攀枝花市PM2.5與其他參數之間的關系研究

何 侃 楊 玖 代 佼

（四川省攀枝花生態環境監測中心站 四川攀枝花 617000）

引言

PM2.5 的污染逐漸引起人們的關注，2012 年，環境保護部門和國家質量監督檢驗檢疫總局發布了《環境空氣質量標準》（GB3095-2012），將PM2.5 納入到常規空氣質量監測項目中，以控制細顆粒物對人體健康的危害。大氣中空氣動力學當量直徑小于或等于2.5μm 的顆粒物，也稱為細顆粒物，簡稱PM2.5。研究表明PM2.5 對氣候、生活環境、空氣能見度、人體身體健康等都有一定的影響[1]。近年來，隨著攀枝花發展的同時也產生了較一定的環境問題，特別是以工業活動、城市建設、汽車尾氣排放等導致的大氣污染問題最為明顯。攀枝花特殊的河谷氣候更是影響了大氣污染物的擴散、稀釋、運輸等作用，從而導致攀枝花市顆粒物難以擴散及形成影響攀枝花市環境空氣質量[2]。

本文利用2014-2019 年攀枝花市環境空氣質量監測數據，分析了攀枝花市PM2.5 的污染特征，采用灰色關聯分析法分析了PM2.5 與其他環境空氣質量參數之間的關聯度，進而分析攀枝花PM2.5 的主要來源并提供相關的建議與措施。

1 材料與方法

1.1 區域概況

攀枝花市位于中國西南川滇交界部，地處攀西裂谷中南段，屬侵蝕、剝蝕中山丘陵、山原峽谷地貌，具有山高谷深，盆地交錯分布的特點，地勢由西北向東南傾斜，山脈走向近于南北，是大雪山的南延部分。屬南亞熱帶-北溫帶的多種氣候類型，四季氣溫變化不明顯，干雨季分明、四季不明顯，小氣候復雜多樣等特點。攀枝花市蘊藏著得天獨厚的礦產資源，釩鈦磁鐵礦儲量世界領先，被譽為“釩鈦之都”，是以釩鈦產業為主導，化工、有色金屬、電冶合金、鋼鐵機械制造等產業為支撐，多種產業協同發展的城市。

1.2 數據來源

本文選取2015-2019 年攀枝花市6 個監測站點（弄弄坪、河門口、炳草崗、仁和、四十中小）的逐月統計分析監測數據，來源于攀枝花市環境空氣質量發布平臺及攀枝花年鑒。

1.3 研究方法

灰色關聯分析：灰色系統分析是依據各因素數列曲線形狀的接近程度做發展態勢的分析。關聯度分析是基于灰色系統的灰色過程，進行要素（六因素）時間序列的大小排序來表明哪些因素對PM2.5 的影響最大，適合隨時間變化的動態的分析。與其他相關性分析方法相比，它對數據要求低，計算量小，分析效果更好。利用灰色關聯理論得到各因素關聯度的排列順序，篩選出與PM2.5 關聯性較強的環境因素[3]。

1.4 數據處理與分析

本文采用Excel 與SPSS 軟件對數據進行處理與分析。

2 結果與分析

2.1 PM2.5時空分布污染特征

2.1.1 PM2.5 濃度隨時間變化

攀枝花市24 小時內PM2.5 濃度變化趨勢見圖1，可以看出，PM2.5 從凌晨3 點開始持續上升，到9 點時達到最大值，隨后下降，17 點后上升至19 點達到最高值后下降。可以看出，在上下班高峰期，PM2.5 濃度波動較大。

圖1 24小時內PM2.5濃度變化趨勢

攀枝花市PM2.5 濃度月變化趨勢見圖2。可以看出，大部分月份PM2.5 濃度均在0.035mg/Nm3以上，其中1 月份和12 月份PM2.5 濃度最大，這主要是由于攀枝花冬季容易出現逆溫層，加上冬季風速較低，均不利于PM2.5 擴散[3]。最高值與最低值相差0.026mg/Nm3，最高值與平均值相差0.013mg/Nm3，月平均值為0.033mg/Nm3，月間變化較大。同時，攀枝花雨季主要是在6-8 月份，PM2.5 濃度較低，這是由于降雨對PM2.5具有清除效果。目前有研究表明氣象條件降雨量大小均會影響大氣中的污染物濃度，劉星等人[4]研究表明夏季降雨量大小對大氣顆粒物濃度的影響表現為，日降雨量較大時，特別是大于10mm，能夠明顯降低大氣中PM10、PM2.5 和SO2的濃度。

圖2 攀枝花市PM2.5月變化

2015-2019 年，攀枝花市PM2.5 濃度變化趨勢為先平緩上升，隨后下降。2018 年，PM2.5 濃度最大，其值為0.034mg/Nm3。攀枝花市空氣質量污染物具有明顯的季節分布特征。PM2.5 質量濃度在冬季最高，夏季最低。根據季節，PM2.5 濃度大小排序為冬季＞春季＞秋季＞夏季，這是由于春季與冬季氣溫接近，且春季風速較其他季節較大[3]，從而引起施工建筑中揚塵四起，進而導致空氣中顆粒物增加。

2.1.2 PM2.5 濃度空間變化特征

攀枝花市環境監測站5 個監測站點PM2.5 月均濃度值變化（如圖3）。5 個監測站點PM2.5 濃度1 月份均顯著高于其他月份，6 月份最低。可吸入顆粒物濃度分布具有較明顯的時空分布規律。上半年四十中小站點較低，下半年仁和站點較低，弄弄坪站點PM2.5濃度較高，該站點周邊有工業區，從而容易引起局部環境顆粒物超標。

圖3 攀枝花市PM2.5時空變化

2.2 PM2.5與其他參數相關性分析

為了相關性關系更加明確，以PM2.5 濃度為縱坐標，其他參數濃度值為橫坐標，可大致分析PM2.5 與其他參數之間的關系。根據曲線擬合，y=0.548x-0.002，R2=0.9934，PM2.5 與PM10 具有較強的相關性，并呈正相關，隨著PM10 濃度的增加，PM2.5 的濃度增加；y=1681.9x3-157.05x2+5.188x-0.02，R2=0.802，PM2.5 與SO2具有較弱的相關性，并呈多項式正相關，隨著SO2濃度的升高，PM2.5 的濃度增加；y=-0.182x+0.053，R2=0.353，PM2.5 與O3-8 呈負相關，但相關性不大；y=0.013x3-0.089x2+0.215x-0.142，R2=0.761，PM2.5 與CO具呈顯著正相關，PM2.5 的濃度隨著CO 濃度的增加；y=-22.16x2+2.52x-0.026，R2=0.789，PM2.5 與NO2具有相關關系，并呈正相關，隨著NO2濃度的增加，PM2.5的濃度隨之增加。

2.2.1 灰色關聯度分析

灰色關聯度分析即量化分析佐證PM2.5 與其他參數的關系。當計算出得灰色關聯度（R）值越大說明該因子對PM2.5 濃度影響越大；當計算出得得灰色關聯度（R）值越小說明該因子對PM2.5 濃度影響越小[5]。

根據R 值得大小及影響強弱可細分為以下情況：當R≤0.30 時，屬于低關聯，表示兩因素相互影響作用弱；當0.60≥R＞0.3 時，兩因素屬于中等作用，表示兩因素之間耦合作用中等；當0.60＜R≤0.8 時，屬于較高關聯，表示兩個因素之間存在較顯著的耦合作用；0.8＜R≤1 時，屬于高關聯，表示兩個因素呈極顯著的耦合作用[6]。選取2015-2019 年PM2.5 月均濃度作為參考數列，SO2、NO2、PM10、CO、O3-8 對應濃度作為比較數列，計算出灰色關聯度見表1。

表1 PM2.5與其他參數灰色關聯系數

關聯度大小順序為PM10＞CO＞NO2＞SO2＞O3-8，即PM2.5 與PM10 的關聯度最大耦合作用最大，CO 次之，隨后為NO2、SO2，其中和O3-8 耦合作用屬于中等。CO、PM10、NO2、SO2與PM2.5 的R 值均大于0.8，表明PM2.5 與三個污染物指標有將強的耦合作用，O3-8 與PM2.5 屬于中等關聯。一般來水，CO 主要來源于燃煤不充分的燃料燃燒以及機動車尾氣的排放的廢氣，SO2和NO2一般主要來源于工業生產和汽車尾氣排放等。因此可推斷工業生產、城市發展建設、交通道路汽車排放等已成為影響攀枝花市環境空氣質量的主要原因。

2.2.2 PM2.5 與PM10 的比值

PM2.5/PM10 值不僅可以表示PM10 中細粒子的含量，同時可以看出PM2.5 在環境中污染水平。研究表明當0.4＞PM2.5/PM10 值＞0.3 時，說明PM2.5 影響環境污染程度較輕；當在PM2.5/PM10 值＞0.5 時，說明PM2.5 污染較為嚴重[7]。

各站點PM2.5/PM10 結果見表2，弄弄坪監測站點PM2.5 和PM10 變化范圍為0.410～0.547，河門口站點PM2.5 和PM10 變化范圍為0.506～0.575，炳草崗站點PM2.5 和PM10 變化范圍為0.417～0.633，仁和站點PM2.5 和PM10 變化范圍為0.512～0.543，四十中小站點PM2.5 和PM10 變化范圍為0.474～0.559。2017-2019 年攀枝花市PM2.5/PM10 值均在0.5 以上，表明影響攀枝花市環境空氣質量主要污染物為PM2.5。

表2 各站點PM2.5和PM10質量濃度比值

3 討論與分析

（1）PM2.5 濃度分布具有明顯的時空分布特征：即PM2.5 濃度為冬季最高，夏季最低，這可能是因為攀枝花市氣候有關，春冬兩季氣候干燥，降雨量少，風大，容易引起揚塵，導致PM2.5 濃度高于其他兩季；攀枝花市為典型的工業城市；PM2.5 濃度月變化和各站點濃度均呈“V”型；PM2.5 濃度弄弄坪站點高于其他站點，這跟攀枝花市工業布局城市建設等有關，弄弄坪站點周邊地區工業生產較多、主要交通運輸通道等有關。

（2）PM2.5 與PM10、SO2、NO2、CO 呈正相關，與O3-8 呈負相關。根據灰色關聯系數可知，CO 與PM2.5關聯度最大，PM10、SO2、NO2都屬于高關聯，而CO、SO2、NO2的主要來源于煉鋼、焦爐、煤炭的燃燒以及交通運輸汽車尾氣的排放，說明這根攀枝花市交通運輸汽車尾氣排放有關；關聯度最小的都是O3-8，屬于中等關聯。攀枝花市PM2.5/PM10 比值在0.5 以上，細顆粒物已成為攀枝花市主要的污染物。

結語

PM2.5 已成為攀枝花市的主要污染物，其主要污染物來源于工業生產、汽車尾氣排放、能源物質燃燒以及城市建設運輸等方面，根據成因，提出一下相關對策與建議，一是構建綠色低碳的生產生活方式，深入推進產業結構和能源結構調整；二是在城市建設過程中應加強揚塵的控制；三是推行綠色出行，盡量乘坐公共交通工具。