2013～2017 年天津市PM2.5 濃度變化分析

畢溫凱 李 鵬*

(天津市生態環境監測中心,天津300191)

1 概述

細顆粒物(PM2.5),是指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5μm 的顆粒物,由于PM2.5附著多種有害物質且粒徑較小,可吸入人體引起呼吸、心腦血管和免疫系統等多種疾病[1-2],世界衛生組織[3](World Health Organization,WHO)和我國[4]先后將其列入空氣質量標準,予以重點關注。

為改善環境質量,促進居民健康,2013 年國務院印發了《大氣污染防治行動計劃》[5],要求通過管控工業源、揚塵源和移動源等手段降低PM2.5濃度,要求到2017 年京津冀區域細顆粒物比2012 年下降25%左右。本文通過對2013 至2017 年天津市PM2.5濃度情況進行監測,研究了《大氣污染防治行動計劃》期間天津市PM2.5濃度變化特征,并結合天津市PM2.5來源解析結果提出濃度改善建議,旨在為天津市環境空氣質量治理提供依據,促進天津市PM2.5濃度持續改善。

2 材料和方法

2.1 監測儀器

采用美國賽默飛世爾公司TEOM-1405F 型顆粒物自動監測儀,該儀器基于震蕩微天平法(Tapered Element Oscillationg Microbalance,TEOM) 和膜動態測量系統(Filter Dynamic Measurement System,FDMS)聯用方法。

TEOM法原理[6]是環境空氣以恒定流量通過放置濾膜的錐形元件,顆粒物沉積在濾膜上,通過測量一定時間間隔內錐形元件前后的振蕩頻率即可計算出濾膜上顆粒物的質量差,再除以采樣體積則得到采樣濃度。

式中,dm 為時間間隔內質量變化,K0為彈性系數,f1時間終點頻率,f0時間起點頻率。

由于采樣過程中采樣管加熱會導致采樣氣體中揮發和半揮發性顆粒物揮發,進而導致測量結果偏低。因此采用FDMS 法定時切換采樣通道,分別稱量加熱過后的顆粒物質量和過濾顆粒物后揮發和半揮發性顆粒物質量,最后將兩者求和,進而提高其測量準確性。

2.2 數據處理

天津市PM2.5由14 個空氣自動監測點位的平均值計算獲得,所有數據均通過中國環境監測總站審核,由于《環境空氣質量標準》(GB 3095-2012) 自2013 年起實行,2012 年天津市無PM2.5監測數據,本文改以2013 年為基準年,監測時段2013 至2017 年,涵蓋整個大氣污染防治行動計劃,期間無數據缺失。

3 結果與討論

3.1 年際變化

監測結果顯示,2013 至2017 年PM2.5年均濃度分別為96、83、70、69 和63μg/m3(圖1),PM2.5濃度逐年下降,2017 年PM2.5年均濃度較2013 年下降33.9%,PM2.5濃度下降幅度遠超《大氣污染防治行動計劃》中京津冀區域PM2.5年均濃度下降25%的目標,說明《大氣污染防治行動計劃》期間天津市對于PM2.5治理效果顯著。

圖1 為監測期間內天津市PM2.5 年均濃度變化情況。

圖1 2013 至2017 年天津市PM2.5 年均濃度變化情況

但從達標情況上看,2013 至2017 年天津市PM2.5年均濃度分別是WHO 年均標準(10μg/m3) 和我國年均二級標準(35μg/m3)的6.32～9.57 倍和1.81～2.73 倍,天津市PM2.5濃度雖然下降顯著但絕對水平仍然偏高,PM2.5濃度仍有下降空間。24 小時平均達標天數顯示(表1),2013 至2017 年天津市達標天數整體呈現增加趨勢,2017 年按WHO 和國家二級標準分別達標52 和274 天,分別較2013 年增加了42 和115 天,增長較為顯著。

表1 2013 至2017 年天津市PM2.524 小時平均濃度達標天數(天)

3.2 季度和月變化

天津市PM2.5濃度季節上顯示出“冬高夏低”的變化特征(見圖2),其中冬季(1、2 和12 月)受供暖排放增加和重污染天氣影響,PM2.5濃度最高；夏季(6、7 和8 月)天氣氣溫較高,逆溫現象不顯著,垂直擴散條件較好,PM2.5濃度最低；春季(3、4 和5 月)和秋季(9、10 和11 月)氣溫仍相對偏低、同時風力較大易引起沙塵傳輸污染,PM2.5濃度相差不大,且處于全年中等水平。

圖2 2013 至2017 年天津市PM2.5 季度平均濃度變化情況

天津市PM2.5月均濃度呈現“兩頭高,中間低”的變化趨勢(見圖3),每年1、12 月濃度較高,8 月濃度最低,最高月濃度出現在2013 年1 月,為155μg/m3,最低月濃度出現在2017 年8月,為37μg/m3。2017 年各月濃度范圍在37～109μg/m3,較2013年同期低9.5%～54.6%。

圖3 2013 至2017 年天津市PM2.5 月均濃度變化情況

總體看來,2013 至2017 年天津市PM2.5年均濃度逐年下降,遠超《大氣污染防治行動計劃》PM2.5年均濃度下降25%左右的目標,達標天數明顯增加,季度和月均濃度顯著下降,說明《大氣污染防治行動計劃》對于天津市PM2.5改善起到了積極作用。但與WHO 和國家二級年均標準相比,天津市PM2.5濃度仍顯著偏高,根據天津市大氣顆粒物來源解析結果[7],天津市PM2.5主要來源依次為揚塵、燃煤、機動車、工業和其他,由于《大氣污染防治行動計劃》期間燃煤整治力度較大,建議天津市從揚塵、機動車和工業排放等方面加大管控力度,不斷降低PM2.5濃度。

4 結論

4.1 2013～2017 年天津市PM2.5濃度下降33.9%,《大氣污染防治行動計劃》對于天津市PM2.5濃度改善效果顯著；

4.2 天津市PM2.5呈現“冬高夏季”的季節變化特點,每年1、12 月濃度最高,8 月濃度最低；

4.3 天津市PM2.5濃度相對偏高,建議從揚塵、機動車和工業排放等方面加大管控力度,促進PM2.5濃度持續改善。