采暖期與非采暖期秦皇島市大氣顆粒物污染特征及氣象因素相關性分析

李運志

（中國環(huán)境管理干部學院，河北 秦皇島 066004）

0 緒論

國際上把粒徑小于10μm的顆粒物稱為可吸入顆粒物，該粒徑范圍的顆粒物具有很大的比表面積，它們可以吸附大量的可溶性有機物，特別是那些易致突變致癌的物質。一旦這些顆粒物通過呼吸道進入人體，長久累積下來，便會產生遺傳毒理作用，進而危害機體。國際輻射防護委員會（ICRP）的肺動力特性試驗組研究報告提出：5～30μm粒徑的顆粒物會沉積在鼻咽部和支氣管上部；1～5μm粒徑的顆粒物大部分沉積到支氣管，少數進入肺部[1]。由此可見，PM2.5較PM10危害性更大。

秦皇島作為我國優(yōu)秀旅游城市，其旅游業(yè)（第三產業(yè)）為當地的支柱產業(yè)之一，空氣質量的好壞，直接決定著秦皇島的經濟發(fā)展。目前，對秦島大氣顆粒物污染物特征、與氣象因素的關系等方面都有了一些研究，但只局限于PM10方面，對PM2.5污染特征以及與氣象因素的關系方面的研究相對較少。本研究是對秦皇島大氣中的顆粒物進行實測，探尋秦皇島大氣顆粒物污染特征及PM2.5質量濃度與氣象因素的關系，以期為秦皇島的大氣顆粒物污染防治提供對策。

1 采樣方法與設備

1.1 采樣地點與時間

采樣地點位于海港區(qū)中國環(huán)境管理干部學院招待所三樓平臺，距離地面約8米，周圍無明顯污染源，主要為文教及居民區(qū)。此采樣點具有良好的代表性。

本研究的采樣周期為采暖期和非采暖期兩個月，秦皇島的采暖期為每年的11月5號—4月5號，本研究采暖期的采樣時間為2013年11月5日至2013年11月30日，非采暖期的采樣時間為2014年4月6日至2014年4月30日。顆粒物日變化曲線的采樣時間為2013年12月16日～17日、2014年4月16日～17日進行。

1.2 采樣方法與設備

PM2.5采樣參照《環(huán)境空氣顆粒物（PM2.5）手工監(jiān)測方法（重量法）技術規(guī)范》（HJ656-2013）進行[2]、PM10采樣參照《環(huán)境空氣 PM10、PM2.5的測定 重量法》（HJ618-2011）進行[3]。

PM10、PM2.5采樣器采用青島嶗山應用技術研究的嶗應2050型空氣/智能綜合采樣器,電子天平采用上海良平儀器儀表有限公司生產的FA1004型分析電子天平（可讀性為0.1mg,線性為小于等于0.2mg），濾膜采用青島嶗山應用技術研究生產的玻璃纖維濾膜。

氣象資料來自中國氣象科學數據共享服務網提供的秦皇島的同期氣象資料。

2 結果與討論

2.1 采暖期與非采暖期PM2.5、PM10的平均濃度水平

根據2013年11月（采暖期）及2014年4月（非采暖期）的日監(jiān)測數據，通過計算得出采暖期與非采暖的日平均濃度以及比值，如表1所示。

PM2.5在采暖期的日均濃度大于非采暖期，其原因是由于太陽輻射低、降水量少、蒸發(fā)量較小、相對濕度較大、大氣穩(wěn)定性好、不易形成良好的擴散條件等諸多因素造成的，秦皇島地處北方，11月5號開始進行鍋爐取暖，化石燃料的使用，也在一定程度上加劇了污染。PM10在采暖期與非采暖期都保持著較高的污染水平，非采暖期PM10的平均濃度更是超出采暖期的水平，其原因是本研究非采暖期的平均值僅是2014年4月日均值的月平均，不能很好的代表秦皇島非采暖期PM10的平均濃度，非采暖期采樣恰好處在秦皇島的春季，春季秦皇島多大風天氣，西北地區(qū)的粉塵經大風長距離的輸送到達本地，以及本地建筑企業(yè)粉塵的交加，致使秦皇島春季表現出較高的粉塵濃度，粉塵中PM10占了絕大多數。這與張寶貴等研究結果：秦皇島春季多為沙塵，PM10的高值多出現在2月～5月，峰值出現在4月相一致[4]。因此秦皇島春季表現出較高的PM10濃度。

據表一可知：采暖期PM2.5在PM10中的比重為0.41，非采暖期PM2.5在PM10中的比重為0.35.由此可以看出采暖期對于PM2.5貢獻比較大。這與鍋爐大量燃燒煤炭，產生大量的細微顆粒物及采暖期較差的空氣擴散條件有關

2.2 采暖期與非采暖期PM2.5、PM10日變化

采暖期與非采暖期PM2.5、PM10的日變化趨勢，見圖1所示。總體上，采暖期與非采暖期PM2.5和PM10均呈現“倒S”的日變化趨勢（即早晚雙峰），但采暖期與非采暖在變化幅度，峰值大小上有所差異，這與劉魯寧的研究結果PM10的日變化趨勢呈現早晚雙峰的變化趨勢相一致[5]。

采暖期PM2.5的峰值分別出現在8:00和20:00，最低值出現在14:00左右，峰值濃度分別為76μg/m3和90μg/m3；非采暖期PM2.5的峰值分別出現在8:00和22:00，最低值出現在14:00左右，峰值濃度分別為 53μg/m3和 76μg/m3。 從圖一看出：6:00～8:00 PM2.5的質量濃度呈現增加的趨勢，其原因與交通早高峰有關，此時段汽車排放大量的尾氣，增加了空氣中細微顆粒物的濃度。8:00以后PM2.5的質量濃度呈現下降的趨勢，其原因為太陽輻射加強，大氣的不穩(wěn)定度增加，顆粒物擴散條件較好。傍晚后PM2..5呈現增加趨勢，主要原因與交通晚高峰有關，此時汽車排放的尾氣較多，這增加了空氣中細微顆粒物的濃度。

采暖期PM10的峰值分別出現在8:00和22:00，最低值出現在14:00左右，峰值濃度分別為203μg/m3和155μg/m3;非采暖期峰值分別出現在8:00和0:00最低值出現在10:00，峰值濃度分別為210μg/m3和194μg/m3。PM10呈現與PM2.5相似的規(guī)律。

圖1 采暖期與非采暖期PM2.5、PM10日均濃度變化

2.3 采暖期PM2.5的質量濃度與氣象因素關系分析

采暖期的PM2.5質量濃度比非采暖期高，對采暖期的PM2.5進行綜合研究有著更現實的意義。采暖期PM2.5質量濃度不僅受人為活動的影響，還會受到氣象因素的影響。根據中國氣象科學數據共享服務網提供的秦皇島同期氣象資料中的平均氣壓、平均氣溫、平均相對濕度、蒸發(fā)量、平均風速、最大風速、極大風速、日照時數、平均地表地溫等9個氣象因素，分析PM2.5的質量濃度與氣象因素的關系。

通過研究發(fā)現，平均相對濕度、蒸發(fā)量與PM2.5的質量濃度有著密切的關系，而平均氣溫、平均風速、最高風速、極大風速、日照時數、平均地表氣溫等與質PM2.5量濃度關系不太密切。鑒于時間等原因，本文重點對采暖期PM2.5質量濃度與有著密切關系的氣象要素進行分析。

2.3.1 PM2.5質量濃度與平均相對濕度的關系

圖2 PM2.5質量濃度與相對平均濕度的關系

PM2.5、的質量濃度與平均相對濕度的關系，如圖2所示。（圖2所示數據均進行扣除了無效數據及偏離值的處理）平均相對濕度越大，PM2.5的質量濃度越大，可見平均相對濕度與PM2.5質量濃度存在正相關性關系。這與李凱等的研究結果PM2.5的質量濃度與日均相對濕度呈著的正相關相一致[6]。其原因是：當空氣中的相對濕度較大時，某些顆粒物如：艾根核膜（Aitken）可以發(fā)生成核作用，即可以作為凝結核，促使飽和蒸汽在顆粒物上凝結為液滴（也就是說大氣中的顆粒物附著在水汽上），蒸汽溶解在微粒中，空氣濕度大不利于顆粒物的擴散等原因造成的。

2.3.2 PM2.5質量濃度與蒸發(fā)量的關系

PM2.5質量濃度與蒸發(fā)量的關系，如圖3所示。（圖2所示數據均進行扣除無效數據及偏離值的處理）蒸發(fā)量越大，PM2.5的質量濃度越小，不難看出蒸發(fā)量與PM2.5的質量濃度存在負相關性關系。這是因為：蒸發(fā)量與太陽輻射有著密切的關系，蒸發(fā)量大表明太陽輻射強，太陽輻射強，其近地面的溫度較高，這加強了空氣的垂直交換，空氣的擴散能力在增強，細微顆粒物的濃度自然得到降低。蒸發(fā)量小時，太陽輻射較弱，空氣的擴散能力下降，大氣較穩(wěn)定，不利于空氣擴散，進而導致PM2.5的質量濃度增加。

圖3 PM2.5質量濃度與蒸發(fā)量的關系

3 結論

3.1 秦皇島市采暖期PM2.5質量濃度明顯高于非采暖期，約為1.13倍。采暖期PM2.5在PM10中的比重明顯高于非采暖期PM2.5在PM10中比重，秦皇島春季PM10污染較為嚴重。

3.2 PM2.5、PM10在采暖期與非采暖期日變化均呈現“倒S”型（早晚雙峰），日變化趨勢受交通高峰及采暖的影響較大。

3.3 PM2.5的質量濃度與氣象因素有著較密切的關系，與PM2.5的質量濃度有關的氣象因素不是單一，往往是復合的。其中平均相對濕度、蒸發(fā)量與PM2.5的質量濃度有相關性關系。

3.4 通過以上分析得出：秦皇島顆粒物的污染深受季節(jié)的影響，春季秦皇島的PM10濃度較高，建議政府部門在春季應嚴格監(jiān)控建筑等易產生粉塵的行業(yè)，秦皇島采暖期PM2.5濃度較高，這與汽車尾氣的排放及采暖有著密切的關系，建議政府部門應加強機動車管理，嚴禁不符合國家標準的車輛上路行駛。PM2.5與氣象因素有較密切的關系，建議做好防范工作。

［1］王曉蓉.環(huán)境化學[M].南京：南京大學出版社，1993，11.

［2］HJ656-2013 《環(huán)境空氣顆粒物（PM2.5）手工監(jiān)測方法（重量法）技術規(guī)范》[S].

［3］HJ618-2011 《環(huán)境空氣平 PM10、PM2.5的測定 重量法》[S].

［4］張寶貴.秦皇島市空氣污染與氣象要素的關系[J].氣象與環(huán)境學報,2009,8.

［5］劉魯寧.秦皇島大氣污染物濃度變化特征[J].環(huán)境科學，2013（34）：2089-2097.

［6］李凱.西安市采暖期PM2.5污染狀況及其與氣象因子的相關分析[J].安徽農業(yè)科學，2009（37）：9603-9605.