泰州市冬季空氣質(zhì)量變化特征

吳瑩,陳誠，王磊，程瀅，朱希希

(1.泰州市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 泰州 225300；2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210036)

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泰州市冬季空氣質(zhì)量變化特征

吳瑩1,陳誠2，王磊1，程瀅1，朱希希1

(1.泰州市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 泰州 225300；2.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210036)

為了解泰州市冬季空氣質(zhì)量變化特征，于2013年12月27日—2014年1月7日對NO2，SO2，O3，CO，PM10和PM2.5進行了監(jiān)測，結(jié)合地面氣象資料和HYSPLIT軌跡模式分析了污染物的來源與傳輸過程。結(jié)果表明，觀測期間AQI優(yōu)良率僅為25%，PM10和PM2.5日均值超標率分別為58.3%，75.0%；有機碳是泰州市ρ(PM2.5)中最高的化學(xué)組分，其次是富鉀和元素碳。PM2.5主要來源為汽車尾氣、工業(yè)源、燃煤，分別占來源比例21.76%，16.52%，15.54%。局地污染源和不利氣象條件是造成大氣污染的主要原因。

空氣質(zhì)量； 可入肺顆粒物；源解析；冬季；泰州

2013年11—12月，我國中東部大部分地區(qū)(包括泰州在內(nèi))多次出現(xiàn)大范圍霧霾天氣，對公眾的生產(chǎn)和生活帶來了重要影響，霧霾和PM2.5成為公眾關(guān)注的焦點。以往關(guān)于城市空氣質(zhì)量變化特征的研究多集中于京津冀、長三角、珠三角等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)中的大型城市[1-3]，而在當前不斷發(fā)生嚴重區(qū)域大氣復(fù)合污染的情況下，對周邊中小城市進行大氣污染的研究和治理尤為重要。

泰州地處長江下游北岸、長江三角洲北翼，是上海都市圈的中心城市之一。近年來，隨著市政建設(shè)規(guī)模加大，汽車保有量急劇增加等諸多因素的影響，城市空氣質(zhì)量持續(xù)惡化?，F(xiàn)對泰州市冬季主要污染物濃度水平、細顆粒物的主要成分及可能來源等特征進行分析，以期為政府及有關(guān)部門控制泰州市大氣顆粒物污染,以及對長江三角洲區(qū)域性復(fù)合污染[4]控制策略提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 研究方法

1.1 資料來源

依據(jù)全國城市空氣質(zhì)量實時發(fā)布平臺的泰州市空氣質(zhì)量小時和日報數(shù)據(jù)，研究發(fā)布時間段為2013年12月27日—2014年1月7日共12 d。氣象資料由泰州市氣象局提供。

1.2 監(jiān)測地點和儀器

在線PM2.5源解析監(jiān)測地點設(shè)置在泰州市環(huán)境監(jiān)測中心站實驗室5樓平臺，其周圍主要是居民區(qū)，周邊無局地污染源。

監(jiān)測儀器為禾信儀器公司的單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀SPAMS 0515，時段為2014年1月3日—7日。

2 結(jié)果與分析

2.1 監(jiān)測期間空氣質(zhì)量狀況

依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定》(HJ 633-2012)。監(jiān)測時段內(nèi)空氣質(zhì)量狀況見表1。由表1可見，2013年12月27日—2014年1月7日，優(yōu)良天數(shù)僅3 d，輕度污染3 d，中度污染4 d，重度污染2 d，表明監(jiān)測期間泰州市空氣質(zhì)量較差。

2.2 市區(qū)污染物濃度變化

圖1(a)(b)(c)(d)(e)為2014年元旦前后污染物濃度變化。(CO單位：mg/m3)

表1 監(jiān)測時段內(nèi)空氣質(zhì)量狀況①

① 2013-12-27首要污染物為PM10，其余時間為PM2.5。

圖1 污染物濃度變化

由圖1可見，觀測期間，NO2、SO2、O3、O3-8 h、PM10、PM2.5和CO日均值依次為(31.1±12.2)，(55.9±26.7)，(30.4±19.1)，(30.3±14.0)，(179±74.9)，(117±60.1)μg/m3和(2.07±0.530)mg/m3，PM10和PM2.5日均值超標率分別為58.3%，75.0%[5]。SO2、NO2、CO變化趨勢基本一致，小時均值最大值都出現(xiàn)在1月2日，依次為140，59 μg/m3，3.949 mg/m3。而PM10、PM2.5小時均值最大值在1月3日出現(xiàn)，分別為406，306 μg/m3。

研究表明[6-8]，空氣處于靜風狀態(tài)且濕度大時，大氣污染物無法擴散并有積聚效應(yīng)，極易導(dǎo)致PM2.5等污染物濃度增高。泰州市氣象臺提供的氣象資料顯示，監(jiān)測期間，近地層多以逆溫為主，大氣層結(jié)較穩(wěn)定，不利于污染物擴散。除此之外，機動車尾氣、建筑施工揚塵、工業(yè)廢氣在大氣中逐漸積累，加劇了空氣質(zhì)量惡化。1月4日開始，受冷空氣和降水影響，污染物濃度開始降低。觀測期間，O3小時均值最大值達到 88 μg/m3，出現(xiàn)在1月2日；低值出現(xiàn)在4—7日。1月2日為晴天； 4—7日多為陰雨天氣，風速較大。

相關(guān)研究指出，晴天高溫，白天太陽輻射強，有利于O3的累積，而且晴天O3濃度的變化幅度要比陰雨天大得多[9]。這與觀測的O3濃度日變化特征一致，進一步說明了O3日變化規(guī)律的普遍性。

2.3 大氣中細顆粒物源解析

泰州市大氣顆粒物中的主要化學(xué)成分包括有機碳、元素碳、富鉀、富硅酸鹽、重金屬、高分子有機物等，這和Chan等[10]用受體模型進行PM2.5源解析研究得出的結(jié)論一致。其中，有機碳是泰州市PM2.5中質(zhì)量濃度最高的化學(xué)組分，其次是富鉀和元素碳，說明泰州市細顆粒物受機動車尾氣的影響較大。

監(jiān)測期間，泰州市PM2.5主要來源有汽車尾氣、工業(yè)源、燃煤、揚塵、生物質(zhì)燃燒、二次源、海鹽，分別占來源比例為21.76%，16.52%，15.54%，10.19%，10.12%，9.02%，0.69%，其他來源占16.16%。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，汽車尾氣是泰州市PM2.5的第一大來源。

對泰州市不同時段PM2.5來源分析表明，白天(06：00—18:00)PM2.5來源以機動車尾氣和工業(yè)源為主，汽車尾氣、工業(yè)源、燃煤、揚塵、生物質(zhì)燃燒、二次源和海鹽，分別占來源比例為26.00%，18.33%，12.04%，12.53%，8.02%，7.83%，0.71%，其他來源占14.54%。夜間(18:00—次日06:00)PM2.5主要來源為燃煤和汽車尾氣，汽車尾氣、工業(yè)源、燃煤、揚塵、生物質(zhì)燃燒、二次源和海鹽，分別占來源比例為18.13%，15.37%，20.03%，9.30%，10.54%，8.28%，0.44%，其他來源占17.91%。對比發(fā)現(xiàn)，夜間汽車尾氣、工業(yè)源和揚塵占來源比例均有不同程度的下降，與之相反，燃煤、生物質(zhì)燃燒及其他占來源比例都有所上升。這和人類活動密切相關(guān)，白天是人們活動、工業(yè)生產(chǎn)、建筑施工、交通運輸?shù)母叻迤冢瑱C動車尾氣等污染源排放較多，對PM2.5貢獻較大；而夜間燃煤成為PM2.5主要來源。

3 氣象因素對ρ(PM2.5)的影響

3.1ρ(PM2.5)與溫度、濕度的關(guān)系

ρ(PM2.5)與溫濕度的變化見圖2(a)(b)。

由圖2可見，監(jiān)測期間泰州市日均ρ(PM2.5)與最高氣溫表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，與最低氣溫存在一定的負相關(guān)性。日均ρ(PM2.5)與濕度基本呈現(xiàn)正相關(guān)性，這主要是因為，水汽是產(chǎn)生云的先決條件，在相對濕度較高的地方，出現(xiàn)云的機會較大，從而減少到達近地面的紫外輻射，使光化學(xué)反應(yīng)減弱。如果污染物排放量不變，污染物濃度將會增加。1月4日開始，受降水影響顯著，ρ(PM2.5)明顯下降。

圖2 ρ(PM2.5)與溫、濕度的變化

3.2 后向軌跡分析

以泰州(32.48°N，119.92°E)為參考點，利用美國海洋與大氣管理局(NOAA)空氣資源實驗室(ARL)提供的混合型單粒子拉格朗日綜合軌跡(HYSPLIT)模式，選取500，1 000和1 500 m這3個高度層，分別計算北京時間2013年12月27日—2014年1月7日08：00之后的后向軌跡，以追蹤抵達泰州的氣團過去24 h所經(jīng)過的地方，見圖3(a)(b)(c)。

圖3 泰州12月29日、1月4日、5日北京時間08:00 24 h后向軌跡

由圖3可見，2013年12月27日—2014年1月3日，泰州持續(xù)受到來自西北方向因污染氣團影響，日均ρ(PM2.5)由54 μg/m3迅速增至 217 μg/m3，連續(xù)出現(xiàn)2 d重度污染；4日地面風向轉(zhuǎn)為有利于污染物擴散的北風和東北風，低空氣流來源于較為潔凈的海洋，隨之出現(xiàn)的降水對污染物進行了有效的清除，日均ρ(PM2.5)降至87 μg/m3；5日風向轉(zhuǎn)為西北偏西方向，氣團途經(jīng)污染同樣嚴重的河南和安徽等地，使得污染程度再次升高，細顆粒物日均濃度超過國家二級標準，達到111 μg/m3；6日冷鋒過境，出現(xiàn)大幅度降溫和降水，污染過程結(jié)束。

4 結(jié)論

(1)觀測期間,AQI優(yōu)良率僅為25%,NO2，SO2，O3，PM10，PM2.5和CO，日均值依次為 31.1，55.9，30.4，179和117 μg/m3和2.07 mg/m3。PM10和PM2.5日均值超標率分別為58.3%，75.0%；

(2)泰州市大氣細顆粒物主要化學(xué)成分包括有機碳、元素碳、富鉀、富硅酸鹽、重金屬、高分子有機物等。有機碳是泰州市ρ(PM2.5)中最高的化學(xué)組分，其次是富鉀和元素碳。細顆粒物主要來源為汽車尾氣、工業(yè)源、燃煤，分別占來源比例 21.76%，16.52%，15.54%。泰州市細顆粒物受機動車尾氣影響較大；白天PM2.5主要來源為工業(yè)源和機動車尾氣，而夜間燃煤為PM2.5主要來源；

(3)氣象條件對大氣環(huán)境質(zhì)量影響顯著，泰州市PM2.5日均值與最高氣溫、濕度基本呈現(xiàn)正相關(guān)性，與最低氣溫存在一定的負相關(guān)性。

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Variation Characteristics of the Air Quality in Taizhou during Winter

WU Ying1, CHEN Chen2, WANG Lei1, CHEN Ying1, ZHU Xi-xi1

(1.TaizhouEnvironmentalMonitoringCenter,Taizhou,Jiangsu225300,China; 2.JiangsuEnvironmentalMonitoringCenter,Nanjing,Jiangsu210036,China)

The characteristics of air quality in Taizhou were analyzed based on the data of NO2、SO2、O3、CO、PM10and PM2.5observed during Dec.27, 2013 and Jan.7, 2014. The source and transmission process of pollutants were researched according to the meteorological data and the HYSPLIT trajectory model. The results showed that during the observation period the excellent and good rate of AQI was only 25%, and the over-standard rate of daily average PM10and PM2.5concentrations were 58.3% and 75.0%, respectively. According to the monitoring data, the highest chemical composition of PM2.5was organic carbon in Taizhou, followed by rich potassium and elemental carbon. The main pollutant sources of PM2.5were automobile exhaust, industrial sources, and coal, which accounted for 21.76%, 16.52%, and 15.54%, respectively. It was concluded that local sources of pollution and adverse weather conditions were the main causes of the air pollution in Taizhou.

Air quality; PM2.5; Source apportionment; Winter; Taizhou

2015-03-25；

2015-05-25

吳瑩(1987—)，女，工程師，碩士，主要從事大氣物理學(xué)與大氣環(huán)境研究。

X830

B

1674-6732(2015)06-0047-04