浙江温岭市区大气颗粒物的数据分析

毛文军

(温岭市气象局, 浙江 温岭 317500)

浙江温岭市区大气颗粒物的数据分析

毛文军

(温岭市气象局, 浙江 温岭 317500)

随着人们对霾天气对城市环境影响的关注加深，近年来中国不少地区将霾作为灾害性天气现象进行预警预报。霾是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。通过对浙江温岭市的大气颗粒物浓度数据的分析，数据结果表明温岭市区颗粒物浓度在日内时间受汽车尾气等人为活动密切相关；同时具有季节性，由于受降雨量和季风影响，夏季的颗粒物浓度远小于冬季。最后，研究了霾的环境和人为因素，并对城市大气环境的改善提出建议。

颗粒物，雾霾，大气环境

0 引 言

大气污染直接影响人类的生存环境，大气中污染物浓度达到有害程度，将破坏人类正常生存和发展的条件，对人体健康造成极大的危害。1943年的美国洛杉矶光化学烟雾事件，汽车尾气和工业废气的大量排放加上当地特殊的地理气候使得弥漫在城市上空的蓝色烟雾肆虐，使人眼发红，喉咙疼痛，呼吸憋闷。1952年的伦敦烟雾事件四天内导致4000余老年人或者原来患有慢性心脏病及呼吸系统疾病的人中毒死亡。1961年的日本四日市哮喘病事件，空气中高浓度的工业粉尘和SO2烟雾导致支气管哮喘病大发作[1]。

通常把粒径在10 μm以下的颗粒物称为可吸入颗粒物，又称为PM10。可吸入颗粒物通常来自在未铺沥青、水泥的路面上行使的机动车、材料的破碎碾磨处理过程以及被风扬起的尘土。直径小于等于 2.5 μm的颗粒物能较长时间悬浮于空气中，它对空气质量和能见度等有重要的影响，又称PM2.5。与较粗的大气颗粒物相比，大气颗粒物粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质，例如，重金属、微生物等。直径小于或等于1 μm的固体颗粒或液滴称为可入肺颗粒物，又称PM1。PM1粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大[2]。通常来说，粒径在7～10 μm的颗粒物可以进入鼻腔，4.7～7 μm的颗粒物可以进入咽喉，这一阶段还是可逆的，人体可以咳出来；但到了3.3～4.7 μm时，颗粒物就要进入气管和支气管，在2.1～3.3 μm时，颗粒物可以进入中支气管；在1.1～2.1 μm时，颗粒物进入支气管末端；在1 μm以下，也就是说PM1，就要进入肺泡血液，对人体健康影响极大[3]。

发达国家由于更早开始对大气污染的研究，对污染控制的较好。发展中国家起步较晚，随着城市化的快速发展和化学燃料的使用，大气颗粒物污染日益突出，越来越多的国内研究者开始关注大气污染问题。制定合理有效的大气颗粒污染控制策略，减少颗粒物污染造成的危害是决策者的当务之急。本文将以浙江省温岭市的大气颗粒物浓度的监测数据为起点，简要分析颗粒物浓度的人为和自然因素，并为空气质量监控和改善提供价值。

1 监测数据及分析

1.1 监测仪器和方法

本文分析了从2014年2月—2015年1月一年期间于温岭市气象局(121.36°E，28.36°N)的以5 min为时间间隔的PM1，PM2.5和PM10监测数据。该数据是利用GRIMM Aerosol Technik公司Model 180粉尘监测系统采集的。该系统内半导体光源以高频率产生绿色激光照射样气室，如遇颗粒物，激光会发生散射，根据到达吸收井中的激光脉冲信号进行分析检测颗粒物粒径的大小及浓度。

1.2 结果和讨论

表1给出了对不同月份日内颗粒物浓度数值进行平均得到的PM10平均数值以及PM1，PM2.5，PM10平均数值之间的比例关系。

表1 不同月份PM10平均数值和PM1，PM2.5，PM10之间的比例关系

从表1数据中显示PM1，PM2.5和PM10之间的比例和颗粒物浓度本身大小、季节没有显著关系。虽然不同月份的PM10数值相差很大，从夏季的20 μg/m3左右到冬季的接近50 μg/m3，但是PM2.5占PM10的比值稳定在80%～90%之间，PM1占PM2.5的比值稳定在90%左右。也就是说PM10中绝大部分是PM2.5，PM2.5中绝大部分是对人体危害巨大的PM1。

国内相关研究单位，包括中科院大气物理研究所其他课题组都发表过各自的研究结论关于PM2.5的来源解析结果，多数认为机动车的贡献在20%～30%之间[4]。汽车尾气中的氮氧化物会继续在空气中氧化转化成硫酸盐和硝酸盐，这些颗粒物会吸附在水汽上，形成小液滴，也就是“二次气溶胶”。气溶胶可以输送几百、几千甚至上万千米，引起区域性和全球性污染。汽车废气中含有150～200种不同的化合物，其主要有害成分为：未燃烧或燃烧不完全的碳硫氧化物以及微量的醛、酚、过氧化物、有机酸和含铅、磷汽油所形成的铅、磷污染等。其中对人危害最大的有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅的化合物及颗粒物。工业排放对大气颗粒物的影响又为两个方面：一方面是直接排放的大气颗粒物，包括扬尘、采选矿、金属冶炼、有机化工生产和餐饮业油烟等；另一方面是二次颗粒物，主要是火电厂燃煤中排放的前体物二氧化硫和氮氧化物、挥发性有机物等排放到空气中，通过化学反应产生的硝酸盐、硫酸盐、二次有机气溶胶等，造成大气颗粒物升高[5]。

为了得到日内颗粒浓度的变化，将各个月份的日内平均值列示于图1—图3。

图1 2014年2月至2015年1月的日内平均颗粒浓度PM1数值

图2 2014年2月至2015年1月的日内平均颗粒浓度PM2.5数值

图3 2014年2月至2015年1月的日内平均颗粒浓度PM10数值

从图1—图3可以看出日内平均颗粒浓度数值在早上6时，中午11时，下午18时都有峰值，此3个时点刚好是出行高峰期；白天上午时间的颗粒物浓度持续增高，一般到10时左右达到全天最大值；下午18时左右也会迎来峰值。这和市区的机动车使用和工业活动成正相关，尾气排放和工业排放导致颗粒物浓度增加。

除了人为因素，自然因素对颗粒物浓度的影响也非常大。一般来说，风雨会有效降低大气颗粒物浓度。风速较大时，可以降低大气颗粒物浓度；反之，大气颗粒物容易积聚；降水有利于降低大气颗粒物浓度，利于水汽凝结，形成云雾和降水。为了得到颗粒物浓度的季节性因素，图4显示了将2014年2月初至2015年1月底的月平均颗粒浓度数值。

图4 2014年2月初至2015年1月底的月平均颗粒浓度数值

从图4可以看出在整个夏季的浓度处在全年最低位，7月份平均浓度达到最低；秋季与春季次之；冬季大气颗粒物的平均浓度最高，达到夏季平均浓度的两倍左右。随着夏季风环流系统建立，浙江境内盛行东南风。初夏，浙江各地逐步进入梅雨季节，暴雨、大暴雨出现概率增加。根据降雨量数据，温岭全年的65.3%的降水量集中在5、6、8和9月4个月份，分别是420.9、300.9、378.4、349.1 mm。盛夏，受副热带高压影响，7、8月份的热带风暴天气也非常有利于大气颗粒物的净化和迁移。降雨和季风因素综合导致夏季大气颗粒物浓度很低。冬季则刚好相反，低温少雨，盛行的西北风将内陆周边城市的霾扩散到本地使污染物聚集，增大了气态污染物向二次颗粒物转化的机会，从而导致严重的大气颗粒物污染。冬季大气颗粒物的平均浓度最高，秋季与春季次之，夏季平均浓度最低。夏季较频繁的降雨，有利于大气颗粒物的清除，从而导致夏季大气颗粒物浓度最低。秋季则由于太阳辐射强，大气氧化性增强，常发生光化学烟雾。

2 结 语

数据结果表明温岭市区颗粒物浓度在日内时间受汽车尾气和工业排放等人为活动密切相关；同时具有很强季节性，由于受降雨量和季风影响夏季的颗粒物浓度远小于冬季。

人们已经逐渐足够认识到霾对生活的危害，由于自然因素的不可控性，治理雾霾天气要从人为因素入手，找到大气污染的罪魁祸首，指导治理大气污染。建议从以下几点入手：1)减少有机燃料的使用，提倡低碳能源，太阳能、风能、核能等清洁能源的使用比例；2)严格控制汽油质量和机动车辆气体排放标准，宣传提倡油电混动和纯电动机动车辆的使用，多使用公共自行车；3)限制高能耗高排放高污染企业，提升产业结构，打造低碳城市，有效减少温室气体的排放；4)增加城市绿化面积，清洁降尘；5)进一步做好对地表的水污染，河道的清理，对锅炉烟雾的排放要脱硫处理，餐饮的油烟作净化处理；6)进一步强化全社会对气象灾害风险的防范意识，我们在反思工业等带来的生态环境危机特别是气候危机时，应把生态文明作为人类可持续发展的目标及绿色生产生活方式，提倡低能耗，低污染，积极应对气候变化，维护全球生态环境。

[1] 安徽省环境保护厅.同呼吸，共奋斗——大气污染防治知识读本[M].北京：中国环境出版社，2014.

[2] 曹军骥 等,PM2.5与环境[M].北京：科学出版社，2014.

[3] 竹涛，徐东耀，于妍.大气颗粒物控制[M]. 北京：化学工业出版社，2013

[4] 张仁健.北京PM2.5化学组成及源解析季节变化[C]. Natural Hazards and Earth System Sciences Atmos Chem Phys Discuss.2013.

[5] 郝吉明.大气二次有机气溶胶污染特征及模拟研究[M].北京： 科学出版社， 2015

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2015-06-03