澳门地区大气污染特征及其变化规律

杨书申,邵龙义,王志石,邓宇华,沈蓉蓉,李卫军,皮特

(1.中原工学院,郑州450007;2.中国矿业大学(北京)资源与地球科学系及煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京100083;3.澳门大学科技学院,澳门氹仔岛,999078;4.北京建筑工程学院,北京100044)

澳门地区大气污染特征及其变化规律

杨书申1,2,邵龙义2,王志石3,邓宇华3,沈蓉蓉2,李卫军2,皮特4

(1.中原工学院,郑州450007;2.中国矿业大学(北京)资源与地球科学系及煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京100083;3.澳门大学科技学院,澳门氹仔岛,999078;4.北京建筑工程学院,北京100044)

根据澳门特别行政区地球物理暨气象局的实时观测资料,对2007-2008年澳门地区空气质量及大气污染特征进行了分析,研究了澳门地区大气污染变化与澳门地区气象条件之间的变化规律,同时与北京、上海等城市的大气污染情况进行了分析.结果表明,澳门地区PM10、SO2和NO2年日均值均达到《环境空气质量标准(GB3095-1996)》二级标准,SO2和NO2接近《环境空气质量标准》一级标准,但在冬季和秋季仍然存在一些污染严重的时段.澳门地区大气中的首要污染物主要是PM10和NO2;澳门地区大气污染情况与气象要素关系非常密切,是引起污染物浓度变化的主要原因.

大气;污染特征;气象条件;澳门

澳门位于中国东南沿海的珠江三角洲西侧,主要由澳门半岛、氹仔岛、路环岛和路函城四部分组成,属亚热带气候,同时亦具温带气候的特性[1].由于澳门地形三面环海,地势不高,污染物的扩散条件较好,因而总体污染情况不算严重,但在一些污染源较集中的地点,如主要交通要道,问题则较为突出,具体表现在悬浮粒子的含量及汽车排放废气等,这些问题受到了澳门特别行政区的重视.目前,已有不少关于澳门大气污染的研究,取得了不少成果,如何东全等(1999)[2]、吴烨等(2002)[3]、胡京南等(2004)[4]等以及李金平和王志石(2006)[5]、Tang U W和 Wang Z S(2006[6],2007[7])等的研究.但还未见到对澳门大气污染特征及其变化规律的总体研究.

本文以澳门特别行政区地球物理暨气象局2007年7月到2008年6月的大气质量实时监测数据为基础,对澳门大气污染特征及其变化规律进行分析,同时与内地有关城市的大气污染特征及变化规律进行比较,以了解澳门地区大气污染的主要影响因素和主要来源.

1 数据及处理

澳门地区大气污染的数据采用澳门特别行政区地球物理暨气象局2007年7月到2008年6月的大气质量实时监测数据,主要来自设置在澳门不同功能区的自动监测站,包括路边(水井斜巷)、高密度住宅区(澳北电站、函仔大连街)、一般性区域(气象局总站、路环联生变电站),与其进行比较的城市选择北京、上海、广州、珠海等,其大气质量数据是从北京环保公众网、上海环境热线及国家环境保护部网站收集,将用污染指数(API)表示的当天可吸入颗粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)的污染情况转换为质量浓度值,具体转换过程可参见文献[8].

2 结果与分析

2.1 澳门地区环境空气总体情况

澳门特别行政区及其他相关城市2007-2008年环境空气质量分布如表1所示,在空气质量为良以下的天数中,首要污染物为 PM10、SO2和 NO2的天数分布如表2所示,可以看出,这些城市和地区大气污染的区别非常大.

2007年7月—2008年6月澳门地区PM10、SO2和NO2年日均值分别为 0.065 mg/m3、0.023 mg/m3和0.044 mg/m3,而同期北京 PM10、SO2和NO2年日均值分别为 0.144 mg/m3、0.040 m g/m3、0.059 m g/m3,上海 PM10、SO2和 NO2年 日 均 值 分 别 为0.081 m g/m3、0.056 m g/m3、0.056 m g/m3,珠海市的PM10年日均值为0.047 mg/m3,广州市的 PM10年日均值为0.077 mg/m3.除北京市的SO2外,均达到《环境空气质量标准》(GB3095-1996)二级标准,澳门地区的SO2和NO2、珠海市的 PM10接近《环境空气质量标准》一级标准.

表1 澳门及部分城市2007-2008年大气质量等级天数分布

由于内地城市的大气污染监测网络一般是根据城市的功能区设置,不同监测点代表了不同的功能区,一般还设有背景点,根据这些监测点测得的大气污染物浓度值综合得出的大气质量数据,实际上是代表行政区域意义上的城市大气质量,并不是专门监测城市建成区的大气质量,因此监测出的大气污染物的浓度一般比实际建成区的浓度小;而澳门由于地域较小,所设置的监测点基本都处在城市建成区,监测出的大气污染物的浓度比较接近实际的浓度,因此虽然澳门和珠海邻近,澳门的大气可吸入颗粒物浓度比珠海却高出很多.即使这样,澳门大气污染物浓度仍比广州、北京、上海等内地城市低,说明澳门大气的整体质量要比这些城市好,不管是按可吸入颗粒物浓度比,还是按大气质量的优良率比,由好到差排列的结果都依次是澳门、广州、上海、北京.从表2所示的首要污染物的分布看,虽然所有城市污染物都以可吸入颗粒物为主,但各城市首要污染物为不同污染物的天数比例有较大差别,澳门、珠海、广州等南方城市的 NO2污染较重,一般认为这是由于机动车尾气的排放造成的,据统计,2007年8月底,澳门的机动车保有量为17万辆,其中9万辆为摩托车,车辆密度居世界前列;上海的SO2污染较重,主要和上海市的煤炭消耗量大有关;而北京的PM10污染非常严重,它还掩盖了北京市 SO2、NO2的严重污染.

表2 澳门及部分城市2007-2008年大气首要污染物天数分布

2.2 澳门地区大气污染物浓度变化情况

2.2.1 污染物浓度逐日变化

图1所示是2007年7月—2008年6月间澳门大气中 PM10、SO2、NO2的逐日变化曲线,表3所示是澳门及部分城市2007年7月—2008年6月间大气主要污染物变化情况.由图1和表3可以看出澳门大气污染的变化特点,以及澳门的大气主要污染物变化情况与部分城市的区别.

图1 澳门大气主要污染物质量浓度日变化曲线

从澳门大气PM10年际日变化曲线可以看出,澳门大气PM10的日变化幅度本身不太大,但由于 PM10的最小值非常小,最大值是最小值的184倍,变化主要发生在2007年9月到2008年3月,即在秋冬季的变化较大,其他季节的变化相对较小.同期其他城市的PM10的日变化最大值与最小值的比值依次为北京市40,上海市27.5,广州11.6,珠海10.6.一般来说,最大值表明了该地的污染源情况,而最大值和最小值表明了污染物受多种因素影响的情况[9],这些数据表明,澳门大气PM10的污染源和广州类似,但其受外因影响较大,这些因素主要包括降水、逆温、风等气象因素[10].

表3 澳门及部分城市2007-2008年大气主要污染物变化

从澳门SO2年际日变化曲线可以看出,从2007年9月到2008年4月,SO2的逐日变化较大;随着春、夏季节的到来,SO2浓度逐渐减小,多次出现接近于0的浓度,显示澳门SO2污染受季节影响非常大,春夏季SO2来源较少,同时气象条件也非常有利于 SO2的扩散.同期北京市、上海市的SO2最大值分别是最小值的36.9、19.5倍,上海市的季节变化不是特别明显,说明造成上海市SO2污染的因素变化较小,这主要是因为上海以燃煤作为能源的主要是电厂等工业用户[11],消耗量变化较小,不像北京等北方城市受冬季采暖燃煤影响严重[12].

从澳门NO2年际日变化曲线可以看出,除2007年7月和2008年6月外,NO2的逐日变化近似,显示澳门NO2污染受季节影响不大.产生NO2污染的主要原因是机动车的尾气排放[13],NO2浓度的变化主要受气象因素(如风、逆温等)影响[14],大气稳定度高时,污染物容易积累,浓度增加,而大气稳定度低时,污染物容易扩散,浓度较低.澳门夏季大气气流活动频繁,污染物不容易积累,NO2经常保持在较低水平,冬季大气稳定度高,污染物不容易扩散,会造成积累,冷空气入侵时,将污染物输送出当地,因而NO2浓度变化比较大.2.2.2 污染物浓度月份及季度变化

图2所示是2007-2008年澳门大气污染物月度变化曲线.从月份变化情况看,PM10污染随季节变化较大,从2007年7月开始,PM10浓度月平均逐渐增加,到12月份达到最高点,随后逐渐下降,其中2008年1月的 PM10比2007年12月和2008年2月都小,这种变化在同属珠江三角洲的广州和珠海都有表现,可能与当时我国南方遭受严重得冰雪灾害有关,当时的降水量较大,造成了 PM10的湿沉降.以3—5月为春季,6—8月为夏季,9—11月为秋季,12月和次年1、2月为冬季,可以得出2007-2008年澳门 PM10季度平均值的变化为:冬＞秋＞春＞夏,见图3.而同期北京、上海、广州、珠海 PM10季度平均值的变化分别为:春＞冬＞秋＞夏、冬＞春＞秋＞夏、冬＞秋＞春＞夏,冬＞秋＞春＞夏,这显示了南北方不同季节的颗粒物污染特点.北方夏秋季节的降水较集中,植被较好,大气扩散较强,因此 PM10浓度较低,而冬春季节则会受到沙尘的影响,PM10浓度较高;而南方则不同,秋冬季节降水较少,会经常出现灰霾天气,PM10浓度较高.

SO2的月度变化曲线显示,2007-2008年澳门SO2月度变化剧烈,非寒冷期浓度非常低,而在寒冷期,浓度较高,SO2浓度值平均最低的2008年6月份接近于0,最高的12月份为0.0587 mg/m3,这一点和北京、上海有些类似,但北京、上海非寒冷期浓度SO2浓度的月度不像澳门那样小,上海市SO2浓度月平均值变化更小,最高0.092 mg/m3,最低0.032 mg/m3,最高/最低之比仅为2.9.SO2浓度季度平均比较,澳门为冬＞秋＞春＞夏,北京市和上海市均为冬＞春＞秋＞夏.

NO2的月度变化曲线显示,2007-2008年澳门NO2的季节性变化呈现非寒冷期浓度低,而在寒冷期浓度较高的规律,这个规律和北京市、上海市类似,且NO2月平均值最高相近,三地的最高值分别为0.071 6、0.080 5、0.072 8 mg/m3,最低值则分别为 0.014 5、0.043 6、0.033 7 mg/m3,最高值与最低值之比分别为4.9、1.8、2.2.产生NO2污染的主要原因是机动车的尾气排放,这种变化表明,三地的机动车尾气污染都很严重,其浓度变化主要取决于气象要素(风速、风向、降水等)的变化.NO2季度平均值的变化,澳门为冬＞秋＞春＞夏,北京市为秋＞冬＞春＞夏,上海市为冬＞春＞秋＞夏.整体而言,澳门的NO2污染水平要低于北京市和上海市的污染水平.

3 结 语

(1)2007年7月—2008年 6月,澳门地区 PM10、SO2和NO2年日均值分别为0.065 mg/m3、0.023 mg/m3和0.044 mg/m3,均达到《环境空气质量标准》二级标准,SO2和NO2接近《环境空气质量标准》一级标准;

(2)2007年7月-2008年6月澳门地区 PM10最大值是最小值的184倍,夏季 SO2浓度接近于0,变化幅度都比较大,而NO2污染季节变化不太明显,反映了澳门大气污染物来源、地理环境、气候等因素的变化特征.

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Characteristic of Atmospheric Pollution in Macao in 2007-2008

YANG Shu-shen1,2;SHAO Long-yi2;WANG Zhi-shi3,DENG Yu-hua3,
SHEN Rong-rong2,Li Wei-jun2,Pi Te4
(1.Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou 450007;2.China University of M ining and Technology,Beijing 100083;3.Faculty of Science and Technology,University of M acao,Macao 999078;4.Beijing University of Civil Engineering and A rchitecture,Beijing 100044,China)

To investigate the variation of air pollution and the relationship of the variation and its influence factors in Macao,the ambient air quality and atmospheric pollution characteristic in M acao in 2007-2008 were analyzed according to the real time monitoring data of ambient air quality by Macao M eteorological and Geophysical Bureau.The variety pattern of atmospheric pollution and meteorological condition were investigated comparing w ith other cities such as Beijing,Shanghai,Guangzhou,and Zhuhai.The results show that the annual daily concentration mean of PM10,SO2,and NO2in M acao during July,2007 to June,2008 agreesw ith the second levelof the national ambient air quality standard(NAAQS,GB3095-1996).The annual daily concentration mean of SO2,and NO2close to the first level of NAAQS.there are some severe pollution periods such as w inter and autumn.The top air pollutants in M acao are inhalable particulate(PM10)and NO2,The meteo rological conditions have a close connection w ith air pollution in Macao,and are the p rincipal factor to cause the variation of pollutant concentration.

pollution characterization;atmospheric pollution;meteorological condition;Macao

X511

A DO I:10.3969/j.issn.1671-6906.2010.02.001

1671-6906(2010)02-0001-04

2010-03-04

国家自然科学基金项目(40575065);澳门特别行政区科技发展基金资助项目(023/2006/A)作者简介:杨书申(1966-),男,河南唐河人,博士,教授.