沈陽市鐵西區(qū)2022—2023年大氣顆粒物濃度時空分布分析

摘要：沈陽市鐵西區(qū)是傳統(tǒng)重工業(yè)基地，工業(yè)企業(yè)密集，交通流量大，大氣顆粒物污染問題突出。以沈陽市鐵西區(qū)為研究區(qū)，分析2022—2023年區(qū)域大氣顆粒物濃度時空分布特征，以強化大氣污染防治，實現(xiàn)大氣顆粒物的精細化管控。結果顯示，2022—2023年可吸入顆粒物（PM10）年均濃度分別為60 μg/m3和58 μg/m3，達到二級標準；細顆粒物（PM2.5）年均濃度由37 μg/m3降至35 μg/m3。時間分布呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性變化，空間分布表現(xiàn)為由工業(yè)區(qū)向居住區(qū)遞減的梯度特征。研究表明，沈陽市鐵西區(qū)大氣顆粒物污染總體呈削減趨勢，但工業(yè)源和交通源仍是大氣顆粒物的主要來源。未來，要強化工業(yè)污染治理，優(yōu)化交通結構，持續(xù)推進大氣污染防治。

關鍵詞：大氣顆粒物；濃度；時空分布；沈陽市鐵西區(qū)

中圖分類號：X513 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）01-0-03

Analysis of spatiotemporal distribution of atmospheric particulate matter Concentration in Tiexi District， Shenyang City from 2022 to 2023

Abstract： Tiexi district of Shenyang city is a traditional heavy industry base with dense industrial enterprises， large traffic flow， and prominent atmospheric particulate matter pollution problems. Taking Tiexi district of Shenyang city as the research area， the spatiotemporal distribution characteristics of regional atmospheric particulate matter concentration are analyzed from 2022 to 2023， in order to strengthen air pollution prevention and control and achieve fine control of atmospheric particulate matter. The results show that the annual average concentrations of inhalable particulate matter （PM10） from"2022 to 2023 are 60 μg/m3 and 58 μg/m3， respectively， meeting the secondary standard; the annual average concentration of fine particulate matter （PM2.5） has decreased from 37 μg/m3 to 35 μg/m3. The time distribution shows significant seasonal changes， and the spatial distribution exhibits a gradient characteristic of decreasing from industrial areas to residential areas. Research has shown that atmospheric particulate pollution in Tiexi district， Shenyang city is generally decreasing， but industrial and transportation sources remain the main sources of atmospheric particulate matter. In the future， it is necessary to strengthen industrial pollution control， optimize transportation structure， and continue to promote air pollution prevention and control.

Keywords： atmospheric particulate matter; concentration; spatiotemporal distribution; Tiexi district， Shenyang city

大氣顆粒物污染是影響城市空氣質(zhì)量的關鍵因素，對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴重威脅。沈陽市鐵西區(qū)作為傳統(tǒng)重工業(yè)基地，工業(yè)企業(yè)密集，交通流量大，大氣顆粒物污染問題突出。準確掌握區(qū)域顆粒物污染的時空分布規(guī)律，對制定針對性的污染防控措施具有重要意義。建立完善的監(jiān)測網(wǎng)絡，對沈陽市鐵西區(qū)大氣顆粒物濃度進行系統(tǒng)監(jiān)測與分析，可以揭示區(qū)域顆粒物污染的時空變化特征，為大氣污染防治決策提供支撐。

1 監(jiān)測方案設計

1.1 監(jiān)測網(wǎng)絡布設

沈陽市鐵西區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡采用國家標準的網(wǎng)格布點法，根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位布設技術規(guī)范（試行）》（HJ 664—2013）設置固定監(jiān)測點。在城區(qū)內(nèi)，按4 km×4 km的網(wǎng)格劃分，每個網(wǎng)格中心設1個自動監(jiān)測站，覆蓋全區(qū)。選址遵循代表性、持續(xù)性和實用性原則，監(jiān)測點距地面15 m，遠離障礙物且無局部污染源。監(jiān)測站配備可吸入顆粒物（PM10）和細顆粒物（PM2.5）在線分析儀、氣象參數(shù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)傳輸裝置，確保設備正常運轉。數(shù)據(jù)通過專用網(wǎng)絡傳輸至數(shù)據(jù)中心，構建實時監(jiān)控平臺，覆蓋工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)和居住區(qū)，設置8個自動監(jiān)測站，形成功能區(qū)-敏感區(qū)-背景區(qū)三級監(jiān)測體系，確保數(shù)據(jù)完整性與準確性[1]。

1.2 采樣監(jiān)測

大氣顆粒物監(jiān)測采用β射線法，PM10和PM2.5實現(xiàn)連續(xù)自動監(jiān)測。采樣系統(tǒng)配備智能恒溫加熱裝置，用于消除環(huán)境濕度對測量結果的干擾。監(jiān)測儀器的技術參數(shù)如表1所示。監(jiān)測數(shù)據(jù)采集執(zhí)行《環(huán)境空氣氣態(tài)污染物（SO2、NO2、O3、CO）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)安裝驗收技術規(guī)范》（HJ 193—2013），確保24 h連續(xù)采樣。采樣過程中，嚴格控制采樣流量、溫度和壓力等參數(shù)，采樣流量偏差控制在±5%，溫度控制在20 ℃±5 ℃。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時采集與傳輸，采樣分辨率為5 min[2]。監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過剔除異常值、補遺等預處理后，計算小時均值、日均值及年均值。有效數(shù)據(jù)獲取率不低于90%，保證數(shù)據(jù)連續(xù)性與代表性。質(zhì)控措施包括定期流量校準、顆粒物采樣頭清洗和濾紙更換等內(nèi)容，形成標準化監(jiān)測規(guī)程。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

大氣顆粒物監(jiān)測數(shù)據(jù)處理采用層次分析法。基于《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB 3095—2012）進行數(shù)據(jù)有效性判定，對原始監(jiān)測數(shù)據(jù)進行異常值識別與剔除。數(shù)據(jù)預處理時，采用線性插值法修復缺測數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)序列完整性。時間序列分析采用趨勢分解法，將顆粒物濃度變化分解為趨勢項、季節(jié)項和隨機項3個分量。應用滑動平均法消除短期波動影響，提取長期變化趨勢[3]。季節(jié)性分析采用諧波分析法，識別PM10、PM2.5濃度的周期變化特征。空間分布特征分析采用克里金插值法，構建區(qū)域顆粒物濃度分布場。通過空間自相關分析識別污染物空間聚集特征，計算全局莫蘭指數(shù)，評估空間關聯(lián)性[4]。

2 監(jiān)測結果分析

2.1 數(shù)據(jù)獲取情況

基于2022—2023年環(huán)境空氣質(zhì)量連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對沈陽市鐵西區(qū)大氣顆粒物濃度值進行統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)采集時間分辨率為1 h，監(jiān)測點位包括家具城、軋鋼廠等8個自動監(jiān)測站，結果如表2所示。通過數(shù)據(jù)校驗和質(zhì)控，2022年、2023年各監(jiān)測站點PM10和PM2.5有效數(shù)據(jù)獲取率均超過90%，滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術規(guī)范（試行）》（HJ 663—2013）的要求。2022年，沈陽市鐵西區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)為309 d，優(yōu)良率為85.4%。2023年，優(yōu)良天數(shù)為294 d，優(yōu)良率為80.5%。

2.2 濃度水平特征

經(jīng)分析，2022—2023年，沈陽市鐵西區(qū)大氣顆粒物濃度水平特征主要有2點。一是PM10濃度變化。2022年，日均值分布在38～88 μg/m3，年均值為60 μg/m3；2023年，日均值分布在35～85 μg/m3，年均值為58 μg/m3。兩年濃度水平均達到環(huán)境空氣質(zhì)量二級標準（70 μg/m3），呈逐年下降趨勢。二是PM2.5濃度狀況。2022年，日均值分布在24～59 μg/m3，年均值為37 μg/m3，超過二級標準（35 μg/m3）的0.1倍；2023年，日均值保持在22～56 μg/m3，年均值為35 μg/m3，達到二級標準限值。細顆粒物污染有所減弱。

3 時空分布特征

3.1 時間分布特征

2022—2023年，沈陽市鐵西區(qū)大氣顆粒物濃度呈現(xiàn)明顯的時間變化規(guī)律，如表3所示。PM10月均濃度在2022年呈U形分布，1月達到最高值（88 μg/m3），7月降至最低值（38 μg/m3）。2023年延續(xù)相似趨勢，1月濃度為85 μg/m3，7月降至35 μg/m3。PM2.5月均濃度變化趨勢與PM10基本一致，2022年1月最高值為59 μg/m3，7月最低值為24 μg/m3；2023年1月最高值為56 μg/m3，7月最低值為22 μg/m3。季節(jié)性波動方面，春季（3—5月）受沙塵天氣影響，顆粒物濃度有所升高。2022年4月，降塵量達到年度峰值，為24.70 t/km2，超過省控標準2.1倍。夏季（6—8月）降水頻繁，濕沉降作用增強，顆粒物濃度處于全年最低水平。秋季（9—11月），隨著氣溫下降，揚塵活動減弱，顆粒物濃度逐步回升。冬季（12月至次年2月）受采暖排放和不利氣象條件疊加影響，污染最為嚴重。

3.2 空間分布特征

沈陽市鐵西區(qū)大氣顆粒物濃度的空間分布如表4所示。數(shù)據(jù)顯示，家具城監(jiān)測站點年均PM10和PM2.5濃度最高，2022年分別達到88 μg/m3和59 μg/m3，2023年分別為85 μg/m3和56 μg/m3，主要受區(qū)域工業(yè)活動和交通流量的綜合影響。軋鋼廠監(jiān)測站點位于工業(yè)集中區(qū)，顆粒物濃度水平高，兩年PM10年均值在70～75 μg/m3，PM2.5年均值維持在45～48 μg/m3。其他監(jiān)測點位濃度較低，但整體呈現(xiàn)出由工業(yè)區(qū)向居住區(qū)遞減的空間梯度特征。

從區(qū)域污染角度來看，工業(yè)集中區(qū)顆粒物濃度整體偏高，特別是工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)活動頻繁期間，PM10日均濃度峰值可超過120 μg/m3。交通干線受機動車尾氣排放影響，道路兩側監(jiān)測點位PM2.5/PM10比值明顯高于其他區(qū)域，反映出交通源排放對細顆粒物的貢獻。

4 結論

系統(tǒng)分析沈陽市鐵西區(qū)大氣顆粒物濃度的時空分布，可以為城市空氣質(zhì)量管理提供科學的決策支持。其間綜合應用高精度監(jiān)測設備與多維度數(shù)據(jù)分析方法，實現(xiàn)區(qū)域大氣污染物的精準溯源與時空特征解析。未來，應進一步完善監(jiān)測網(wǎng)絡空間布局，融入智能預警系統(tǒng)，為持續(xù)改善空氣質(zhì)量提供更強有力的技術支撐。

參考文獻

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