2013年蘇州春季一次重污染天氣的過程分析

丁 銘，鄒 強，郁建橋

1．江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210036

2．蘇州市環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 蘇州 215004

蘇州是我國工業(yè)經濟非常發(fā)達的二線城市，地處北亞熱帶地區(qū)，受北方季風影響，在冬末春初易出現重污染天氣。2013年3月，在江蘇范圍內出現一次重污染天氣，其中，蘇州連續(xù)2 d(3月8—9日)空氣質量達到中度污染水平，PM10最高達 548 μg/m3( 小時平均質量濃度)，PM2．5達197 μg/m3，嚴重影響人們的身體健康。因此，研究該次污染天氣形成的主要原因，對于蘇州市春季重污染天氣的監(jiān)控與防治具有重要意義［1-2］。

近年來，國內外學者對大氣氣溶膠進行了廣泛而深入的研究，Seinfeld等［3］研究美國大氣灰霾天氣減少趨勢與本地硫排放的關系;Kang等［4］分析了韓國首爾市霾天氣與酸性氣體污染物特征;Chan等［5］研究了北京、上海、廣州、深圳和香港大氣污染狀況;張予燕等［6］研究了南京市大氣細顆粒物中水溶性組分。目前，大氣氣溶膠污染研究的對象主要集中在美國、韓國等發(fā)達國家或國內一線大城市，采用的方法多為傳統(tǒng)的濾膜法采樣技術［7-12］。

該文采用較為先進的實時分析監(jiān)測系統(tǒng)，在線觀測大氣氣溶膠主要可溶性離子組分的小時濃度值，研究污染物化學轉化過程，分析外來浮塵高空降落對蘇州污染天氣的影響，旨在為我國大氣污染問題研究提供參考。

1 數據來源

所采用的數據來自2013年春季(3月)大氣自動監(jiān)測站，監(jiān)測項目為 SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2．5小時質量濃度;蘇州南門灰霾監(jiān)測站在線氣體組分及氣溶膠監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測項目為PM中等8種水溶性離子濃度。

2 結果與討論

2.1 污染物變化情況

2013年3月蘇州市6種污染物日變化情況見圖1。從圖1可以看出，在非污染期3月12—31日，6種污染物的濃度變化平緩，3月8—9日出現一次明顯污染過程，PM10日均質量濃度最高達246 μg/m3，根據《環(huán)境空氣質量指數(AQI)技術規(guī)范》(HJ 633—2012)評價，AQI=190，為中度污染。

圖1 3月蘇州市6種污染物日變化情況

PM10與 PM2．5隨時間變化情況見圖2，PM10小時濃度在9日夜間出現明顯攀升現象。從圖3可見，9 日18:00 至 10 日 12:00，PM2．5/PM10經過了一次由降至升的變化過程，其中10日凌晨6:00左右比值最低(為15．3%)，說明大氣中粗顆粒物已明顯高于細顆粒物。根據相關文獻推測［10-12］，可能是由外來浮塵影響所致。

圖2 PM2．5與 PM10隨時間變化情況

圖3 PM2．5/PM10隨時間變化情況

3月9—10日江蘇省內連云港等5個城市PM10濃度變化見圖4。此次污染過程是一次自北向南的污染過程。9日傍晚前后蘇北連云港與鹽城PM10小時平均濃度出現異常攀升，夜間21:00質量濃度最高(為751 μg/m3)，2 h后南京、南通和蘇州可吸入顆粒物(PM10)質量濃度出現明顯上升，最高達 590 μg/m3，之后大幅下降，10 日12:00已基本降至100 μg/m3以下。

圖4 3月9—11日連云港、鹽城、蘇州、南京和南通PM10小時質量濃度變化情況

2.2 來源分析

利用HYSPLIT后向軌跡模型(Hybird Single-Particle LagrangianIntegrted Trajectory)［13］對蘇州地區(qū)3月9日20:00大氣運動進行分析，蘇州市100、500、1 000 m高度氣團均來自于華北北部與蒙古中西部，主要路徑為自蒙古、京津冀、山東、沿海到達蘇州，與在江蘇省內沿海城市PM10小時質量濃度變化規(guī)律基本一致，見圖5。

圖5 3月9日20:00氣團后向軌跡示意

激光雷達消光系數和退偏系數分別見圖6、圖7。3月8日上午12:00，2 km以上退偏系數已經較高，說明有浮塵已到達蘇州市上空，9日23:00地面消光系數增強，其中2 km高空的消光系數最為明顯，判斷為外來浮塵由高空降落到地面所致。

圖6 激光雷達消光系數

圖7 激光雷達退偏系數

根據日本九州大學通過 CFORS模型(Chemical weather FORecasting System)化學天氣預報數值模式運算結果［14］，對此次沙塵輸送模式預測結果與地面監(jiān)測情況基本吻合。離子分析結果見圖8。

圖8 離子分析結果

從圖8可見，在污染時段前，由于外來浮塵氣團的推動，導致顆粒物濃度增加，加之本地污染源的排放，促進二次氣溶膠的形成，因此和濃度已急劇增加，其中質量濃度增長較為明顯，最高達32．9 μg/m3，是非污染時段監(jiān)測質量濃度的6倍左右。

浮塵進入時，表現為 K+、Ca2+、Mg2+濃度急劇上升，最高質量濃度分別達 2．472、1．796、0.333 μg/m3，是非污染時段監(jiān)測質量濃度的1．5倍左右;此次污染過程，Na+與Cl－濃度也在污染前后分別出現了一次峰值，可能是由于污染路徑是由沿海到達蘇州所致。

圖9 3月離子濃度占比情況

3 結論

2013年3月8—9日，蘇州市持續(xù)2 d的中度污染天氣是一次外來浮塵和本地源排放共同影響而導致的污染過程。PM10與PM2．5小時濃度在污染過程中有明顯增加現象，其中PM10濃度增加更為明顯，PM2．5/PM10經過一次由降至升變化過程，變化幅度為15．4% ～80．6%。

由于外來浮塵氣團的推動，導致顆粒物濃度增加，加之本地污染源的排放，促進二次氣溶膠的形成，是本次污染持續(xù)的重要因素之一。

此次浮塵經過的主要路徑為自蒙古、京津冀、山東、江蘇沿海(連云港、鹽城、南通)到達蘇州。冬末春初(3月)北方浮塵天氣對江蘇地區(qū)造成影響，不僅是蘇北地區(qū)，蘇南和沿海城市也會出現持續(xù)污染。

在北方沙塵頻發(fā)的季節(jié)，建議做好環(huán)境質量管理與防護措施:加強空氣質量監(jiān)測，密切關注沙塵污染發(fā)生動態(tài);建立有效的沙塵天氣監(jiān)測預警系統(tǒng)，強化對關鍵區(qū)域沙塵天氣預警預報與綜合防治研究，同時聯(lián)合周邊區(qū)域建立有效的區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控機制;應采取嚴厲措施限制機動車尾氣排放和工業(yè)氣體排放，對建筑工地加強揚塵，浮塵等管理，減少本地污染源排放，以降低外來浮塵與本地污染物混合所造成的二次污染。

［1］金琴芳，鄭怡．淺談PM2．5的防治對策建議［J］．污染防治技術，2013，26(3):88-90．

［2］鄭永杰，劉佳，田景芝，等．齊齊哈爾市春季大氣中PM2．5的污染特征分析［J］．中國環(huán)境監(jiān)測，2014，30(4):76-81．

［3］Seinfeld J． PandisS． Atmospheric chemistry and physics:From air pollution to climate change［M］．New York:John Wiley，2006．

［4］杜歡歡，成天濤．上海大氣氣溶膠化學特征及其對灰霾形成影響［D］．上海:復旦大學，2011．

［5］Chan C，Yao X．Air pollution in mega cities in China［J］．Atmospheric Environment，2008，42(1):1-42．

［6］張予燕，任蘭，孫娟，等．南京大氣細顆粒物中水溶性組分的污染特征［J］．中國環(huán)境監(jiān)測，2013，29(4):25-27．

［7］袁超．香港PM2．5水溶性離子的在線監(jiān)測儀器評估及理化特征分析［D］．山東:山東大學，2012．

［8］唐孝炎，張遠航，邵敏．大氣環(huán)境化學．2版．北京:高等教育出版社，2006．

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［10］李曉紅，程慧波，王莉娜．蘭州市大氣顆粒物污染特征分析［J］．中國環(huán)境監(jiān)測，2014，30(3):43-46．

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［12］賈璇，陳建民．上海氣溶膠光學及其對應的顆粒物化學組成特征研究［D］．上海:復旦大學，2012．

［13］魏楨，李健軍，王帥，等．用后向空氣軌跡方法對膠州灣主要大氣污染物分布的分析［J］．中國環(huán)境監(jiān)測，2013，29(1):58-63．

［14］國立環(huán)境研究所．東アジア域の黃砂·大気汚染物質分布予測．http://www-cfors．nies．go．jp/～ cforl/．2013-03-09/2013-03-10．