萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5污染特征分析

吳麗芳 游志華 何 丹 徐寶平朱劍玲 左 珠 陳小蘭

(1.江西省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江西 南昌 330077；2.恒天(江西)紡織設(shè)計院有限公司，江西 南昌 330096)

0 前言

大氣顆粒物是大氣環(huán)境中化學(xué)組成最復(fù)雜、危害最大的污染物，現(xiàn)已成為影響大氣環(huán)境質(zhì)量和人體健康的主要危害因素之一[1-2]。有關(guān)顆粒物污染特征的研究表明，冬季較夏季污染嚴(yán)重，采暖期比非采暖期污染更為嚴(yán)重[3-4]，但不同地區(qū)不同粒徑的顆粒物略有不同。顆粒物PM10尤其是PM2.5可損害呼吸系統(tǒng)，破壞免疫系統(tǒng)，可能導(dǎo)致人們罹患心血管、呼吸道疾病及其他疾病，諸如咽喉炎、肺氣腫、哮喘、鼻炎、支氣管炎等炎癥，以及肺癌等，從而增加死亡率。顆粒物因為會對人體健康產(chǎn)生直接的負(fù)面影響而受到高度重視[5]。

國內(nèi)PM10和PM2.5研究表明，城市PM10和PM2.5污染有相對加劇的趨勢[6]，對萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5的污染狀況以及變化規(guī)律的研究還很少，因此在萍鄉(xiāng)市開展PM10和PM2.5的研究很有必要。

1 萍鄉(xiāng)PM10和PM2.5總體濃度水平

將萍鄉(xiāng)市2015年～2017年P(guān)M10和PM2.5濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，得出近三年P(guān)M10和PM2.5總體濃度水平，詳見表1。

表1 萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

由表1可知，2015年～2017年，萍鄉(xiāng)市PM10年均濃度分別為91μg/m3、88μg/m3和86μg/m3，均超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)中二級標(biāo)準(zhǔn)(70μg/m3)限值要求；PM2.5年均濃度分別為60μg/m3、57μg/m3和52μg/m3，均超過GB3095-2012中二級標(biāo)準(zhǔn)(35μg/m3)限值要求。近三年，萍鄉(xiāng)市顆粒物濃度總體呈逐年下降趨勢，雖然萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5污染程度是逐年減輕的，但均超過GB3095-2012中二級標(biāo)準(zhǔn)限值要求，表明萍鄉(xiāng)市以顆粒物為環(huán)境空氣污染特征的環(huán)境問題普遍存在，大氣污染防治形勢較為嚴(yán)峻。

另外，根據(jù)萍鄉(xiāng)市環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析全年超標(biāo)天數(shù)及其首要污染物，2017年萍鄉(xiāng)市空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比例分別為79.7%，超標(biāo)天數(shù)共74天，其中首要污染物主要以PM2.5為主，PM2.5作為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)有共67天，占總超標(biāo)天數(shù)的90.5%；PM10為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)占超標(biāo)天數(shù)的1.4%。說明萍鄉(xiāng)市呈現(xiàn)以細(xì)顆粒物為主的復(fù)合型大氣污染，PM2.5對萍鄉(xiāng)市大氣污染的影響最大。

2 PM10和PM2.5質(zhì)量濃度分布特征分析

2.1 污染物時間分布特征

通過相關(guān)的研究表明，大氣中的污染物在不同時間段內(nèi)有很大的差別存在[6]，這里根據(jù)大氣中的主要污染物在各個月份、季節(jié)、小時的PM10和PM2.5質(zhì)量濃度值的變化趨勢進(jìn)行分析。

2.1.1 PM10和PM2.5濃度季節(jié)變化特征

將監(jiān)測時間劃分為春季(2017年2月～2017年4月)、夏季(2017年5月～7月)、秋季(2017年8月～10月)、冬季(2017年11月～2018年1月)，分析PM10和PM2.5等大氣污染物的季節(jié)變化特征。

2017年萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5濃度的季節(jié)變化趨勢見圖2，由圖可知，PM10和PM2.5兩者濃度隨時間有相似的變化趨勢，濃度總體來說呈現(xiàn)冬季高、夏季低的趨勢，四季PM10和PM2.5的濃度值從大到小的變化依次為：冬季、春季、秋季和夏季，其中冬季污染最重，PM10和PM2.5平均濃度分別為119μg/m3和80μg/m3，其次是春季，秋季的污染水平略高于夏季，夏季污染最輕，夏季PM10和PM2.5平均濃度分別為60μg/m3和32μg/m3。冬季PM10濃度值分別是春季、秋季和夏季PM10濃度的1.37倍、1.86倍和2.08倍；冬季PM2.5濃度值分別是春季、秋季和夏季PM2.5濃度的1.49倍、2.43倍和2.66倍。

萍鄉(xiāng)市氣象條件和顆粒物污染源決定了質(zhì)量濃度隨季節(jié)變化的規(guī)律。2017年萍鄉(xiāng)市冬季氣溫相對較低(12月份萍鄉(xiāng)市平均溫度8.6℃)，風(fēng)速小，受強冷高壓脊影響[7，8]，冷空氣活動頻繁，逆溫天氣發(fā)生的頻率高且持續(xù)時間長，不利于污染物擴(kuò)散，同時冬季降水稀少(萍鄉(xiāng)市12月份降水量共53.2mm)，對PM10和PM2.5基本無沖刷作用，氣象條件不利于顆粒物擴(kuò)散和沉降，受極端不利氣象條件的影響，加上北方燃煤供暖造成的區(qū)域輸送增加了額外的污染源，導(dǎo)致PM10和PM2.5冬季污染最嚴(yán)重；夏季炎熱多雨，氣溫較高時，大氣對流作用加劇，利于顆粒物的稀釋和擴(kuò)散，降雨又利于顆粒物的濕沉降，因而夏季PM10和PM2.5質(zhì)量濃度最低。

圖2 萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5濃度季節(jié)變化特征

2.1.2 PM10和PM2.5濃度月變化特征

根據(jù)2017年萍鄉(xiāng)市環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5濃度月度變化特征，PM10和PM2.5濃度的月變化見圖3，從圖中可以看出PM10和PM2.5濃度值隨著月份有相似的變化趨勢，當(dāng)PM10濃度變大時，PM2.5質(zhì)量濃度基本上也隨之變高，PM10和PM2.5的平均濃度月變化均呈現(xiàn)出“U”型。

2017年1月份PM10和PM2.5質(zhì)量濃度最大，PM10和PM2.5平均濃度分別為137μg/m3和100μg/m3，分別為年平均濃度值的1.63倍和1.96倍。2～5月份隨著氣溫回暖，逆溫的時間變短，且春天梅雨季節(jié)，顆粒物濃度直線下降。到6月份PM10和PM2.5濃度降至全年最低的水平，基本與7、8月份的濃度水平持平，6月份是萍鄉(xiāng)市2017年全年降雨次數(shù)最多、降雨量最大的一個月(共計22d有降雨，降雨量達(dá)540.8mm)，降雨可以有效地去除空氣中的顆粒物；而7月、8月夏季太陽輻射強烈，地表溫度較高(萍鄉(xiāng)市7月份～8月份平均溫度達(dá)約30℃)，空氣對流與湍流強，風(fēng)速較大(萍鄉(xiāng)市8月份平均風(fēng)速為1.84m/s)，不容易形成逆溫天氣，可以促使PM10和PM2.5得到有效擴(kuò)散，故6、7、8 月份PM10和PM2.5均達(dá)到全年最低水平；9月份，PM10和PM2.5濃度均略有升高；10月到12月份隨著氣溫下降，逆溫天氣發(fā)生的頻率高且持續(xù)時間長，不利于污染物擴(kuò)散，同時冬季降水稀少(萍鄉(xiāng)市12月份降水量共53.2mm)，加上11、12、1月份北方進(jìn)入供暖期，區(qū)域輸送增加了額外的污染源，PM10和PM2.5濃度迅速升高。

圖3 萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5濃度月變化圖

2.1.3 PM10和PM2.5濃度小時變化特征

根據(jù)2017年萍鄉(xiāng)市環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5濃度小時變化特征。PM10和PM2.5濃度小時變化特征見圖4，從圖中可以看出PM10和PM2.5濃度小時變化隨時間有相似的變化趨勢。

PM10和PM2.5濃度在早上9點左右出現(xiàn)一個峰值，然后回落，一天中最低濃度值出現(xiàn)在16點左右，晚間PM10和PM2.5數(shù)值再次開始上升到高點，夜間到22時左右回落。經(jīng)分析PM10和PM2.5小時濃度這種變化趨勢可能因為上下班高峰期汽車尾氣和揚塵貢獻(xiàn)了較大的PM10和PM2.5，導(dǎo)致第一個峰的出現(xiàn)，并使污染物濃度在17點以后爬升，傍晚以后，湍流活動減弱，大氣活動趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定的氣層使白天排放的顆粒物聚集在大氣之中，不易擴(kuò)散[8-9]，因而PM10和PM2.5濃度在晚間繼續(xù)上升，晚上22點后，人為活動減少，PM10和PM2.5濃度漸漸回落。

圖4 萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5濃度小時變化圖

2.2 PM10和PM2.5空間分布特征

(1)監(jiān)測點位概況

萍鄉(xiāng)市共有環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站點5個，分別為安源區(qū)政府、市環(huán)保局、市政府車庫、武功山和中醫(yī)院，其中武功山為監(jiān)測背景點，且不在城市建成區(qū)范圍內(nèi)。本文以安源區(qū)政府、市環(huán)保局、市政府車庫、和中醫(yī)院等監(jiān)測站點評價，分別對2015年至2017年四個監(jiān)測站點PM10和PM2.5濃度值進(jìn)行統(tǒng)計，分析萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5濃度的空間變化特征，監(jiān)測站點概況見表2，萍鄉(xiāng)市城市建成區(qū)環(huán)境空氣監(jiān)測點站的具體位置如圖5所示。

圖5 萍鄉(xiāng)市環(huán)境空氣監(jiān)測點站位示意圖

序號監(jiān)測站點地理位置監(jiān)測站點概況1中醫(yī)院萍鄉(xiāng)市安源區(qū)楚萍路,供電局院內(nèi)。該點位緊臨車流量較大的楚萍西路,該點位南側(cè)、北側(cè)為住宅生活區(qū),東側(cè)臨近街道,西側(cè)為建筑物,站點四周均為居民樓和商業(yè)辦公樓,為商業(yè)交通居民混合區(qū)。在北、東北風(fēng)氣象條件下易受城北工業(yè)區(qū)廢氣和當(dāng)?shù)夭惋嫃U氣影響。2市環(huán)保局萍鄉(xiāng)市安源區(qū)建設(shè)東路萍鄉(xiāng)市環(huán)境保護(hù)局院內(nèi)。該點位緊臨車流量大的建設(shè)東路,東側(cè)、南側(cè)建筑,北側(cè)為植被,東北側(cè)、西南側(cè)為建筑物,附近區(qū)域為商業(yè)交通居民混合區(qū)。該站點易受交通尾氣排放影響。3市政府車庫萍鄉(xiāng)市安源區(qū)府前路原萍鄉(xiāng)市人民政府內(nèi)。該點位緊臨車流量較大的迎賓路,點位南側(cè)臨近街道、北側(cè)為建筑工地(目前正在施工),東側(cè)為住宅區(qū),西側(cè)臨近街道,為商業(yè)交通居民混合區(qū)。該站點易受施工揚塵、交通尾氣排放和當(dāng)?shù)夭惋嫃U氣影響。4安源區(qū)政府萍鄉(xiāng)市安源區(qū)政府人大辦公樓該點位位于主干道路(萍安中大道)附近,萍安中大道為城郊結(jié)合部的交通要道,日均車流量較大,達(dá)10000輛以上。點位東側(cè)、南側(cè)為世紀(jì)廣場,北側(cè)為植被,東北側(cè)、西南側(cè)為建筑物。該站點易受城東、城南工業(yè)區(qū)廢氣和交通尾氣排放影響。

(2)PM10和PM2.5年均濃度空間分布特征分析

2015年～2017年萍鄉(xiāng)市主要大氣污染物PM10和PM2.5年均濃度空間分布見圖6和圖7。

圖6 萍鄉(xiāng)市PM10年均濃度空間分布圖

圖7 萍鄉(xiāng)市PM2.5年均濃度空間分布圖

圖6和圖7表明，四個環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站點PM10和PM2.5年均濃度具有相似的空間分布特征，變化規(guī)律基本一致。由圖可知，2015年中醫(yī)院站點PM10和PM2.5年均濃度最高，分別為94μg/m3和66μg/m3，2017年市環(huán)保局站點PM10和PM2.5年均濃度最低，濃度值分別為80μg/m3和50μg/m3。從近三年年均濃度整體來看，市政府車庫和中醫(yī)院兩個監(jiān)測站點相比均處于同一水平，不相上下。PM10和PM2.5濃度空間分布由高到低依次為市政府車庫≈中醫(yī)院>安源區(qū)政府>市環(huán)保局。

由各監(jiān)測點概況可知，市政府車庫、中醫(yī)院、安源區(qū)政府、市環(huán)保局四個監(jiān)測點位均臨近車流量大的道路，均易受道路揚塵、交通尾氣排放影響；從萍鄉(xiāng)市工業(yè)污染源分布情況可知，萍鄉(xiāng)市北面為萍鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，東面和南面為萍鄉(xiāng)安源工業(yè)園區(qū)，均分布有較多工業(yè)企業(yè)，尤其是位于東面的萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司，為萍鄉(xiāng)市工業(yè)污染源中排放量最大企業(yè)，距離城區(qū)較近，距離最近的市環(huán)保局監(jiān)測點位僅約2.5km。四個監(jiān)測點位均受道路揚塵、交通尾氣排放和工業(yè)排放影響，是顆粒物主要污染源，故萍鄉(xiāng)市各監(jiān)測站點整體PM10和PM2.5濃度均很高，2017年萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5濃度均高于全省顆粒物平均濃度(全省PM10和PM2.5濃度分別為72.6μg/m3和46μg/m3)。

市政府車庫監(jiān)測站點北側(cè)為建筑工地，建筑施工揚塵是該站點主要的顆粒物來源，且周邊分布較多餐飲類商業(yè)，該站點易受施工揚塵和當(dāng)?shù)夭惋嫃U氣影響；中醫(yī)院監(jiān)測站點北面為萍鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，分布有較多工業(yè)企業(yè)，且周邊分布較多餐飲類商業(yè)，該站點易受工業(yè)區(qū)廢氣和當(dāng)?shù)夭惋嫃U氣影響。因此，整體來看，市政府車庫和中醫(yī)院兩個監(jiān)測站點PM10和PM2.5年均濃度更高。

3 結(jié)論

本文利用萍鄉(xiāng)市近三年P(guān)M10和PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)對PM10和PM2.5質(zhì)量濃度變化特征進(jìn)行定性分析、定量計算，分析萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5大氣污染物空間和時間分布特征，旨在拋磚引玉，以期提高人們對萍鄉(xiāng)市PM10和PM2.5污染特點、影響因素的認(rèn)識，可為城市大氣污染治理與防治等工作提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支持。