长春市大气中可吸入颗粒物变化趋势分析

赵国君，孙宇，孟香梅，郭立新

（1.长春市环境监测中心站，长春 130022；2.长春理工大学，长春 130022）

随着我国社会、经济的发展，公众的环保意识不断提高，人们越来越重视生活质量，对于居住地的环境质量日益关注。为了减少颗粒物和有害气体等空气污染物对人体健康及环境所造成的危害，应通过先进的监测方法和手段研究城市大气中污染物的变化趋势，为城市大气污染治理防治提供基础数据和依据［1］。

长春属于北温带半湿润大陆性季风气候，年平均降雨量为650mm，夏季西太平洋副热带高压常与东南移动的贝加尔湖的冷空气交汇于此，降水丰沛而集中，降雨主要集中在每年的6、7、8月份。大气稳定度方面，全年D类稳定度天气频率占55.22%，F类稳定度天气占53.61%，E类稳定度天气占46.46%，不稳定级占10.76%，从空气扩散水平的角度分析，长春市的空气扩散水平属于中性偏稳定。根据多年的气象统计资料，在冬季采暖期，长春市E、F稳定度类型出现较多，可达40.32%，A、B、C类稳定度天气占 10.27%；在非采暖期，D类稳定度天气占59.54%，A、B、C类稳定度天气仅占11.31%。采暖期的E、F类稳定度天气出现比非采暖期多，易出现不利于大气污染物扩散的逆温天气。探空气象资料表明，长春市市区早、晚辐射逆温出现的频率高，冬季逆温平均发生频率为 84.5%，强度为0.8℃/100m，逆温层的高度在400~800m之间，逆温是造成长春市冬季采暖期空气污染严重的原因之一。

可吸入颗粒物(Particularmatterlessthan10m，PM10)是指悬浮在空气中，空气动力学当量直径小于或等于10m的颗粒物，研究表明，分布在大气中的可吸入颗粒物可以随人们呼吸空气而进入肺部，以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道内，粒径小于5m的颗粒物会滞留在上呼吸道。滞留在鼻咽部和气管内的颗粒物，与进入人体的二氧化硫等气体产生刺激和腐蚀粘膜作用，损伤鼻咽部和气管内粘膜、纤毛，引起炎症，导致慢性鼻咽炎、慢性气管炎等疾病。因此，可吸入颗粒物对于人体健康的危害应引起人们的重视［2-4］。

本文所用的资料是长春市七个自动监测点位24小时连续监测浓度值，监测项目包括 PM10、SO2、NO2，监测时间为2005～2009年的监测数据。从几年的监测数据初步分析，首要污染物为PM10的天数占全年监测天数的98%以上，所以本文主要研究PM10污染物的分布及变化规律。

1 可吸入颗粒物的时间分布特征及变化规律

以东北地区代表性城市—吉林省长春市为研究对象，该市燃料结构以煤炭为主，空气污染类型属于煤烟型污染，通过对长春市2005~2009年间的空气污染情况进行统计分析，研究了长春市不同季节、不同时段空气污染物浓度的变化趋势。

1.1 污染物浓度日变化规律分析

通过对长春市空气污染物监测数据进行统计分析，以气象条件晴、风力2~3级左右的典型天气情况作为研究对象，研究空气污染物浓度日小时均值变化趋势，冬季、夏季长春市空气污染物日小时均值变化规律见图1、图2。

图1 冬季(2009/01/04)空气污染浓度日小时均值变化趋势Fig.1 Air pollution concentration day averages trends every hour of 2009/01/09 in winter

图2 夏季(2009/06/12)空气污染浓度日小时均值变化趋势Fig.2 Air pollution concentration day averages trends every hour of 2009/06/21 in summer

从图1长春市冬季空气污染浓度日小时均值变化趋势可以看出，PM10在每天的 19:00~24:00、7:00~10:00是污染的两个高峰期，其原因主要由于冬季的早晚时段是工业锅炉、居民采暖锅炉大量排放污染物的高峰期，同时在这两个时段内的风速较小、出现逆温等气象条件不利于污染物的稀释和扩散。在13:00~16:00是一天的污染最轻的时段，由于这个时段多数锅炉处于停运状态、日照较强，空气的湍流作用明显，空气污染物较易扩散。

从夏季空气污染浓度日小时均值变化趋势图可以看出，在夏季21:00到次日5:00是 PM10污染的高峰期，11:00~14:00是一天污染最轻的时段。其原因主要受夏季的气象条件影响，白天空气的通风量较大，晚间空气通风量较小，同时，夏季的日照时间比冬季长，污染高峰期在晚间向后推迟3~4 h，PM10浓度值变化主要受气象条件影响。

1.2 污染物浓度月变化趋势图分析

从长春市近五年 PM10浓度值月变化趋势可看出，长春市近五年中PM10浓度变化趋势基本相似，其中，每年的1、12月份的PM10浓度均较高，7、8、9月份 PM10浓度均较低，由于长春市冬季采暖期高峰期是每年的1、12月份，工业锅炉、采暖锅炉大量排放所形成煤烟型污染，同时该时段的风速较小、发生逆温的频率高、逆温的持续时间长，受气象条件影响，每年的1、12月份中PM10浓度比其它月份高；长春市的春季风力较大，地面植被没有形成、土质疏松，春季过后，随着7、8、9月份雨季到来，地面植被形成，同时，降雨对PM10起到了净化作用，该时期空气质量较好。

图3 长春市近五年PM10浓度值月变化趋势Fig.3 PM10trends nearly five years of concentration month in Changchun

2 可吸入颗粒物的空间分布特征及变化规律

目前，长春市区的环境空气网络监测点位共有七个，分别为：位于朝阳区的吉林大学南湖校区、位于绿园区的长春客车厂、位于宽城区的长春市食品厂、位于二道区的劳动公园、位于南关区的长春市园林处、位于长春净月经济开发区的净月潭公园和位于双阳区的甩湾子，其中甩湾子为对照点，吉林大学南湖校区点位处于文教区，长春客车厂和长春市食品厂点位处于工业区，长春市园林处点位地处集中供热采暖的居民区，劳动公园位处于分散供热采暖的居民区，净月潭公园位处于旅游开发区。不同的监测点位处于不同的区域，局部的气候条件、能源构成等因素均不同，大气中各种污染物浓度空间分布不同。

图4 长春市各点位PM10浓度月变化趋势Fig.4 PM10trends of various position of concentration month in Changchun

从长春市各监测点位PM10浓度月变化趋势曲线可看出，各监测点位的 PM10浓度峰值均出现在12月份和1月份，其原因与长春市气象条件有关，在冬季，不利于污染物扩散的静风、逆温出现频率高，持续时间最长，有时甚至整日不散，同时，采暖高峰期燃煤量增加，导致PM10排放浓度增加。

长春客车厂和长春市食品厂 2个监测点位的PM10浓度曲线冬、夏季起伏较小，夏季 PM10浓度均值高于其它点位，原因是长春客车厂和长春市食品厂处于工业区，夏季工业锅炉燃煤排放量较大，同时，处于城市边缘，受土壤风沙尘影响较大。

吉林大学南湖校区和长春市园林处2个监测点位处于城市中心地带，冬、夏季PM10浓度曲线起伏较大，原因是由于吉林大学南湖校区和长春市园林处所处区域工业锅炉数量较少，地势平坦，受风沙尘影响较小，夏季PM10浓度值较低，冬季受采暖锅炉排放因素的影响，在特殊的天气条件下，PM10浓度值较高，这两个点位均处于城市中心地带，受城市热岛效应的影响，大气污染物不易扩散，在中心区域易造成污染，在12月末1月初处于城市中心的长春市园林处监测PM10浓度值高于其它点位浓度值。

地处工业区与居民区交界处的劳动公园，PM10的浓度值与全市平均浓度值较接近，净月潭公园为旅游开发区，PM10的浓度值最低。

3 结论

综上所述，通过对长春市2005~2009年间的空气污染情况进行统计分析，每年的12月末至次年1月初是长春市大气污染的高峰期，受沙尘天气等特殊气象条件的影响，每年的3、4月份大气污染物浓度波动较大，每年的 7、8、9月份空气质量最好，市区中工业区的大气污染浓度高于其它功能区大气污染浓度，净月潭旅游开发区大气污染浓度最低，空气质量较好。

通过对长春市大气中可吸入颗粒物变化趋势分析可以看出，长春市在一天之中早晨、晚上是大气污染的两个高峰期，夏季晚上出现高峰期比冬季的时间略滞后，在冬季，污染物高峰期出现的时间与锅炉运行时间基本相同。建议市民注意本地区的大气污染状况，选择合适的时间进行身体锻炼，防止吸入大量污染物而有害于身体健康，同时，建议长春市应加快能源结构调整步伐，制定有效控制污染物排放的限制政策，大力推广应用洁净煤技术，逐步取缔城区内原煤散烧设施，对重点企业污染、锅炉污染、街头露天烧烤、机动车尾气污染、城市供热污染物排放等进行统一规划和治理。

［1］马志强，王跃思，孙扬.北京大气中常规污染物的垂直分布特征［J］.环境科学研究，2007，5：1-6.

［2］江峰琴，张宏复.江苏省环境空气质量自动监测数采平台的集成方案［J］.环境监测管理与技术，2002，3：17-21.

［3］唐孝炎.大气环境化学［M］.北京：高等教育出版社，1990：343.

［4］王娟，钟宁宁，栾媛.鄂尔多斯市秋季大气PM2.5、PM10颗粒物中正构烷烃的组成分布与来源特征［J］.环境科学学报，2007，11：1915-1923.