2020年徐州市區PM2.5和PM10污染特征分析

孫 瑞

（江蘇省徐州環境監測中心，江蘇 徐州 221000）

大氣顆粒物污染防治是大氣環境方面持續關注的熱點問題之一，而顆粒物（PM與PM）仍是我國許多城市的主要污染物，嚴重影響空氣質量。因此，研究大氣中PM與PM的污染特征對改善以顆粒物污染為主的地區空氣質量有重要意義。隨著城鎮化、工業化的快速發展，徐州市大力開展城市建設，機動車保有量穩步上升，導致徐州市短期內無法擺脫化石燃料的影響，本地污染物排放量較大。同時，徐州市地理位置特殊，處于蘇、魯、豫、皖四省接壤地區，京津冀大氣污染傳輸通道和汾渭平原大氣污染傳輸通道均會對徐州市空氣質量產生影響，這就導致顆粒物污染仍是影響徐州市大氣環境質量的主要問題。因此，研究2020年大氣顆粒物污染變化規律，有助于掌握徐州市大氣污染態勢，為下一步大氣污染治理提供有針對性的實施方案。

1 研究方法

1.1 監測點位及分析項目

目前，徐州市共設置8個環境空氣質量評價城市點（簡稱國控站點），8個國控站點均位于城市建成區內，包含居住區、文化區、商業交通居民混合區，且分布相對均勻，能充分反映徐州市區環境空氣質量情況。根據《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）要求，8個國控站點均可進行SO、NO、CO、O、PM、PM等6個基本項目的連續監測。以徐州市8個國控站點的連續監測數據為數據源，按照《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）》（HJ 633—2012）及《環境空氣質量評價技術規范（試行）》（HJ 663—2013）進行評價。

1.2 分析時間

選取2020年1月1日至12月31日徐州市國控站點監測數據，按《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）》（HJ 633—2012）、《環境空氣質量評價技術規范（試行）》（HJ 663—2013）進行處理，共獲得363 d的有效日數據。徐州市屬于溫帶季風氣候區，按氣象條件劃分四季，四季劃分為春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）和冬季（12月至次年2月）。

2 結果與討論

2.1 2020年空氣質量總體情況

2020年，徐州市空氣質量達標情況如表1和表2所示。2020年總體情況較好，PM濃度呈下降趨勢，優良天數占比變大。從污染物濃度來看，O日最大8 h平均濃度第90百分位數、PM濃度、PM濃度均有較明顯下降。從日達標情況來看，2020年徐州市優良天數占比為71.9%，輕度污染占21.8%，中度污染占5.0%，重度污染占1.4%，全年未出現嚴重污染。

表1 2020年徐州市不同空氣質量等級情況

表2 2020年徐州市環境空氣參數監測結果

由表2可知，2020年徐州市整體環境有所改善，但仍呈現出以顆粒物和O污染為主的特點，其中，PM仍是貢獻最大的污染物，O超過PM成為貢獻第二的污染物。PM年平均濃度超標0.43倍，PM年平均濃度超標0.23倍，O日最大8 h平均濃度第90百分位數超標0.01倍。徐州市SO、NO年平均濃度和CO日均濃度第95百分位數均達標。

2.2 PM2.5和PM10變化特征

下面主要研究PM與PM的質量濃度季節變化和月度變化，并分析PM/PM比值，找到徐州市顆粒物污染特征。顆粒物來源方面，PM不僅來源于化石燃料的燃燒（工業燃煤、機動車尾氣等），還來源于氣態污染物的二次轉化（氣溶膠參與的光化學反應等），PM同樣部分來源于化石燃料的燃燒，部分來源于各類揚塵源（沙塵、工地揚塵、道路積塵等）。

PM與PM的質量濃度比值可以用來判斷PM對PM的貢獻，PM/PM比值較大，表明PM中粒徑小于2.5 μm的顆粒物含量較高，細顆粒物對污染貢獻較大。PM與PM的質量濃度比值也可以用來判斷顆粒物的污染來源及程度，PM/PM比值越大，表明污染二次轉化的貢獻越高，揚塵源貢獻越低。

2.2.1 PM和PM季節變化特征

徐州市位于江蘇省西北部，地處蘇、魯、豫、皖四省接壤地區，屬溫帶季風氣候區，冬季受溫帶大陸氣團控制，主導風向為偏北風，天氣寒冷干燥，它是江蘇省內唯一有供暖的城市，夏季受溫帶海洋氣團或變性熱帶海洋氣團影響，主導風向為東南風，有明顯雨季，多種因素導致污染物濃度隨季節變化的規律明顯，從主要污染物濃度（O除外）來看，徐州市空氣質量呈現夏季最好、秋季和春季次之、冬季最差的季節性變化特征。

分析2020年徐州市PM和PM質量濃度，由表3可知，PM和PM質量濃度的排序均是冬季＞秋季＞春季＞夏季，冬季顆粒物質量濃度明顯高于其他季節，且標準差遠高于其他季節，顆粒物質量濃度最高值也出現在冬季。從超標天數來看，冬季顆粒物超標天數遠高于其他季節，甚至超過其他三個季節超標天數總和，尤其是PM，冬季超標天數是其他三個季節總和的5.1倍，PM仍是制約徐州市冬季空氣質量的最大污染物。

表3 2020年徐州市PM2.5和PM10質量濃度季節特征

由圖1可知，徐州市2020年PM/PM比值表現為冬季＞夏季＞秋季＞春季，有較明顯的季節性。武曉紅等在太原市對顆粒物的研究、馬浩平等在濰坊市對顆粒物的研究也發現了同樣的PM/PM比值季節變化規律。

圖1 2020年徐州市PM2.5與PM10比值季節變化

經分析，PM/PM比值季節變化與顆粒物排放源、特定氣象條件變化有關。冬季，徐州市集中供暖導致化石燃料（包括燃煤與機動車尾氣）消耗不斷增加，使得顆粒物和其他氣態污染物排放量快速上升，而且徐州市冬季降雨、降雪頻次及雨量較少，邊界層較低，大氣污染物擴散條件較差，PM一次排放增加，同時污染物易于累積，粒子易于老化，PM對PM貢獻較大，PM/PM比值在四季中最大。夏季雨水較多，擴散條件較好，相比PM，PM被有效去除，但是日照較長，溫度較高，光化學反應較多，有利于氣態物向PM的二次轉化，所以PM對PM貢獻較大。春季、秋季PM/PM比值較低，原因是PM濃度受沙塵、建筑工地施工揚塵、積塵排放顯著增加影響更多。

2.2.2 PM和PM月度變化特征

2020年，徐州市PM和PM質量濃度各月份變化趨勢特征曲線如圖2所示。從圖2可以看到，PM和PM月均濃度變化趨勢相似，但是又有區別。PM濃度變化曲線全年呈U字形，1月開始，PM濃度呈逐漸下降趨勢，在8月降到最低，然后從9月開始呈逐漸上升趨勢；1—2月，PM濃度下降明顯，但由于3—6月沙塵的影響，PM濃度出現反彈，隨著沙塵影響結束，7—8月下降到低水平，8月開始呈逐漸上升趨勢。

圖2 2020年徐州市PM2.5和PM10月均質量濃度變化

2020年，徐州市PM和PM質量濃度月均值最大值都出現在1月。經分析，原因有4點：徐州市每年12月至次年2月為供暖季，熱電廠燃煤需求增多，污染物排放增多；當中國北部及西部出現污染時，受冬季季風影響，徐州均處于污染傳輸通道上，經常出現連續多日的以PM為主的中度以上污染過程；冬季氣溫較低，車輛較多且行駛緩慢，汽車尾氣排放相對增加；2020年春節處于1月，春節期間煙花爆竹燃放行為增多，諸多因素導致環境空氣中顆粒物濃度明顯升高。

PM質量濃度月均值最小值出現在8月，PM質量濃度月均值最小值出現在7月。雖然月均值最小值出現在不同月份，但其都出現在7—8月的雨季，在雨季，受季風影響，雨水較多，有時還會受臺風影響，風速較大，顆粒物整體擴散條件較好，濃度維持在低位。

從圖2可見，PM/PM比值變化趨勢表現為W形，1月PM/PM比值最高（全年最高值0.80），后逐漸降低，直到5月（全年最低值0.45），之后有所升高，直到7月，然后又開始降低，直到10月，11—12月又有所升高。2020年，徐州市PM/PM年均值為0.58，1月、2月、7月、12月PM/PM比值高于年均值，其他月份低于年均值。1月、2月、12月屬于季節劃分中的冬季，7月屬于夏季，和PM/PM比值季節特征相吻合。

3 結論

徐州市區空氣質量有所改善，全年以優良為主，優良率為71.9%，但顆粒物污染仍較重，PM和PM超標率分別為15.2%、9.4%。徐州市區PM和PM濃度分別為50 μg/m、86 μg/m，是國家二級標準限值的1.43倍、1.23倍。PM和PM污染呈現出季節變化和月度變化規律，冬季污染最重，夏季相反；PM和PM濃度月變化曲線呈U形，12月和1月最高，7月和8月最低。徐州市區PM/PM年均值為0.58，且冬季（0.74）高于年均值，表明冬季PM貢獻較大，冬季仍是空氣質量管控關鍵時期。