遼寧省PM2.5時空分布特征分析

楊雨尤 王建舜 王雪巖

摘要 為進一步治理和控制大氣污染，改善遼寧省大氣環(huán)境質(zhì)量，本研究利用2019年遼寧省14個地級市的實時觀測數(shù)據(jù)，分析PM2.5污染物的空間分布特征，并探討日變化、周變化和季節(jié)變化規(guī)律。結(jié)果表明：每日上下班時間段污染物濃度最高，且工作日濃度低于周末濃度，表現(xiàn)出明顯的“周末效應”;季節(jié)上呈明顯的冬季高、夏季低現(xiàn)象;以輕工業(yè)、旅游業(yè)為主的城市污染物濃度低于鋼鐵行業(yè)發(fā)達且降水量低的城市。

關鍵詞 PM2.5;遼寧省;時空分布

中圖分類號：X513 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）07–0121–02

近年來，伴隨著城市化和工業(yè)化進程的迅速發(fā)展，人民物質(zhì)文化不斷豐富，社會經(jīng)濟水平逐漸提高，隨之而來的大氣環(huán)境問題也日益嚴峻。大氣污染問題，特別是以大氣細顆粒物（PM2.5，即空氣動力直徑≤2.5 μm的顆粒）形式存在的污染物是我國面臨的嚴重污染問題之一，對人們的居住環(huán)境造成污染，嚴重威脅人們的身體健康[1]。有關研究表明，2015年，我國受PM2.5污染影響而導致死亡的人數(shù)高達110萬人。目前，國內(nèi)學者針對北京、上海、廣州、天津、成都、重慶等城市，以及長江三角洲、珠江三角洲等地區(qū)，圍繞大氣污染物的分布特征、演變規(guī)律及其影響因素等展開了廣泛研究，這些多針對某個單一城市或某一地區(qū)進行研究[2-3]。

遼寧省為我國東北典型的老工業(yè)省份，省會沈陽及周圍城市遼陽、鞍山、本溪及撫順均是工業(yè)密集地區(qū)，尚未從根本上解決大氣污染嚴重問題?；诖?，本研究利用遼寧省各地級市2019年每小時PM2.5污染物濃度數(shù)據(jù)，探討遼寧省顆粒物污染時空分布特征，旨在深入了解和掌握遼寧省大氣環(huán)境質(zhì)量狀況，為改善遼寧省大氣環(huán)境質(zhì)量提供科學依據(jù)。

1 各市空氣質(zhì)量分析

從污染物的空間分布上看，錦州和葫蘆島兩座城市的PM2.5濃度較高，其中錦州PM2.5濃度高達47.00 μg/m3，超出國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標準（35 μg/m3）;葫蘆島受石油化工、機械造船及燃煤鍋爐等影響，PM2.5濃度達46.71 μg/m3 [4]。沈陽市作為遼寧省省會及東北重要的老工業(yè)基地城市，雖工業(yè)和汽車尾氣排放較多，但沈陽更為注重污染的終端治理和及清潔生產(chǎn)，近年來也逐漸加強環(huán)境建設和加大環(huán)境保護力度，綠地覆蓋率較高，PM2.5濃度低于錦州和葫蘆島，濃度為42.91 μg/m3，但污染程度在遼寧省仍屬中等偏上水平。大連和丹東地理位置優(yōu)越，氣候宜人，鄰近海域，有利于污染物的運移和分散，而且這兩座城市輕工業(yè)、旅游業(yè)較為發(fā)達，相對于重工業(yè)發(fā)達的城市PM2.5濃度較低，僅分別為34.72 μg/m3、31.84 μg/m3。全省14個城市中有12個城市的PM2.5濃度高于國家年均環(huán)境空氣質(zhì)量二級標準。由此可見，遼寧省大多數(shù)城市受工業(yè)排放和燃煤排放影響較大氣污染嚴重，這也給人們生活帶來了極大的負面影響，身體健康難以得到保障。

2 PM2.5濃度變化趨勢及成因分析

2.1 PM2.5濃度日變化及成因

統(tǒng)計2019年每小時PM2.5濃度發(fā)現(xiàn)，觀測期間，遼寧省大部分城市PM2.5濃度日變化趨勢相同，呈現(xiàn)雙峰型，峰值分別出現(xiàn)在8：00～09：00和21：00～23：00，最大值可達59.32 μg/m3。這可能是因為早、晚高峰期出行人數(shù)較多，機動車、揚塵等直接排放的細小顆粒物導致PM2.5濃度偏高。71%的城市污染物最低值出現(xiàn)在15：00，這可能是因為此時間段室內(nèi)活動居多，污染物排放量少。葫蘆島在0上午8：00～09：00 PM2.5濃度變化趨勢尤為突出，與此時間段PM2.5濃度次高的錦州市相差5.59 μg/m3。與其他城市相比，大連PM2.5濃度變化幅度最小，15：00值最低，為30.16 μg/m3，最高值出現(xiàn)在13：00（37.36μg/m3）。丹東PM2.5的整體日變化趨勢雖與大部分城市相同，但濃度整體上遠遠低于其他城市。

2.2 PM2.5濃度周變化及成因

從遼寧省1周的變化趨勢來看，工作日期間，周三至周五PM2.5濃度在整周內(nèi)處于較低水平，均低于40.00 μg/m3，周三濃度最低，為36.87 μg/m3，其次是周四、周五，周一、周二濃度基本持平且明顯高于周三至周五時間段;周六和周日濃度最高，呈現(xiàn)明顯的“U”型分布特征。通過對比工作日與周末的污染物濃度發(fā)現(xiàn)，各個城市的周末污染物濃度均高于工作日，遼寧省整體PM2.5周末日平均濃度為42.65 μg/m3，明顯高于工作日的平均濃度值39.42 μg/m3。

盤錦周末效應最為明顯，差值為6.44 μg/m3，其次是葫蘆島，差值為5.92 μg/m3，朝陽和丹東差值最低，分別為0.71 μg/m3、0.73 μg/m3。

工作日和周末PM2.5的日變化特征明顯，除22：00和23：00外，其他時段污染物的濃度均呈現(xiàn)出周末高于工作日的現(xiàn)象，且周末污染物濃度的變化幅度小于工作日。工作日和周末均出現(xiàn)2次峰值，08：00～09：00和20：00-～21：00，谷值均出現(xiàn)在15：00。這主要是因為由于周末人們空余時間充足，居民活動變得活躍，私家車出行增多，過度的尾氣排放使大氣PM2.5濃度增加，導致大氣污染相對工作日更嚴重。

2.3 PM2.5濃度季節(jié)變化及成因

從季節(jié)上看，遼寧省PM2.5污染物濃度冬季最高，為62.72 μg/m3，其次是春季（39.27 μg/m3）和秋季（35.69 μg/m3），夏季最低，僅為24.02 μg/m3。14個城市PM2.5污染物濃度均季節(jié)性特征明顯，呈現(xiàn)出冬季高、夏季低的特點。其中，鐵嶺四季差異最大，冬季濃度為70.57 μg/m3，夏季為21.16 μg/m3，差值為49.41 μg/m3;四季變化最小的是大連市，其冬季與夏季差值為28.66 μg/m3。遼寧省地區(qū)屬于溫帶季風性氣候，冬季天氣寒冷干燥，不利于污染物的擴散，且冬季為采暖期，煤炭燃燒的增加使PM2.5濃度大幅提高[5]。春季、秋兩季空氣干燥，沙塵天氣較多，受其影響PM2.5污染物濃度相對較高。研究表明，PM2.5濃度與氣溫、降雨量均呈顯著負相關關系[6]。而遼寧省夏季高溫多雨，利用雨水的沖刷一定程度上可稀釋污染物的濃度，且夏季的大氣條件更利于PM2.5污染物的運移和分散。

3 結(jié)論

通過分析2019年遼寧省全域范圍內(nèi)PM2.5污染物的時空特征，得出如下結(jié)論：

（1）遼寧省86%的城市PM2.5濃度超出國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標準，大氣污染嚴重。

（2）從空間分布看，遼寧省內(nèi)錦州和葫蘆島受重工業(yè)影響，PM2.5平均濃度遠高于其他城市，而東部沿海城市大連和丹東污染程度較低，低于國家二級標準。

（3）遼寧省各地級市的PM2.5濃度日變化呈雙峰型曲線，兩次峰值分別出現(xiàn)在早、晚高峰時間段，谷值普遍出現(xiàn)在15：00。遼寧省PM2.5污染物存在顯著的“周末效應”，周末日均濃度值高于工作日。同時，各個城市PM2.5濃度均呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性特點，即冬季最高，春、秋季次之，夏季最低。

（4）PM2.5濃度變化的影響因素主要包括氣候條件（氣溫、降水和風速等）和人類活動（工業(yè)排放、汽車尾氣排放、燃煤取暖等）。PM2.5濃度日變化和周末效應的出現(xiàn)主要是受到人為因素的影響，居民的集中性出行時段，造成汽車尾氣排放量增多。四季的變化受采暖期、非采暖期以及氣候條件的綜合影響。采暖期內(nèi)污染嚴重，采暖期結(jié)束后大氣質(zhì)量逐漸得到改善，同時春季和秋季天氣干燥，風沙天氣居多，運移和分散污染物的能力一般，而夏季降水多，利用雨水的沖刷一定程度上可稀釋污染物的濃度。遼寧省各個城市均存在一定的工業(yè)排放污染，這也使得遼寧省在全國屬于高水平污染地區(qū)，未來部分城市應鼓勵企業(yè)轉(zhuǎn)型，加大監(jiān)管力度，努力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，降低大氣污染，建設美麗中國。

參考文獻

[1] 葛難難. 城市空氣污染物的時空相關性研究[D].桂林： 廣西師范大學， 2019.

[2] 邱曉暖， 梁桂雄，張金譜.廣州中心城區(qū)大氣污染物“周末效應”分析[J].廣州環(huán)境科學， 2018， 33（1）：13-16， 20.

[3] 鮑孟盈，曹芳，劉壽東，等. 蘇州郊區(qū)主要大氣污染物的演變特征及其影響因素研究[J].生態(tài)環(huán)境學報，2017， 26（1）： 119-128.

[4] 薛力群，劉琳.葫蘆島市空氣污染現(xiàn)狀及其成因分析[J].遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技， 2006（6）：30-31.

[5] 魏紅梅.大氣污染對城鎮(zhèn)居民健康危害的研究——以遼寧中部城市群為例[J].中國市場， 2016（34）： 220-222.

[6] 沈楠馳，周丙鋒，李珊珊，等. 2015—2019年天津市大氣污染物時空變化特征及成因分析[J]. 生態(tài)環(huán)境學報， 2020， 29（9）：1862-1873.

責任編輯：黃艷飛

Spatiotemporal Distribut-ion Characteristics of PM2.5 in Liaoning Province

YANG Yu-You et al（Shenyang Institute of Technology， Fushun， Liaoning 113122）

Abstract In order to further control air pollution and improve air quality in Liaoning Province， the real-time observation data of 14 prefecture-level cities in Liaoning Province in 2019 were used to analyze the spatiotemporal distribution characteristics of PM2.5 pollutants and explore the diurnal， weekly and seasonal variations. Our results showed that the concentration of pollutants was the highest during commuting hours， and the concentration of pollutants during weekdays was lower than that at weekends， showing a significant "weekend effect". In addition， PM2.5 presented a seasonal pattern with higher concentrations in winter than in summer. At the same time， we found that the concentration of pollutants in cities dominated by light industry and tourism was lower than that in cities with developed steel industry and low precipitation.

Key words PM2.5; Liaoning Province; Spatiotemporal distribution