生態環境治理下大氣污染物濃度變化特征監測研究

易丹

關鍵詞：生態環境治理；大氣污染物；濃度變化；特征監測；二氧化氮

前言

大氣污染導致嚴重空氣質量問題已經嚴重威脅人類的正常生活，受到大氣污染影響，人類生活質量明顯下降。大氣污染除了工業生產導致的碳氣體排放以外，還有日常交通產生的碳排放。大氣環境本身具有自凈能力，但是目前人類向大氣排放單位污染性氣體已經嚴重超過大氣自潔的能力，所以才會出現較為嚴重的空氣污染問題。氣象因素是實現大氣自凈的一個重要助力，降水、刮風都會幫助大氣環境降低空氣污染濃度，但是以目前的污染形勢來看，僅靠大氣自潔，無法實現大氣環境治理，所以近年來中國也在積極采取措施開展生態環境治理工作，改善大氣污染問題。張娣等人以烏魯木齊作為研究對象，監測歷年采暖期該區域的污染物水平變化，近年來在國家和政府的努力下，該地區的污染物濃度有所下降，說明環境治理取得初步成效；李楊勇等人以焦化某個區域為研究對象，利用氣體檢測儀，監測該區域污染物濃度，通過監測結果確定該區域污染物濃度最高的物質。文章主要研究生態環境治理下，監測大氣污染物濃度變化特征，根據該分析結果制定未來環境治理策略，獲得更加良好的治理效果。

1大氣污染物濃度變化特征監測

1.1研究區域概況

文章所研究區域位于長江中下游區域，是中國中部區域重要城市，屬于交通樞紐城市，無論水運還是陸運均較發達，同時匯集多所科學研究中心，是主要科研基地。全區域面積為11408.48平方公里，常住人口779萬人。該區域除了中部和南部地勢較低以外，東部、北部以及西部地勢均較高，區域內大部分地勢較為平坦，平均海拔達到30m。春秋兩季氣溫較為和煦，夏季濕熱冬季寒冷，屬于亞熱帶季風氣候，全年平均降水量約為1000mm，雨熱同期，全年平均溫度在16℃上下，氣候較為適宜，全年平均光照能達到2100h。

作為重要交通樞紐及經濟較為發達的一線城市，近年來建設速度較快，經濟發展也穩步提升，但是這種發展導致城市環境污染問題越來越嚴重。城市基礎建設造成的空氣污染，工業生產導致的廢氣，日益增加的車輛數量導致碳排放量激增都是導致該區域發生空氣污染的原因。十年前，該區域經濟迎來一個質的飛躍，但是伴隨而來的是該地區霧霾問題日益嚴峻，最嚴重的幾個監測日期顯示該區域空氣質量指數均超過500。該區域三面高一面低，冬季空氣流動較弱，加上各種污染行為的發生，冬季霧霾問題尤為嚴重，一方面降低空氣質量，同時也導致出行時的能見度較低，對于人們居住、健康均帶來很大困擾。

1.2數據來源

研究區域空氣質量的數據由國家環境監測局提供，研究區域中的固定幾個區域布置大氣環境固定監測點，這些監測點功能各異，包括化工廠、造紙廠、煉鋼廠、醫院、學校、農場等，監測點數量達到10處。歷史空氣質量數據可以直接從當地的空氣質量歷史數據查詢網站獲得，空氣污染物的類型包含二氧化氮、二氧化硫、PM2.5和PM10。

1.3大氣污染物濃度變化特征監測方法

1.3.1監測設備布置

在各個監測點使用熱電431脈沖熒光法二氧化硫分析儀監測二氧化硫濃度，利用二氧化氮一氮氧化物分析儀監測二氧化氮的濃度特征。PM2．5和PM10的濃度特征使用B射線顆粒物監測儀實現監測。結合氣象監測設備監測各個監測點的風向、氣壓、風速、氣溫、風向等信息。定時對各個儀器設備開展檢驗，校準量程、零點和流量等數據。監測空氣中顆粒物濃度的設備需要定期清潔，濾膜每間隔一個星期清理一次。

1.3.2KZ濾波法的污染物濃度時間尺度特征分析

Kolmogorov-Zurbenko濾波法又稱KZ濾波法，是時間序列分析方法，通過提前設置不同參數，KZ濾波法能夠在不需預處理數據的情況下，獲得不同時間序列下的污染物濃度特征。使用X（t）描述初始時間序列：

1.3.3回歸模型分析污染物濃度關系

變量較多的回歸模型稱為多元線性回歸模型，使用式（3）描述回歸方程關系：

式（4）中，C表示各個污染物的濃度。由于一氧化碳和臭氧的濃度占比較小，因此此次研究忽略二者的影響，僅考慮二氧化氮、二氧化硫、PM2.5、PM10污染物的濃度，這些污染物是該地區大氣污染的主要成分，對人體健康和環境質量的影響較為顯著。

2監測結果

2.1生態環境治理下二氧化氮濃度變化特征監測

通過監測多元線性回歸模型獲得隨著時間變化二氧化氮濃度變化特征，監測結果見圖1。

由圖1可知，生態環境治理前后二氧化氮濃度變化趨勢基本相同。生態環境治理后，二氧化氮的濃度明顯降低。受到不同季節和時間的氣象因素影響，不同時間序列下研究區域二氧化碳的濃度變化出現明顯差異。冬季氣溫較低，但是降水較少，且研究區域三面地勢較高，大風天氣較少，所以冬季二氧化氮的濃度較高。夏季降水較多，氣溫較高，二氧化氮的濃度較低，且晝夜差異也不大。春季及冬季受到風、雨等氣象因素影響，導致二氧化氮的濃度較低，其中秋季比春季二氧化氮的濃度較高，主要是由于秋季收獲農作物，燃燒農副產品，因此二氧化氮濃度有所上升，因此相比之下，秋季二氧化氮的濃度更高。

2.2生態環境治理下二氧化硫濃度變化特征監測

二氧化硫是導致酸雨發生的主要原因，所以監測二氧化硫濃度變化特征是未來環境治理的重點。生態環境治理前后二氧化硫月度濃度變化見圖2。

由圖2可知，無論是生態治理前還是生態治理后，二氧化硫的濃度變化月度特征變化趨勢基本一致，但是能夠明顯看出，生態環境治理以后，二氧化硫的濃度顯著下降，說明經過生態環境治理，研究區域中二氧化硫這種污染物得到良好治理。從全年二氧化硫監測數據來看，冬季二氧化硫濃度較高，夏季二氧化硫濃度較低，春季與秋季的二氧化硫濃度也發生小范圍升高，這種濃度變化特征與二氧化氮的濃度變化特征基本相同。這種變化趨勢主要是由于秋冬兩季農作物殘余物作為垃圾被大面積焚燒，產生大量有害氣體，所以污染物濃度有所上升，但是經過生態環境處理，政府為降低這種焚燒導致的空氣污染，采取統一處理手段，避免大面積焚燒。工廠在秋冬兩季受到氣候、氣象因素影響，污染物不能及時被大氣環境自凈，所以污染濃度有所上升，經過生態環境治理，這些工廠的排放量有所降低，所以二氧化硫的濃度明顯降低。經過監測發現二氧化硫濃度呈現較為明顯季節變化特征。

經過上文分析可以看出，氣象因素也會導致空氣中的污染物濃度上升，因此監測不同天氣因素下二氧化硫的濃度變化的監測結果見表1。

由表1可知，各個氣象因素對于二氧化硫濃度影響各不相同，水汽壓與氣溫變化會導致二氧化硫濃度較高，受到降水量、日照、風速等氣象因素影響，二氧化硫的濃度較低，由此可以看出，二氧化硫的濃度變化體現出較為明顯的氣象特質。

2.3生態環境治理下顆粒物濃度變化特征監測

大氣中的細顆粒物濃度較高就會形成霧霾，霧霾會直接影響居民的身體健康，霧霾中主要為空氣中懸浮的顆粒物，其中最主要便是微塵（PM2．5）和飄塵（PM10），這兩種污染物也是大氣污染物治理的主要對象。在不同天氣狀況下，PM2.5和PM10的濃度變化情況見表2。

通過表2可知，即使出現沙塵、霧霾、秸稈燃燒的氣象情況，只要不發生嚴重污染，空氣中PM2.5和PM10的濃度并沒有較高。但是在這些天氣條件下，如果發生大氣污染，PM2.5和PM10的濃度會顯著上升。

選定某個霧霾較嚴重的日期，監測全天顆粒物濃度變化情況，結果見表3。

從表3能夠看出，早晚高峰時期，顆粒物污染較為嚴重，在霧霾污染的背景之下，顆粒物日變化特征較為明顯。顆粒物主要在該空間中存在，空間的邊界層結構較為穩定，地面也會積聚大量大氣污染物，所以白日顆粒污染物濃度較高。夜晚人類活動較少，車輛、工廠等排放顆粒污染物的源頭不再工作，顆粒物污染濃度有所降低。綜合以上監測結果獲得PM2.4和PM10的污染物濃度呈現出明顯日變化特征。

3結束語

長江中下游地區是中國經濟發展最為活躍的區域之一，但也是大氣污染較為嚴重的區域之一。以該區域作為研究對象，監測研究生態環境治理下大氣污染物濃度變化特征。針對該區域常見污染物：二氧化氮、二氧化硫、PM2.5、PM10等受到各種因素影響，展現出較為明顯的季節特征、氣象特征、日變化特征。該區域早期為了提升經濟水平，大力發展工業，導致該區域大氣環境發生嚴重污染，因此政府及相關機構大力治理生態環境，在一定程度上改善了當地大氣環境。通過監測結果發現，生態環境治理后，二氧化氮濃度均有所降低，日變化特征與季節變化特征均較明顯。二氧化硫經過治理以后濃度也明顯降低，月度變化特征和季節變化特征顯著。空氣懸浮顆粒日變化特征明顯，經過治理后PM2.5和PM10的濃度也明顯降低。