和車(chē)流量較低，人工環(huán)境相對(duì)少，導(dǎo)致PM2.5濃度相對(duì)較低；臺(tái)兒莊區(qū)東連沂蒙山、西瀕微山湖是棗莊市重點(diǎn)發(fā)展的旅游區(qū)域，轄區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)較少，人口密度低，綠地面積大PM2.5濃度低。

四、棗莊市PM2.5日變化統(tǒng)計(jì)分析

（一）棗莊市PM2.5日變化統(tǒng)計(jì)分析

選取棗莊市8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)以2015年7月26日同一時(shí)間點(diǎn)的AQI、PM2.5、PM10濃度的平均值，做出24h均值的變化曲線。如圖10可知AQI、PM2.5、PM1024h變化曲線呈多峰變化趨勢(shì)，峰值分別出現(xiàn)在0：00、07：00、10：00、19：00。

（二）棗莊市PM2.5日變化差異原因分析

棗莊市夜間PM2.5濃度處于一個(gè)較高的水平，是由于夜間對(duì)流層氣溫較低，易產(chǎn)生逆溫層，使大氣污染物的擴(kuò)散受到影響，導(dǎo)致底層大氣污染嚴(yán)重。隨著上班交通高峰的到來(lái)，07：00左右PM2.5濃度略有上升，但對(duì)空氣質(zhì)量影響不大。由于棗莊市屬于中等城市，城鎮(zhèn)化水平較低，居民機(jī)動(dòng)車(chē)擁有量相對(duì)較少，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成直接影響。棗莊市是一個(gè)重工業(yè)城市，隨著進(jìn)入工作時(shí)間點(diǎn)，空氣質(zhì)量陡然上升，到10時(shí)—11時(shí)PM2.5濃度出現(xiàn)了全天最高值。隨著氣溫的升高，大氣擴(kuò)散情況好轉(zhuǎn)，夏季植物光合作用的加強(qiáng)，在加上交通高峰的過(guò)去，PM2.5濃度下降。直到晚上19：00點(diǎn)附近，由于氣象條件的變化，人類活動(dòng)、下半集體出行活動(dòng)的增多，PM2.5濃度又出現(xiàn)了一個(gè)小峰值。21點(diǎn)之后，由于夏季燒烤在城市的流行，小型污染企業(yè)的夜間開(kāi)工AQI、PM2.5、PM10平均濃度升高。

五、PM2.5和大氣氧化物的相關(guān)性分析

SO2和NO2可以通過(guò)光學(xué)反映對(duì)PM2.5濃度產(chǎn)生作用，同時(shí)棗莊作為典型的煙煤型城市，其CO排放量對(duì)空氣質(zhì)量也形成較大影響。應(yīng)用SPSS17.0軟件對(duì)棗莊市8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的PM2.5平均小時(shí)濃度與SO2、NO2、CO和O3進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析，得表1。

結(jié)果顯示，棗莊市的PM2.5平均小時(shí)濃度與SO2、NO2和CO濃度均為明顯正相關(guān)，與O3濃度成明顯負(fù)相關(guān)。這其中O3對(duì)PM2.5濃度的影響最為顯著，關(guān)聯(lián)度達(dá)到0.54，其次是NO2、O3和CO，關(guān)聯(lián)度分別為0.42、-0.36和0.25.這也證明了棗莊市的空氣污染物主要為SO2、NO2和粉塵。

六、結(jié)論

對(duì)棗莊市不同年月的PM2.5濃度及其相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)分析得到以下結(jié)論：

首先，棗莊市2014年AQI、PM2.5季節(jié)性濃度均值夏季7—9月最低，冬季最高，對(duì)人體造成一定傷害。

其次，8個(gè)功能監(jiān)測(cè)點(diǎn)中山亭區(qū)環(huán)保局和臺(tái)兒莊環(huán)保局空氣質(zhì)量較好，PM2.5濃度值較低；嶧城區(qū)政府觀測(cè)點(diǎn)、市中區(qū)政府觀測(cè)點(diǎn)和高新區(qū)觀測(cè)點(diǎn)指標(biāo)濃度較高，空氣污染嚴(yán)重。

第三，棗莊市24hPM2.5濃度呈明顯的多峰形狀，峰值分別出現(xiàn)在0：00、07：00、10：00、19：00，這與日常生活出行、人類活動(dòng)與氣象自然因素密不可分。

第四，棗莊市PM2.5濃度與SO2、NO2和CO濃度均為顯著正相關(guān)，與O3濃度成明顯負(fù)相關(guān)，說(shuō)明其二次轉(zhuǎn)化對(duì)PM2.5濃度影響明顯，從相關(guān)性分析的結(jié)果來(lái)看，SO2對(duì)PM2.5濃度的影響最為顯著，CO最不顯著。

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（作者單位：棗莊科技職業(yè)學(xué)院 山東棗莊 277500）

（作者簡(jiǎn)介：程麗莉，講師，碩士研究生，研究方向：遙感與土地開(kāi)發(fā)。）

（責(zé)編：賈偉）