呼和浩特夏季PM變化特征分析

阿木爾薩那

(呼和浩特市氣象局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

隨著城市的快速發(fā)展，大氣環(huán)境污染逐漸被重視，近年來機(jī)動(dòng)車保有量持續(xù)的增加，人為排放的大氣污染物越來越多，城市所面臨的生態(tài)環(huán)境壓力也在增大，大氣污染防治勢(shì)在必行。大氣污染物中的氣態(tài)污染物和顆粒物，對(duì)氣候、環(huán)境和人體健康都有著重要的影響[1]。PM2.5、PM10污染，使得能見度降低，大量的吸入顆粒物也會(huì)對(duì)人體肺部產(chǎn)生危害。大氣污染物的研究受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

“周末效應(yīng)”于1974年被Cleveland等[2]首次提出。隨著“周末效應(yīng)”的概念的提出，各大城市都在開展研究工作日與周末大氣污染物的差異，比如：洛杉磯[3]、舊金山[4]、北京[5-6]、南京[7]和上海[8]等城市均開展了工作日與周末污染物差異性研究。

目前，呼和浩特地區(qū)PM2.5和PM10特征研究相對(duì)較少，尤其對(duì)于周末效應(yīng)研究比較罕見。呼和浩特市為內(nèi)蒙古自治區(qū)首府城市，地處內(nèi)蒙古中西部核心區(qū)域，是內(nèi)蒙古自治區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，也是我國(guó)北方地區(qū)重要城市。其環(huán)境空氣質(zhì)量的好壞，直接影響人民群眾的工作、生活和身體健康。本研究以時(shí)間序列2019-06-01～2019-08-31為期3個(gè)月的夏季數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)對(duì)呼和浩特市PM2.5和PM10變化特征進(jìn)行分析討論，以期為今后呼和浩特地區(qū)大氣污染防治提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 觀測(cè)站點(diǎn)

選取觀測(cè)站點(diǎn)為小召(XZ)監(jiān)測(cè)站(40°48′N，111°39′E)，本站點(diǎn)位于市中心(圖略)，為商業(yè)與居民混合區(qū)。與大東街相鄰，以西400m為交通主干道大北街，該區(qū)域交通密度相對(duì)較高，機(jī)動(dòng)車排放相對(duì)密集，周圍2km范圍內(nèi)無明顯工業(yè)大氣污染源，因此本觀測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)資料可代表城市大氣污染特點(diǎn)。

1.2 數(shù)據(jù)與方法

本研究采用呼和浩特市環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站中小召監(jiān)測(cè)站PM2.5和PM10等6種污染物2019-06-01～2019-08-31的小時(shí)質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，污染物質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)來源于國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)中心(http://106.37.208.233:20035/)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB3095—2012)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效性檢驗(yàn)，污染物日均濃度計(jì)算至少包括20h平均濃度，對(duì)不滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除。由于星期一和星期五為工作日與周末過渡時(shí)期，不具代表性，因此本研究將星期二、星期三、星期四定義為工作日，星期六、星期日定義為周末。本研究有效樣本數(shù)為82d(時(shí)間分別率為1h)。本研究中統(tǒng)一采用質(zhì)量濃度(μg·m-3)。

2 結(jié)果與討論

2.1 PM2.5和PM10的日變化

圖1給出了PM2.5和PM10的日變化曲線。從圖中可知，PM2.5呈不規(guī)則多峰型日變化特征，分別于03∶00、08∶00、11∶00、22∶00出現(xiàn)峰值，值分別為：20.08μg·m-3、19.33μg·m-3、18.53μg·m-3、18.75μg·m-3，日最小值出現(xiàn)在18∶00，值為14.18μg·m-3。PM10日變化主要呈雙峰型變化，峰值分別出現(xiàn)于00∶00和11∶00，值為：47.72μg·m-3和46.39μg·m-3，17∶00出現(xiàn)日最小值，為32.52μg·m-3，在18∶00有弱的小峰出現(xiàn)。

圖1 PM2.5和PM10的日變化

2.2 工作日與周末PM2.5和PM10的周末效應(yīng)分析

圖2給出了晴好天氣下工作日和周末PM10和PM2.5的日變化，表1給出了各污染物周末與工作日小時(shí)平均質(zhì)量濃度的偏差，偏差的計(jì)算公式為:

(1)

式中，c工作日和c周末分別為工作日和周末污染物的小時(shí)平均質(zhì)量濃度。結(jié)合圖2和表1可以對(duì)PM2.5和PM10在工作日和周末的濃度差異進(jìn)行定性和定量的分析。

圖2 工作日和周末PM2.5和PM10的日變化

結(jié)合圖2和表1可知，PM2.5小時(shí)平均質(zhì)量濃度日變化曲線表現(xiàn)出明顯的“周末效應(yīng)”。特征為在07∶00、10∶00和11∶00小時(shí)平均質(zhì)量濃度表現(xiàn)為周末大于工作日，其余時(shí)刻均表現(xiàn)為工作日大于周末。工作日呈多峰型分布，峰值分別出現(xiàn)在03∶00、08∶00、12∶00、16∶00和23∶00，值分別為20.71μg·m-3、19.44μg·m-3、20.00μg·m-3、16.52μg·m-3和21.06μg·m-3，較周末的偏差分別為14.78%、0.46%、11.11%、33.59%和19.22%；日最小值出現(xiàn)在17∶00和18∶00，值為14.77μg·m-3，較周末偏差為25.61%、40.10%。周末呈三峰型分布，峰值分別出現(xiàn)在07∶00、10∶00和22∶00，值分別為19.36μg·m-3、19.74μg·m-3和17.74μg·m-3；日最小值出現(xiàn)在18∶00，值為10.55μg·m-3。從偏差來看，工作日與周末質(zhì)量濃度差異最大時(shí)段為午后至凌晨，偏差最大值為45.83%，出現(xiàn)在夜間20∶00，日偏差最小值為0.46%，出現(xiàn)在08∶00。有研究指出[9]，城市大氣中PM2.5的排放源主要有：揚(yáng)塵、交通源、燃煤源、建筑塵、生物質(zhì)燃燒和工業(yè)組織排放等。此外，還存在SO2、NOx及有機(jī)物轉(zhuǎn)化形成顆粒物的二次排放源。人類活動(dòng)對(duì)PM2.5濃度影響較大。由PM2.5日變化曲線可知，無論是工作日還是周末在夜間PM2.5質(zhì)量濃度與白天相比較高，是因?yàn)橐归g氣溫降低、風(fēng)速減小、近地面空氣層較為穩(wěn)定，顆粒物的擴(kuò)散條件較差。在白天隨著氣溫升高、風(fēng)速加大以及人類活動(dòng)影響PM2.5質(zhì)量濃度表現(xiàn)出不穩(wěn)定的波動(dòng)，工作日在12∶00達(dá)到白天最大值，周末較工作日提前2h，達(dá)到白天峰值之后工作日PM2.5質(zhì)量濃度整體高于周末。是因?yàn)橹苣┑缆坊顒?dòng)較少(尤其早晚高峰)，使得道路揚(yáng)塵減少；另外在周末白天風(fēng)速大于工作日，細(xì)顆粒物擴(kuò)散條件略好。

表1 工作日與周末PM2.5和PM10濃度相對(duì)偏差

PM10小時(shí)平均質(zhì)量濃度日變化也表現(xiàn)出明顯的“周末效應(yīng)”。特征為在00∶00-01∶00、04∶00和07∶00-10∶00小時(shí)平均質(zhì)量濃度表現(xiàn)為工作日小于周末，其余時(shí)刻均表現(xiàn)為工作日大于周末。工作日呈三峰型分布，峰值出現(xiàn)在02∶00、12∶00和23∶00，值分別為45.50μg·m-3、52.17μg·m-3和53.75μg·m-3，較周末偏差為4.43%、19.94%和10.55%；日最小值出現(xiàn)在16∶00，值為34.67μg·m-3，較周末偏差為6.07%。周末同樣呈現(xiàn)三峰型分布，峰值分別出現(xiàn)在00∶00、09∶00和18∶00，值分別為52.33μg·m-3、48.64μg·m-3和33.86μg·m-3；日最小值出現(xiàn)在17∶00，值為29.00μg·m-3。從偏差來看，工作日與周末質(zhì)量濃度差異最大時(shí)段為09∶00-12∶00以及17∶00-23∶00，日最大偏差為31.75%，日最小偏差為-1.40%。從PM10小時(shí)平均質(zhì)量濃度日變化曲線可知從午夜至06∶00，PM10呈下降趨勢(shì)，是由于在夜間溫度降低、風(fēng)速減小、近地面空氣層較為穩(wěn)定，受到大氣沉降作用，使得PM10質(zhì)量濃度有所下降。06∶00之后隨著早高峰的到來受到人類活動(dòng)影響PM10開始增加，工作日在12∶00達(dá)到峰值，周末在09∶00達(dá)到峰值，周末比工作日早3h，隨后工作日質(zhì)量濃度始終大于周末。也是因?yàn)橹苣┑缆坊顒?dòng)較少(尤其早晚高峰)，使得道路揚(yáng)塵減少。

由表1可知，12∶00之后至午夜，PM2.5和PM10的偏差均為正值，且同時(shí)刻PM2.5的偏差均大于PM10，說明PM2.5的周末效應(yīng)要比PM10明顯。

3 結(jié)論

PM2.5呈不規(guī)則多峰型日變化特征，分別于03∶00、08∶00、11∶00、22∶00出現(xiàn)峰值，值分別為：20.08μg·m-3、19.33μg·m-3、18.53μg·m-3、18.75μg·m-3，日最小值出現(xiàn)在18∶00，值為14.18μg·m-3。PM10日變化主要呈雙峰型變化，峰值分別出現(xiàn)于00∶00和11∶00，值為：47.72μg·m-3和46.39μg·m-3，17∶00出現(xiàn)日最小值，為32.52μg·m-3，在18∶00有弱的小峰出現(xiàn)。

PM2.5的“周末效應(yīng)”表現(xiàn)為07∶00、10∶00和11∶00小時(shí)平均質(zhì)量濃度周末大于工作日，其余時(shí)刻均為工作日大于周末。PM2.5小時(shí)平均質(zhì)量濃度日循環(huán)在工作日呈不規(guī)則多峰型分布，周末呈三峰型分布；日最小值均出現(xiàn)在18∶00，從12∶00至次日06∶00表現(xiàn)為工作日大于周末。PM10的“周末效應(yīng)”表現(xiàn)為00∶00-01∶00、04∶00和07∶00-10∶00小時(shí)平均質(zhì)量濃度工作日小于周末，其余時(shí)刻均為工作日大于周末。PM10小時(shí)平均質(zhì)量濃度日循環(huán)在工作日與周末均呈現(xiàn)三峰型分布，午夜出現(xiàn)日最大值，17∶00出現(xiàn)日最小值。PM2.5周末白天峰值較工作日早2h，PM10白天峰值周末較工作日早3h，是因?yàn)橹苣┑缆坊顒?dòng)較少，使得道路揚(yáng)塵減少。PM2.5的周末效應(yīng)要比PM10明顯。