太原市可吸入顆粒物變化規(guī)律及影響因素分析

楊 增 榮

(太原市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，山西 太原 030002)

太原市可吸入顆粒物變化規(guī)律及影響因素分析

楊 增 榮

(太原市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，山西 太原 030002)

對(duì)太原市2009年大氣中可吸入顆粒物濃度進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得到月平均濃度值，并結(jié)合當(dāng)年各月的平均風(fēng)速和降水量進(jìn)行分析，結(jié)果表明，采暖期內(nèi)由供熱鍋爐以及各種采暖設(shè)施排出的大量廢氣污染物是引起太原市可吸入顆粒物濃度月均值變化的主要影響因素，另一方面，風(fēng)速的增加會(huì)加速大氣中可吸入顆粒物的擴(kuò)散，而當(dāng)風(fēng)速較弱時(shí)，一定量的降水會(huì)對(duì)大氣中可吸入顆粒物起到?jīng)_刷作用。

可吸入顆粒物，采暖期，風(fēng)速，降水

隨著城市規(guī)模的擴(kuò)張及工業(yè)的迅猛發(fā)展，城市大氣環(huán)境質(zhì)量不容樂(lè)觀。環(huán)境空氣中大氣顆粒物來(lái)源多、地區(qū)特性強(qiáng)，是環(huán)境空氣中化學(xué)組成最復(fù)雜、危害最大的污染物之一，特別是空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于10 μm的可吸入顆粒物(Inhalable Particulate Matter,PM10)，可以隨呼吸進(jìn)入人體，沉積于肺部，對(duì)人體造成直接危害[1-4]。我國(guó)在1996年頒布的GB 3095—1996環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了PM10的標(biāo)準(zhǔn)，并在空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)中統(tǒng)一采用PM10指標(biāo)。可吸入顆粒物已經(jīng)逐漸成為我國(guó)許多大中城市的首要空氣污染物[5，6]。房春生等人研究了長(zhǎng)春市大氣中可吸入顆粒物的來(lái)源，結(jié)果表明：工業(yè)燃煤和以鋼鐵塵為主的工業(yè)塵是外來(lái)可吸入顆粒物的最主要來(lái)源，非采暖期、采暖期的貢獻(xiàn)率分別為13.04%，32.56%和29.75%，14.66%；而機(jī)動(dòng)車尾氣和道路塵則是本體可吸入顆粒物的最主要來(lái)源，非采暖期、采暖期貢獻(xiàn)率分別為39.24%和33.86%[7]。呂效譜等人分析了我國(guó)2013年1月份大范圍霧霾的成因及特點(diǎn)，分析結(jié)果表明多數(shù)城市表現(xiàn)出明顯的復(fù)合污染特征，其中以機(jī)動(dòng)車尾氣及煤煙型復(fù)合污染為主[8]。包貞等人亦研究了杭州市PM10的污染來(lái)源，研究結(jié)果表明各主要源類對(duì)PM10貢獻(xiàn)率依次為土壤塵7.0%、機(jī)動(dòng)車尾氣塵16.9%、硫酸鹽14.3%、煤煙塵13.9%、硝酸鹽粒8.2%、建筑水泥塵8.0%、燃油塵5.5%、海鹽粒子3.4%、冶金塵3.2%[9]。胡敏等人總結(jié)了2000年以來(lái)我國(guó)近30個(gè)城市大氣可吸入顆粒物PM10源解析研究,結(jié)果表明我國(guó)大氣顆粒物PM10主要來(lái)自:揚(yáng)塵(土壤塵、道路塵、建筑塵);燃煤;工業(yè)排放;機(jī)動(dòng)車排放[10]。

太原市位于黃土高原東側(cè)邊緣、山西省中部、晉中盆地北端。地處東經(jīng)111°30′～113°09′、北緯37°27′～38°25′之間。太原市東、西、北三面環(huán)山，中部和南部為汾河沖積扇平原，地勢(shì)低平，東西最寬處約144 km，南北最長(zhǎng)處約107 km。南寬北窄呈扇形，汾河自北向南貫穿全市，整個(gè)地形北高南低逐漸傾斜，呈簸箕形，海拔落差達(dá)700 m左右。大氣污染物的擴(kuò)散過(guò)程受到北、西、東三面山體的阻隔，極易造成局地污染物濃度富集和干濕沉降，加重大氣污染的程度。

本文對(duì)太原市全年大氣中可吸入顆粒物濃度進(jìn)行現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)，對(duì)可吸入顆粒物的濃度水平和逐月變化進(jìn)行分析和討論。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方法與儀器

太原市環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)相關(guān)的采樣以及分析方法均按HJ/T 193—2005環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范和國(guó)家規(guī)定的方法進(jìn)行?？晌腩w粒物的監(jiān)測(cè)分析儀器為TH-β25B，其分析方法為β射線法。

1.2 采樣點(diǎn)和采樣時(shí)間

太原市市區(qū)的環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)共9個(gè)，分別為：上蘭、澗河、尖草坪、金勝、南寨、桃園、塢城、小店和晉源。環(huán)境空氣中可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，全年365 d每天24 h連續(xù)運(yùn)行。采樣時(shí)間為2009年全年。

2 結(jié)果與討論

1)太原市可吸入顆粒物溶度值。圖1為太原市2009年環(huán)境空氣中可吸入顆粒物濃度值月變化分布情況。從圖1中可見(jiàn)，可吸入顆粒物月均濃度呈現(xiàn)出1月，2月，11月，12月污染最重，9月、10月次之，3月～8月污染程度較低的特征。影響環(huán)境空氣中可吸入顆粒物濃度有兩個(gè)方面：污染的來(lái)源和污染的消散。

太原市作為傳統(tǒng)的能源重化工基地、全國(guó)唯一的資源型省會(huì)城市，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)依然以重工業(yè)為主，其中又以資源型、高耗能、高污染、粗加工行業(yè)居多[11，12]。2009年煙塵排放量中的64.53%來(lái)源于工業(yè)廢氣污染物，35.47%的煙塵排放量來(lái)源于生活廢氣。但是，考慮到工業(yè)生產(chǎn)在全年中持續(xù)進(jìn)行，各月的廢氣排放量并無(wú)明顯變化，故工業(yè)廢氣污染物只會(huì)影響可吸入顆粒物濃度的年平均值，而不會(huì)影響其各月的變化。影響各月間廢氣排放量顯著變化的，是由冬季供熱產(chǎn)生的廢氣排放[13,14]。太原市地處華北中部，冬季寒冷，每年11月至次年3月為采暖期，供熱鍋爐以及各種采暖設(shè)施的運(yùn)行使得排入大氣中的污染物大幅增加，空氣質(zhì)量狀況較其他月份具有明顯不同的變化特征，表現(xiàn)為11月后可吸入顆粒物濃度月均值的急劇增加。

2)熱島效應(yīng)對(duì)太原市可吸入顆粒物濃度值的影響。取太原市海拔高度相差不大的平川區(qū)域?yàn)槔?，北部取尖草坪，中部取市區(qū)平陽(yáng)路，南部取清徐，以這三點(diǎn)的溫度資料(2009年)進(jìn)行分析。2009年不同月份月均氣溫統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1。市區(qū)平陽(yáng)路緯度較清徐高、海拔也較清徐高。但從表1中可見(jiàn)，平陽(yáng)路的月均氣溫均不低于清徐的月均氣溫，這說(shuō)明太原市區(qū)城市熱島效應(yīng)已經(jīng)存在。再加上地形引起的山谷風(fēng)環(huán)流，這都不利于太原市區(qū)空氣污染物的向外擴(kuò)散[15，16]。

表1 2009年逐月平均氣溫統(tǒng)計(jì)情況表 ℃

3)風(fēng)速對(duì)太原市可吸入顆粒物濃度值的影響。由圖1可以看出，雖然9月份,10月份不是采暖期，但是其月均可吸入顆粒物濃度卻顯著高于前六個(gè)月。這說(shuō)明在采暖期廢氣排放量增大之外，還有其他因素影響著可吸入顆粒物濃度的變化。其中，風(fēng)速便是重要的影響因素之一。圖2中方形數(shù)據(jù)點(diǎn)為2009年太原市風(fēng)速月平均值，數(shù)據(jù)單位參見(jiàn)右側(cè)坐標(biāo)軸；三角形數(shù)據(jù)點(diǎn)為2009年太原市可吸入顆粒物濃度月平均值，數(shù)據(jù)單位參見(jiàn)左側(cè)坐標(biāo)軸?？梢?jiàn)，3月～6月的月平均風(fēng)速較大，9月～11月的月平均風(fēng)速較小，其他月份的月平均風(fēng)速居中。3月份雖然處于采暖期，但由于此月的月平均風(fēng)速較大，有利于大氣污染物的擴(kuò)散，使得3月份的可吸入顆粒物濃度較2月份大幅降低。此后的4月～8月，月平均風(fēng)速呈下降趨勢(shì)，可吸入顆粒物濃度持續(xù)處于較低水平。直至9月份，月平均風(fēng)速大幅降低，對(duì)大氣污染物的輸送和稀釋能力下降，使污染物容易聚集，導(dǎo)致9月份的可吸入顆粒物濃度顯著上升。10月份的月平均風(fēng)速仍然處于較低水平，故此月的可吸入顆粒物濃度繼續(xù)上升。進(jìn)入采暖期的第一個(gè)月(11月)后，廢氣排放量大幅增加，同時(shí)又無(wú)大風(fēng)將污染物輸送和稀釋，導(dǎo)致本月的可吸入顆粒物濃度達(dá)到全年最高水平。進(jìn)入12月后，由于本月風(fēng)速的增大，有利于大氣中污染物的擴(kuò)散，使得該月可吸入顆粒物濃度有所降低。次年1月、2月的空氣質(zhì)量情況可認(rèn)為同本年1月、2月份，在采暖期污染物的高排放量和較大月平均風(fēng)速的共同作用下，可吸入顆粒物濃度低于11月的水平。

4)降水對(duì)太原市可吸入顆粒物濃度值的影響。除了風(fēng)速之外，降水也是降低大氣中可吸入顆粒物濃度的又一重要途徑。大氣降水對(duì)城市環(huán)境空氣中的污染物具有沖刷作用，可起到凈化空氣的作用。特別是太原市這樣一個(gè)干旱缺水城市，降水對(duì)大氣的凈化作用尤其明顯。然而太原市年降水量偏少，降水對(duì)污染物的凈化作用有限。但太原市各季節(jié)間的降水量有很大差異，春季(3月～5月)降水占年降水量的11%，夏季(6月～8月)降水占年降水量的56%，秋季(9月～11月)降水占年降水量的31%，冬季(12月～次年2月)降水占年降水量的2%。大氣降水的這種季節(jié)分布對(duì)污染物凈化作用影響非常明顯。

由圖2可以看出，7月、8月份的月平均風(fēng)速相對(duì)于3月～6月已明顯下降，但這兩個(gè)月份的可吸入顆粒物月平均濃度卻沒(méi)有上升，反而在8月達(dá)到了年最低值，這便可能是降水的作用。圖3為2009年太原市月平均降水量和可吸入顆粒物濃度月變化圖。結(jié)合圖2和圖3可知，當(dāng)7月份的月平均風(fēng)速開(kāi)始下降時(shí)，此月的降水量卻大幅上升，以大氣降水對(duì)城市環(huán)境空氣中污染物的沖刷作用彌補(bǔ)了逐漸減弱的大氣污染物擴(kuò)散作用。使得大氣中的可吸入顆粒物濃度繼續(xù)維持在較低水平。進(jìn)入8月份，降水量繼續(xù)增大，以至于此月的可吸入顆粒物濃度月均值達(dá)到了年最低水平。9月份，隨著月平均風(fēng)速和月平均降水量的同時(shí)減小，大氣中的可吸入顆粒物濃度開(kāi)始上升。10月份，降水量急劇減小，此時(shí)幾乎只有風(fēng)對(duì)大氣污染物的擴(kuò)散作用，且風(fēng)速相對(duì)于3月～8月份較小，故此月的月平均可吸入顆粒物濃度值繼續(xù)上升。進(jìn)入11月，采暖導(dǎo)致大氣污染物的排放量急劇上升，雖有一定量的降水，但此月的月平均可吸入顆粒物濃度仍達(dá)到年最高值。12月后，月平均降水量很少，此時(shí)只有風(fēng)對(duì)大氣污染物的擴(kuò)散作用。

關(guān)于風(fēng)速和降水量對(duì)可吸入顆粒物濃度影響的權(quán)重，可結(jié)合圖2和圖3進(jìn)行分析。在3月～6月時(shí)，月均降水量偏小，月均風(fēng)速較大，可吸入顆粒物濃度處于較低水平。在9月時(shí)，降水量較大，月均風(fēng)速為全年最低水平，此時(shí)可吸入顆粒物濃度有所上升。由以上兩種情況可得，風(fēng)速在影響太原市可吸入顆粒物濃度擴(kuò)散的方面起主要作用，降水量起輔助作用。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)太原市2009年逐月平均可吸入顆粒物濃度、風(fēng)速、降水量的分析，得出以下結(jié)論：

1)對(duì)太原市可吸入顆粒物濃度月變化的影響分為兩個(gè)方面：可吸入顆粒物的來(lái)源及其消散方式。2)熱島效應(yīng)是不利于太原市可吸入顆粒物消散的重要影響因素。3)在可吸入顆粒物的來(lái)源

2015-01-16

楊增榮(1963- )，女，工程師

1009-6825(2015)09-0195-03

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