上海松江區街鎮空氣小站PM2.5時空分布特征研究

朱大昕

(上海市松江區環境監測站，上海 201600)

我國經濟正處于一個高速發展的階段，工業化、城市化腳步加快的同時也給大氣環境帶來一定的影響[1]。散布在空氣中的污染物主要有氮氧化物、二氧化硫和懸浮顆粒物(如PM10、PM2.5)等，這些污染物主要來源于燃料的燃燒、工業企業廢氣排放、機動車尾氣排放等，這也是我國大多數城市空氣污染的一個共同特點[2]。其中，以PM2.5為首要污染物的空氣質量問題尤為凸顯，嚴重危害著人們的身心健康和區域可持續發展[3]。PM2.5指環境空氣中空氣動力學當量直徑≤2.5 μm的顆粒物，它是霧霾的主要組分，能較長時間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴重[4]。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強，易附帶有毒、有害物質(例如重金屬、微生物等)，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大[5]。研究表明PM2.5隨空氣進入到人體后，會對人們的呼吸系統、心血管系統、內分泌系統等造成嚴重的破壞，長時間暴露在高濃度的PM2.5下，將會導致死亡風險的增加[6-9]。同時，PM2.5對地表輻射的影響也會間接地“干預”氣候的變化[10]。

國內外許多學者對大氣污染監測進行了大量研究[2]，如Xian 等[11]開發了一種激光掃描雷達系統，以實時檢測城市空氣污染變化并找到城市空氣污染的來源。Lee等[12]借助移動式空氣污染微傳感器，對馬來西亞雪蘭莪州雙威市進行了大約 6個月的移動監測活動。雖然這些研究為大氣污染防治工作提供了很好的借鑒，但相關研究在地方污染防治工作中難以開展[2]。而網格化作為大數據分析技術支撐下的一種新型管理模式，為大氣污染精準化防治提供了可能。較多研究證明，網格化監管模式的應用，在地方化環境污染監管防治方面發揮了重要作用[13-15]。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

松江區位于長江三角洲內上海市西南部，地處東經121°45′，北緯31°，在黃浦江中上游。松江區總面積604.64平方公里，占上海市總面積的9.5%，整個區域南寬北窄，略呈梯形，其中陸地面積占87.9%，水域面積占12.1%。東與閔行區、奉賢區為鄰，南、西南與金山區交界，西、北與青浦區接壤。東北距上海市中心約40公里。2019年9月，松江區入選首批國家全域旅游示范區，全區對于環境空氣質量的要求比較高。

松江區環境空氣質量監測系統由連續自動監測和連續采樣實驗室分析(化學法)兩部分組成，監測范圍覆蓋了居民區、工業區、商業區等。至2020年，松江區環境空氣連續自動監測系統包括3個市控監測子站(松江圖書館站、松江岳陽站、松江中山站)和2個區控監測子站(松江漕河涇站和松江泖港站)。以上市控及區控監測點位分布于松江主城區及個別街鎮，沒有覆蓋整個區域，僅以這幾個站點的監測數據，不足以全面準確完整地分析描述整個松江區的環境空氣狀況。為滿足對松江區大氣污染現狀和污染成因分析溯源，有針對性地進行細顆粒物的治理和改善工作，松江區生態環境局于2018年上半年啟動了網格化空氣質量監控項目，在全區18個街鎮園區布設安裝空氣小站，開展環境空氣質量的網格化監管。本文基于松江區18個街鎮園區100個空氣小站連續三年(2018—2020)積累的PM2.5監測數據，分析近三年全區大氣PM2.5濃度分布的時空變化特征。同時針對PM2.5整體的污染特征和分布特點，給出相關污染防治措施的對策建議。研究結果為松江區大氣環境污染治理和管理提供科學依據。

1.2 研究方法

按級別將松江區劃分為城市、城鄉接合部、城市郊區及農村三級，選擇具有代表性的街鎮分區域級別進行布點。每個街鎮園區布點4～6個，區內目前共設置100個點位(見表1、圖1)。

表1 松江區各街鎮空氣小站分布情況

圖1 松江區各街鎮空氣小站空間分布示意圖

在點位建設上，為方便后期運維，優先考慮周邊基站位置，避免由于對市政規劃不了解而造成不必要的工程調整以及對基站后期的建設帶來不便。空氣小站于2018年初啟動建設方案，于當年6月底完成聯網運行，開展環境空氣質量常規監測指標的監測。

每個站點均選擇MicroairTMA108空氣質量傳感器小型自動監測儀器，該儀器由泛測(北京)環境科技有限公司設計制造，具有信號無線傳輸、純電池供電、安裝簡便等特點，非常適合戶外大規模布網監測，具體指標見表2。

表2 MicroairTM A108監測儀器參數

2 監測結果與分析

2.1 PM2.5濃度年變化規律

圖2為2018-2020年松江區18個街鎮空氣小站的PM2.5年均值濃度的空間分布。由圖2可以看出，3年的PM2.5質量濃度的均值均呈現西高東低的狀況，與上海市PM2.5年均值濃度的空間分布趨勢較吻合。此外，與2018年和2020年相比，2019年的PM2.5質量濃度均值較高。

(a)

結合本地常年風向、工業布局和人口密度分析，松江區常年主導風向為東南風，工業主要集中在東部和北部工業區、開發區，人口主要聚居在中部的松江城區、東北部的九亭鎮、九里亭街道及北部泗涇鎮等街鎮。受主導風向影響，這些區域產生的PM2.5有利于向外部擴散，對區內的影響較小。

從PM2.5濃度的時空分布特點來看，黃浦江兩岸、黃浦江南岸的地區以及松江西南部分地區的PM2.5年均值濃度較高，究其原因，主要是來自內陸的污染物輸送，如松江西南部上風向的上海金山化工園區、上海奉賢化工區等；分析本地貢獻源，黃浦江上水運繁忙，水上船只使用柴油燃料產生細顆粒物影響該區域環境空氣質量；黃浦江南岸作為松江區的農業區，地表硬化少、非耕作季節地表裸露面積較大，不利氣象條件下易造成細顆粒物濃度升高；松江西南部是G60高速、申嘉湖高速和上海繞城高速車流量較大的路段，各類車輛尤其是柴油貨車，也是造成細顆粒物濃度升高的因素之一。

圖3統計了18個街鎮、兩個工業區以及G60沿線的2018-2020年PM2.5年均值濃度，除小昆山鎮和新浜鎮PM2.5年均值濃度呈下降趨勢，其余地區的PM2.5年均值濃度均在2019年達到最大。并且，2019年所有地區的PM2.5年均值濃度均未達到國家二級標準(年均值35μg/m3)。而2020年僅有6個地區的PM2.5年均值濃度未達到國家二級標準。

圖3 2018-2020年松江區街鎮PM2.5濃度年際變化(單位：μg/m3)

2.2 典型站點PM2.5濃度日變化特征

從全區18個街鎮100個點位中選取4個典型站點，深入研究不同季節PM2.5濃度的日變化趨勢(見圖4)。小昆山和葉榭代表街鎮城區，佘山代表旅游度假區，松江工業區A區代表工業區。4個站點三年冬季PM2.5濃度均值明顯高于其他三個季節，呈現明顯的單峰日變化趨勢，且峰值出現的時間晚于其他季節，一般出現在早高峰之后，但不同站點峰值持續的時間略有不同，其中小昆山PM2.5峰值持續時間最長，從上午9時持續到下午2時，可見冬季居民區的PM2.5累積效應最顯著。秋季和春季4個站點PM2.5濃度日最大值均出現在上午7-8時，早高峰過后濃度迅速下降，這可能與當時較好的氣象條件有關，有利于大氣中顆粒物的擴散。夏季PM2.5濃度整體都偏低，其日變化趨勢也不明顯，全天基本維持在相同的濃度水平。4個站點中松江工業區A區PM2.5濃度均值與佘山站點PM2.5濃度均值接近，但是都低于其他兩個站點的PM2.5濃度均值。其原因可能是因為，該站點本身位于中山街道附近，處于松江偏東部的位置，主要以信息產業、精細化工和生物醫藥為主，沒有重型污染企業。該區域周圍為城鎮居民聚居區，環境質量管控比較嚴格，氣體污染物排放少。同時該區域位于主導風向上(東南風方向)，有利于PM2.5及時擴散。這也基本同三年的PM2.5濃度年變化規律西高東低的趨勢相吻合。

圖4 2018-2020年不同季節松江區街鎮典型空氣小站PM2.5濃度日變化

3 結論及對策建議

從松江區街鎮空氣小站連續監測三年的數據可以看出，細顆粒PM2.5的空間分布整體呈現西南部高、東北部低的特點，每個完整的監測年份中，小昆山鎮、石湖蕩鎮、新浜鎮、泖港鎮和葉榭鎮濃度值相對較高。典型站點PM2.5濃度日變化結果顯示，冬季PM2.5濃度均值明顯高于其他三個季節，呈現明顯的單峰日變化趨勢，且峰值出現的時間晚于其他季節，同時冬季居民區(如小昆山鎮)的PM2.5累積效應最顯著。本區細顆粒物整體的污染特征和分布特點，也與上海市PM2.5中元素的主要污染來源相吻合，即來自工業源、燃料燃燒和地殼源[16]。

松江區環境空氣污染特征為冬季霾污染居多、夏季臭氧高發的區域性復合型大氣污染。近年來，以細顆粒物和臭氧為代表的復合污染問題有所改善，但仍需引起重視。因此，松江區計劃加快推動清潔空氣行動計劃，以產業和交通領域為重點，統籌能源、建設、社會生活各個方面，持續加大環境空氣質量改善力度，提高環境空氣質量優良率。

(1)加強工業源預防和治理

充分利用第二次全國污染源普查的數據成果，結合大氣污染源排放清單編制工作，對全區各類大氣污染源，尤其是重點行業污染源摸清家底，全面掌握污染源所屬行業、污染源類別、污染因子、原輔材料使用、生產工藝、廢氣治理工藝、排放量、排放規律等信息。一方面通過“三線一單”和規劃環評嚴格建設項目環境準入，加快建成區重污染企業搬遷改造或關閉退出，對于“散亂污”企業予以嚴格整治和取締；另一方面通過排污許可證核發與證后監管、新一輪工業企業揮發性有機物綜合治理、中小鍋爐低氮燃燒改造等措施，持續開展工業源大氣污染治理工作，進一步削減揮發性有機物、氮氧化物等重點大氣污染物的排放。

(2)推進移動源監測及防控

松江區交通結構比重(陸路、水路、鐵路)在短期內還暫時無法有效調整，但綠色能源公共交通、綠色能源機動車的比例還有進一步提升空間。對機動車環保檢驗機構的監管、柴油貨車尾氣的監測、加油站油氣回收及在線監測等移動源的監測和監管應當進一步加強。對油品質量監管、非法加油站點取締整治，以及不符合要求的柴油貨車限行、非道路移動機械限用也應納入日常監管工作，逐步加強長效管理，從而進一步削減移動源的氮氧化物排放總量。

(3)加強揚塵防治和減排

持續推進建筑、拆房、拆違和大型市政工地安裝揚塵污染在線監控系統，并強化執法監管，提高建筑工地文明施工達標率；利用在線監測監管，嚴格監督落實建筑工地揚塵監管責任，加強建筑、市政、拆房和綠化等工地揚塵污染控制，促使責任主體積極采取建筑工地防塵降塵措施；通過在線監控，加強城市道路、快速路、高速公路揚塵污染控制力度；大力推進裝配式建筑項目和綠色建筑建設。同時建立職能部門之間聯動監管機制，有效加強揚塵污染防治。