大氣環境污染特征分析范文

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摘要：利用城區4個大氣監測點的監測數據，按照《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）對德陽城區的空氣質量進行評價，德陽市的主要污染特征為顆粒物和臭氧交替污染，夏季臭氧污染較為突出，冬季PM2.5污染較為突出。對比近三年的總體變化特征，顆粒物污染的突出性略有下降，臭氧污染的突出性略有上升。PM2.5/PM10的比值范圍在0.26-0.82之間，比值范圍較寬，顆粒物來源包括北方沙塵南下和自身工業生產排放等多種因素。

關鍵詞：大氣環境；污染；顆粒物

隨著工業的飛速發展，能源消耗規模不斷上升，機動車保有量的快速增加，城市空氣污染對人類健康的威脅逐漸凸顯[1]。世界衛生組織于2005年了《空氣質量準則》規定了各污染物濃度標準值，并于2013年公布PM2.5能致癌，引起人們對城市空氣質量的普遍關注，尤其是對霧霾天的關注，各地政府均制定了相關的重污染天氣應急處置措施。每年冬季我國中東部地區常出現霧霾天氣，大范圍的大氣污染，多地已制定區域聯防聯控機制。德陽市環境質量公報顯示德陽市近年空氣污染物主要是可吸入顆粒物，臭氧污染也時有發生，主要發生在夏季。對德陽市的大氣環境進行分析，以近3年的空氣污染特征，探討該城市的空氣質量的變化，影響城市空氣質量的因素。

1研究方法

1.1研究區概況

德陽市地處四川盆地西北邊緣，地勢西北高東南低，西北部為龍門山脈中段，中部為成都平原東北部，東南部為盆中丘陵，距省會成都58公里。地處東經103°45′-105°15′北緯30°31′-31°42′之間。屬中緯度亞熱帶季風濕潤氣候，季風氣候明顯，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，日照較少，夏無酷暑，冬少嚴寒。年平均氣溫16.6～17.9℃，極端最高氣溫36.5℃，極端最低氣溫-4.5℃。年降水量882.0～1024.1mm，年日照時數891.8～1218.7小時，年平均相對濕度81%，平均濕度月最高85%，平均濕度月最小75%。長年主導風向為東北風，年平均風速1.6m/s。

1.2實驗數據及點位使用數據

為德陽市東山公園、西小區、檢察院、耐火材料廠4個空氣質量自動監測點監測值。監測設備全部為點式設備，PM10、PM2.5監測使用β射線法顆粒物監測儀，PM2.5采樣系統中配置動態濕度控制系統(DHS)，量程為0~10mg/m3，最低檢出限為1μg/m3。

2結果與討論

2.1首要污染物變化特征

2014年按照《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）對SO2、NO2、PM10、CO、O3、PM2.5六個項目開展監測，使用空氣質量指數（AQI）替代原有的空氣污染指數（API）定量描述空氣質量狀況。以4個監測點的平均值計算德陽市區各污染物的空氣質量分指數（IAQI），從各項污染物的IAQI中選擇最大值確定為AQI，當AQI大于50時將IAQI最大的污染物確定為首要污染物。德陽市的主要污染特征為顆粒物和臭氧交替污染。每年冬季PM2.5污染較為突出，冬季首要污染物為PM2.5的比例較高。結合德陽市的氣候和地理位置進行分析。德陽市處于四川盆地成都平原的東北邊緣。夏季降水充沛，對空氣中的顆粒物有清洗作用，氣溫較高，空氣對流較強，化石燃料的燃燒廢氣、汽車尾氣等污染源產生的顆粒物不易累積，日照時間增長，在強烈的陽光紫外線照射下，污染源排入大氣的揮發性有機物（VOCS）和氮氧化物（NOX）等一次污染物發生復雜光化學反應，生成臭氧等二次污染物。對比近三年的總體變化特征，顆粒物污染的突出性略有下降，PM2.5為首要污染物的天數2014年共182天，2015年138天，2016年132天，下降較明顯。PM10為2014年共44天，2015年61天，2016年64天。臭氧污染的突出性明顯上升，臭氧為首要污染物2014年共56天，2015年100天，2016年108天。NO2為首要污染物的天數明顯下降，2014年共9天，2015年1天，2016年0天，SO2和CO未出現為首要污染物。

2.2顆粒物和臭氧的濃度變化

以4個監測點的平均值計算全市的日均濃度值，顆粒物濃度變化如圖1所示。由圖1可以看出，PM10和PM2.5濃度變化基本一致，1-4月和11-12月間濃度相對較高。2-3月PM10濃度變化較大，全年最高值為3月5日301μg/m3，超標1.0倍，PM10/PM2.5比值為3.1。冬季氣溫偏低空氣濕度較大且流動性較弱，污染物易累積，PM2.5全年最高值為12月9日178μg/m3，超標1.4倍，PM10/PM2.5比值為1.5。4個監測點2016年PM10年均值分別為：東山公園87μg/m3，西小區87μg/m3，檢察院83μg/m3，耐火材料廠97μg/m3，耐火材料廠點位濃度較高，其他3個點位相差不大。PM2.5年均值分別為：東山公園41μg/m3，西小區52μg/m3，檢察院55μg/m3，耐火材料廠64μg/m3，東山公園最低，比西小區點位低21%。東山公園點位位于德陽市區東北角，位于東山娛樂城最高點，緊鄰東湖山公園，東湖山公園是集山水園林為一體的生態公園，PM2.5較低可能是由于點位周邊森林覆蓋率較高，汪永英[2]等研究森林對PM2.5有一定的凈化作用。如圖3所示，臭氧8小時濃度波動特征與顆粒物相反，5-9月濃度相對較高。夏季受青藏高壓和副熱帶高壓影響，6-8月易出現晴熱高溫天氣，紫外線照射強烈，臭氧全年最高值為6月7日239μg/m3，超標0.5倍。

2.3PM10和PM2.5的濃度關系

分別選取2016年中PM10為首要污染物和PM2.5為首要污染物兩種監測結果時的日均濃度，分析PM10和PM2.5濃度值的相關性，用SPSS數據分析軟件計算兩者的相關性。當首要污染物為PM2.5時，PM10和PM2.5的相關系數為0.96，線性回歸方程斜率為0.67。當首要污染物為PM10時，兩者的相關系數為0.89，斜率為0.28，兩者存在顯著的線性關系且有較強的同向相關性，其中由于沙塵輸入型污染對PM10影響較大，PM10為首要污染物時兩者的相關系數較低。2016年PM2.5/PM10的日均濃度比值范圍在0.26-0.82之間。李衛軍[3]等的研究測得北京2006年PM2.5/PM10比值范圍為0.45-0.60，黃酈鳴等的實驗測得南京2001年比值范圍為0.54-0.86，說明北方城市PM10對空氣污染的影響較大，南方城市的細顆粒物占比更高，德陽市的比例范圍較寬，原因可能是春秋季受北方的沙塵影響較明顯，冬季由于空氣濕度較大，空氣流動性較弱，細顆粒物易形成累積。由于顆粒物越小危害越大，PM2.5占PM10的比例越高，對環境潛在的污染可能就越大，冬季污染物對環境和人體健康的危害更高。

2.4污染物濃度與氣象參數相關性

使用SPSS19.0計算相關系數。計算2017年1月1日-31日污染物濃度與氣象參數的相關性。顆粒物與能見度、風速均呈負相關關系，與氣溫、濕度的相關性較弱。可能冬季風速變化較小，對顆粒物累積及擴散的影響較小。能見度能夠反映空氣中顆粒物的消光特性，與顆粒物的濃度變化呈現相反的特征。由于四川盆地地形原因和城市熱島效應市區常出現逆溫層，對逆溫層的探測目前主要靠激光雷達。重污染期間激光雷達探測大氣邊界層最低達到約400m，大氣邊界層內空氣運動受地表面的熱力和動力作用影響較大，邊界層的下降會影響顆粒物在垂直方向的擴散能力。

2.5臭氧及NO2濃度值的變化關系

NO2為首要污染物天數逐年減少，NO2年均濃度逐年下降，2014年、2015年、2016年年均濃度分別為35μg/m3、30μg/m3、26μg/m3，臭氧超標天數逐年上升，臭氧污染逐漸凸顯。臭氧在一天當中的變化曲線一般為單峰污染，表3冬季相關性計算結果中，臭氧與氣溫為正相關關系，城區一天當中的最高溫度一般在15時左右，臭氧濃度變化相對氣溫變化存在滯后性。目前的研究表明，臭氧污染的前體物為NO2和VOCS。2016年6月臭氧超標率為43%。用SPSS軟件計算2016年6月臭氧小時平均濃度與NO2小時平均濃度的相關系數為-0.475，在0.01水平（雙側）上顯著相關。

3結論

（1）在目前已開展的六個污染物監測項目中顆粒物和臭氧污染較為突出。從時間分布上看，冬、夏兩季空氣質量較差，冬季PM2.5污染較突出，夏季臭氧污染較突出，春、秋季三種污染物均有出現污染，PM2.5和PM10日均濃度變化較大，沙塵天氣對PM10影響較大。臭氧污染天數有逐年增加的趨勢。

（2）從空間分布看，城區4個監測點顆粒物濃度變化趨勢基本一致，4個監測點PM2.5/PM10比值變化曲線較一致，東山公園點位因周邊森林對PM2.5有一定凈化作用，年均濃度較低。以城市均值進行PM2.5和PM10的相關性計算，PM2.5/PM10比值范圍較寬，首要污染物為PM10時相關系數為0.893，首要污染物為PM2.5時相關系數為0.963，相關性較強。

（3）沙塵天氣中德陽市與周邊城市PM10濃度變化趨勢一致，說明德陽市處于沙塵輸送路徑中。對比4個城市的PM10日均濃度值，北方沙塵在傳輸過程中對城市空氣質量的影響逐漸減弱。

（4）冬季出現霧霾頻率較高，從1月和6月污染物和氣象參數的相關性計算來看，顆粒物和臭氧濃度變化與氣象參數變化的相關性較強。

參考文獻

[1]王淑蘭,柴發合,張遠航等.成都市大氣顆粒物污染特征及其來源分析[J].地理科學,2004,24(4):488-492.

[2]汪永英,孫琪,李昭,韓冬薈,孟琳,郭敏,段文標等.典型天氣條件下哈爾濱城市森林不同林型對PM2.5的調控作用研究[J].安徽農業科學,2016,(5):175-179.

[3]李衛軍,邵龍義,李金娟,楊書申等.北京市大氣中PM10和PM2.5的污染水平特征研究[J].環境與可持續發展,2006,(2):18-20.

作者：高韋韋；肖勇，傅德瑜；楊凈 單位：德陽市環境監測中心站