遼寧省PM2.5時(shí)空分布特征分析

楊雨尤 王建舜 王雪巖

摘要 為進(jìn)一步治理和控制大氣污染，改善遼寧省大氣環(huán)境質(zhì)量，本研究利用2019年遼寧省14個(gè)地級市的實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)，分析PM2.5污染物的空間分布特征，并探討日變化、周變化和季節(jié)變化規(guī)律。結(jié)果表明：每日上下班時(shí)間段污染物濃度最高，且工作日濃度低于周末濃度，表現(xiàn)出明顯的“周末效應(yīng)”;季節(jié)上呈明顯的冬季高、夏季低現(xiàn)象;以輕工業(yè)、旅游業(yè)為主的城市污染物濃度低于鋼鐵行業(yè)發(fā)達(dá)且降水量低的城市。

關(guān)鍵詞 PM2.5;遼寧省;時(shí)空分布

中圖分類號(hào)：X513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）07–0121–02

近年來，伴隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的迅速發(fā)展，人民物質(zhì)文化不斷豐富，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平逐漸提高，隨之而來的大氣環(huán)境問題也日益嚴(yán)峻。大氣污染問題，特別是以大氣細(xì)顆粒物（PM2.5，即空氣動(dòng)力直徑≤2.5 μm的顆粒）形式存在的污染物是我國面臨的嚴(yán)重污染問題之一，對人們的居住環(huán)境造成污染，嚴(yán)重威脅人們的身體健康[1]。有關(guān)研究表明，2015年，我國受PM2.5污染影響而導(dǎo)致死亡的人數(shù)高達(dá)110萬人。目前，國內(nèi)學(xué)者針對北京、上海、廣州、天津、成都、重慶等城市，以及長江三角洲、珠江三角洲等地區(qū)，圍繞大氣污染物的分布特征、演變規(guī)律及其影響因素等展開了廣泛研究，這些多針對某個(gè)單一城市或某一地區(qū)進(jìn)行研究[2-3]。

遼寧省為我國東北典型的老工業(yè)省份，省會(huì)沈陽及周圍城市遼陽、鞍山、本溪及撫順均是工業(yè)密集地區(qū)，尚未從根本上解決大氣污染嚴(yán)重問題。基于此，本研究利用遼寧省各地級市2019年每小時(shí)PM2.5污染物濃度數(shù)據(jù)，探討遼寧省顆粒物污染時(shí)空分布特征，旨在深入了解和掌握遼寧省大氣環(huán)境質(zhì)量狀況，為改善遼寧省大氣環(huán)境質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 各市空氣質(zhì)量分析

從污染物的空間分布上看，錦州和葫蘆島兩座城市的PM2.5濃度較高，其中錦州PM2.5濃度高達(dá)47.00 μg/m3，超出國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)（35 μg/m3）;葫蘆島受石油化工、機(jī)械造船及燃煤鍋爐等影響，PM2.5濃度達(dá)46.71 μg/m3 [4]。沈陽市作為遼寧省省會(huì)及東北重要的老工業(yè)基地城市，雖工業(yè)和汽車尾氣排放較多，但沈陽更為注重污染的終端治理和及清潔生產(chǎn)，近年來也逐漸加強(qiáng)環(huán)境建設(shè)和加大環(huán)境保護(hù)力度，綠地覆蓋率較高，PM2.5濃度低于錦州和葫蘆島，濃度為42.91 μg/m3，但污染程度在遼寧省仍屬中等偏上水平。大連和丹東地理位置優(yōu)越，氣候宜人，鄰近海域，有利于污染物的運(yùn)移和分散，而且這兩座城市輕工業(yè)、旅游業(yè)較為發(fā)達(dá)，相對于重工業(yè)發(fā)達(dá)的城市PM2.5濃度較低，僅分別為34.72 μg/m3、31.84 μg/m3。全省14個(gè)城市中有12個(gè)城市的PM2.5濃度高于國家年均環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，遼寧省大多數(shù)城市受工業(yè)排放和燃煤排放影響較大氣污染嚴(yán)重，這也給人們生活帶來了極大的負(fù)面影響，身體健康難以得到保障。

2 PM2.5濃度變化趨勢及成因分析

2.1 PM2.5濃度日變化及成因

統(tǒng)計(jì)2019年每小時(shí)PM2.5濃度發(fā)現(xiàn)，觀測期間，遼寧省大部分城市PM2.5濃度日變化趨勢相同，呈現(xiàn)雙峰型，峰值分別出現(xiàn)在8：00～09：00和21：00～23：00，最大值可達(dá)59.32 μg/m3。這可能是因?yàn)樵纭⑼砀叻迤诔鲂腥藬?shù)較多，機(jī)動(dòng)車、揚(yáng)塵等直接排放的細(xì)小顆粒物導(dǎo)致PM2.5濃度偏高。71%的城市污染物最低值出現(xiàn)在15：00，這可能是因?yàn)榇藭r(shí)間段室內(nèi)活動(dòng)居多，污染物排放量少。葫蘆島在0上午8：00～09：00 PM2.5濃度變化趨勢尤為突出，與此時(shí)間段PM2.5濃度次高的錦州市相差5.59 μg/m3。與其他城市相比，大連PM2.5濃度變化幅度最小，15：00值最低，為30.16 μg/m3，最高值出現(xiàn)在13：00（37.36μg/m3）。丹東PM2.5的整體日變化趨勢雖與大部分城市相同，但濃度整體上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他城市。

2.2 PM2.5濃度周變化及成因

從遼寧省1周的變化趨勢來看，工作日期間，周三至周五PM2.5濃度在整周內(nèi)處于較低水平，均低于40.00 μg/m3，周三濃度最低，為36.87 μg/m3，其次是周四、周五，周一、周二濃度基本持平且明顯高于周三至周五時(shí)間段;周六和周日濃度最高，呈現(xiàn)明顯的“U”型分布特征。通過對比工作日與周末的污染物濃度發(fā)現(xiàn)，各個(gè)城市的周末污染物濃度均高于工作日，遼寧省整體PM2.5周末日平均濃度為42.65 μg/m3，明顯高于工作日的平均濃度值39.42 μg/m3。

盤錦周末效應(yīng)最為明顯，差值為6.44 μg/m3，其次是葫蘆島，差值為5.92 μg/m3，朝陽和丹東差值最低，分別為0.71 μg/m3、0.73 μg/m3。

工作日和周末PM2.5的日變化特征明顯，除22：00和23：00外，其他時(shí)段污染物的濃度均呈現(xiàn)出周末高于工作日的現(xiàn)象，且周末污染物濃度的變化幅度小于工作日。工作日和周末均出現(xiàn)2次峰值，08：00～09：00和20：00-～21：00，谷值均出現(xiàn)在15：00。這主要是因?yàn)橛捎谥苣┤藗兛沼鄷r(shí)間充足，居民活動(dòng)變得活躍，私家車出行增多，過度的尾氣排放使大氣PM2.5濃度增加，導(dǎo)致大氣污染相對工作日更嚴(yán)重。

2.3 PM2.5濃度季節(jié)變化及成因

從季節(jié)上看，遼寧省PM2.5污染物濃度冬季最高，為62.72 μg/m3，其次是春季（39.27 μg/m3）和秋季（35.69 μg/m3），夏季最低，僅為24.02 μg/m3。14個(gè)城市PM2.5污染物濃度均季節(jié)性特征明顯，呈現(xiàn)出冬季高、夏季低的特點(diǎn)。其中，鐵嶺四季差異最大，冬季濃度為70.57 μg/m3，夏季為21.16 μg/m3，差值為49.41 μg/m3;四季變化最小的是大連市，其冬季與夏季差值為28.66 μg/m3。遼寧省地區(qū)屬于溫帶季風(fēng)性氣候，冬季天氣寒冷干燥，不利于污染物的擴(kuò)散，且冬季為采暖期，煤炭燃燒的增加使PM2.5濃度大幅提高[5]。春季、秋兩季空氣干燥，沙塵天氣較多，受其影響PM2.5污染物濃度相對較高。研究表明，PM2.5濃度與氣溫、降雨量均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[6]。而遼寧省夏季高溫多雨，利用雨水的沖刷一定程度上可稀釋污染物的濃度，且夏季的大氣條件更利于PM2.5污染物的運(yùn)移和分散。

3 結(jié)論

通過分析2019年遼寧省全域范圍內(nèi)PM2.5污染物的時(shí)空特征，得出如下結(jié)論：

（1）遼寧省86%的城市PM2.5濃度超出國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)，大氣污染嚴(yán)重。

（2）從空間分布看，遼寧省內(nèi)錦州和葫蘆島受重工業(yè)影響，PM2.5平均濃度遠(yuǎn)高于其他城市，而東部沿海城市大連和丹東污染程度較低，低于國家二級標(biāo)準(zhǔn)。

（3）遼寧省各地級市的PM2.5濃度日變化呈雙峰型曲線，兩次峰值分別出現(xiàn)在早、晚高峰時(shí)間段，谷值普遍出現(xiàn)在15：00。遼寧省PM2.5污染物存在顯著的“周末效應(yīng)”，周末日均濃度值高于工作日。同時(shí)，各個(gè)城市PM2.5濃度均呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性特點(diǎn)，即冬季最高，春、秋季次之，夏季最低。

（4）PM2.5濃度變化的影響因素主要包括氣候條件（氣溫、降水和風(fēng)速等）和人類活動(dòng)（工業(yè)排放、汽車尾氣排放、燃煤取暖等）。PM2.5濃度日變化和周末效應(yīng)的出現(xiàn)主要是受到人為因素的影響，居民的集中性出行時(shí)段，造成汽車尾氣排放量增多。四季的變化受采暖期、非采暖期以及氣候條件的綜合影響。采暖期內(nèi)污染嚴(yán)重，采暖期結(jié)束后大氣質(zhì)量逐漸得到改善，同時(shí)春季和秋季天氣干燥，風(fēng)沙天氣居多，運(yùn)移和分散污染物的能力一般，而夏季降水多，利用雨水的沖刷一定程度上可稀釋污染物的濃度。遼寧省各個(gè)城市均存在一定的工業(yè)排放污染，這也使得遼寧省在全國屬于高水平污染地區(qū)，未來部分城市應(yīng)鼓勵(lì)企業(yè)轉(zhuǎn)型，加大監(jiān)管力度，努力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，降低大氣污染，建設(shè)美麗中國。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Spatiotemporal Distribut-ion Characteristics of PM2.5 in Liaoning Province

YANG Yu-You et al（Shenyang Institute of Technology， Fushun， Liaoning 113122）

Abstract In order to further control air pollution and improve air quality in Liaoning Province， the real-time observation data of 14 prefecture-level cities in Liaoning Province in 2019 were used to analyze the spatiotemporal distribution characteristics of PM2.5 pollutants and explore the diurnal， weekly and seasonal variations. Our results showed that the concentration of pollutants was the highest during commuting hours， and the concentration of pollutants during weekdays was lower than that at weekends， showing a significant "weekend effect". In addition， PM2.5 presented a seasonal pattern with higher concentrations in winter than in summer. At the same time， we found that the concentration of pollutants in cities dominated by light industry and tourism was lower than that in cities with developed steel industry and low precipitation.

Key words PM2.5; Liaoning Province; Spatiotemporal distribution