2013年苏州春季一次重污染天气的过程分析

2015-10-12郁建桥

中国环境监测 2015年4期

丁铭，邹强，郁建桥

1．江苏省环境监测中心，江苏南京 210036

2．苏州市环境监测中心，江苏苏州 215004

苏州是我国工业经济非常发达的二线城市，地处北亚热带地区，受北方季风影响，在冬末春初易出现重污染天气。2013年3月，在江苏范围内出现一次重污染天气，其中，苏州连续2 d(3月8—9日)空气质量达到中度污染水平，PM10最高达 548 μg/m3( 小时平均质量浓度)，PM2．5达197 μg/m3，严重影响人们的身体健康。因此，研究该次污染天气形成的主要原因，对于苏州市春季重污染天气的监控与防治具有重要意义［1-2］。

近年来，国内外学者对大气气溶胶进行了广泛而深入的研究，Seinfeld等［3］研究美国大气灰霾天气减少趋势与本地硫排放的关系;Kang等［4］分析了韩国首尔市霾天气与酸性气体污染物特征;Chan等［5］研究了北京、上海、广州、深圳和香港大气污染状况;张予燕等［6］研究了南京市大气细颗粒物中水溶性组分。目前，大气气溶胶污染研究的对象主要集中在美国、韩国等发达国家或国内一线大城市，采用的方法多为传统的滤膜法采样技术［7-12］。

该文采用较为先进的实时分析监测系统，在线观测大气气溶胶主要可溶性离子组分的小时浓度值，研究污染物化学转化过程，分析外来浮尘高空降落对苏州污染天气的影响，旨在为我国大气污染问题研究提供参考。

1 数据来源

所采用的数据来自2013年春季(3月)大气自动监测站，监测项目为 SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2．5小时质量浓度;苏州南门灰霾监测站在线气体组分及气溶胶监测系统，监测项目为PM中等8种水溶性离子浓度。

2 结果与讨论

2.1 污染物变化情况

2013年3月苏州市6种污染物日变化情况见图1。从图1可以看出，在非污染期3月12—31日，6种污染物的浓度变化平缓，3月8—9日出现一次明显污染过程，PM10日均质量浓度最高达246 μg/m3，根据《环境空气质量指数(AQI)技术规范》(HJ 633—2012)评价，AQI=190，为中度污染。

图1 3月苏州市6种污染物日变化情况

PM10与 PM2．5随时间变化情况见图2，PM10小时浓度在9日夜间出现明显攀升现象。从图3可见，9 日18:00 至 10 日 12:00，PM2．5/PM10经过了一次由降至升的变化过程，其中10日凌晨6:00左右比值最低(为15．3%)，说明大气中粗颗粒物已明显高于细颗粒物。根据相关文献推测［10-12］，可能是由外来浮尘影响所致。

图2 PM2．5与 PM10随时间变化情况

图3 PM2．5/PM10随时间变化情况

3月9—10日江苏省内连云港等5个城市PM10浓度变化见图4。此次污染过程是一次自北向南的污染过程。9日傍晚前后苏北连云港与盐城PM10小时平均浓度出现异常攀升，夜间21:00质量浓度最高(为751 μg/m3)，2 h后南京、南通和苏州可吸入颗粒物(PM10)质量浓度出现明显上升，最高达 590 μg/m3，之后大幅下降，10 日12:00已基本降至100 μg/m3以下。

图4 3月9—11日连云港、盐城、苏州、南京和南通PM10小时质量浓度变化情况

2.2 来源分析

利用HYSPLIT后向轨迹模型(Hybird Single-Particle LagrangianIntegrted Trajectory)［13］对苏州地区3月9日20:00大气运动进行分析，苏州市100、500、1 000 m高度气团均来自于华北北部与蒙古中西部，主要路径为自蒙古、京津冀、山东、沿海到达苏州，与在江苏省内沿海城市PM10小时质量浓度变化规律基本一致，见图5。

图5 3月9日20:00气团后向轨迹示意

激光雷达消光系数和退偏系数分别见图6、图7。3月8日上午12:00，2 km以上退偏系数已经较高，说明有浮尘已到达苏州市上空，9日23:00地面消光系数增强，其中2 km高空的消光系数最为明显，判断为外来浮尘由高空降落到地面所致。

图6 激光雷达消光系数

图7 激光雷达退偏系数

根据日本九州大学通过 CFORS模型(Chemical weather FORecasting System)化学天气预报数值模式运算结果［14］，对此次沙尘输送模式预测结果与地面监测情况基本吻合。离子分析结果见图8。

图8 离子分析结果

从图8可见，在污染时段前，由于外来浮尘气团的推动，导致颗粒物浓度增加，加之本地污染源的排放，促进二次气溶胶的形成，因此和浓度已急剧增加，其中质量浓度增长较为明显，最高达32．9 μg/m3，是非污染时段监测质量浓度的6倍左右。

浮尘进入时，表现为 K+、Ca2+、Mg2+浓度急剧上升，最高质量浓度分别达 2．472、1．796、0.333 μg/m3，是非污染时段监测质量浓度的1．5倍左右;此次污染过程，Na+与Cl－浓度也在污染前后分别出现了一次峰值，可能是由于污染路径是由沿海到达苏州所致。

图9 3月离子浓度占比情况

3 结论

2013年3月8—9日，苏州市持续2 d的中度污染天气是一次外来浮尘和本地源排放共同影响而导致的污染过程。PM10与PM2．5小时浓度在污染过程中有明显增加现象，其中PM10浓度增加更为明显，PM2．5/PM10经过一次由降至升变化过程，变化幅度为15．4% ～80．6%。

由于外来浮尘气团的推动，导致颗粒物浓度增加，加之本地污染源的排放，促进二次气溶胶的形成，是本次污染持续的重要因素之一。

此次浮尘经过的主要路径为自蒙古、京津冀、山东、江苏沿海(连云港、盐城、南通)到达苏州。冬末春初(3月)北方浮尘天气对江苏地区造成影响，不仅是苏北地区，苏南和沿海城市也会出现持续污染。

在北方沙尘频发的季节，建议做好环境质量管理与防护措施:加强空气质量监测，密切关注沙尘污染发生动态;建立有效的沙尘天气监测预警系统，强化对关键区域沙尘天气预警预报与综合防治研究，同时联合周边区域建立有效的区域联防联控机制;应采取严厉措施限制机动车尾气排放和工业气体排放，对建筑工地加强扬尘，浮尘等管理，减少本地污染源排放，以降低外来浮尘与本地污染物混合所造成的二次污染。

［1］金琴芳，郑怡．浅谈PM2．5的防治对策建议［J］．污染防治技术，2013，26(3):88-90．

［2］郑永杰，刘佳，田景芝，等．齐齐哈尔市春季大气中PM2．5的污染特征分析［J］．中国环境监测，2014，30(4):76-81．

［3］Seinfeld J． PandisS． Atmospheric chemistry and physics:From air pollution to climate change［M］．New York:John Wiley，2006．

［4］杜欢欢，成天涛．上海大气气溶胶化学特征及其对灰霾形成影响［D］．上海:复旦大学，2011．

［5］Chan C，Yao X．Air pollution in mega cities in China［J］．Atmospheric Environment，2008，42(1):1-42．

［6］张予燕，任兰，孙娟，等．南京大气细颗粒物中水溶性组分的污染特征［J］．中国环境监测，2013，29(4):25-27．

［7］袁超．香港PM2．5水溶性离子的在线监测仪器评估及理化特征分析［D］．山东:山东大学，2012．

［8］唐孝炎，张远航，邵敏．大气环境化学．2版．北京:高等教育出版社，2006．

［9］翁燕波，李应群，钱飞中，等．宁波市 PM10、PM2．5中水溶性无机阴离子浓度水平及分布特征［J］．中国环境监测，2007，23(2):32-34．

［10］李晓红，程慧波，王莉娜．兰州市大气颗粒物污染特征分析［J］．中国环境监测，2014，30(3):43-46．

［11］邱玉瑾，邱玉珺．我国西北典型大城市大气可吸入颗粒物浓度分布特征［J］．中国环境监测，2010，26(3):65-68．

［12］贾璇，陈建民．上海气溶胶光学及其对应的颗粒物化学组成特征研究［D］．上海:复旦大学，2012．