成都市PM2.5指标的影响因子分析及其防治策略

杨 春，余 江，余 毅，景丽荣，钱 梅，邓 婕

(1.四川师范大学化学与材料科学学院；2.四川大学建筑与环境学院；

3.四川师范大学学报(自然科学版)编辑部；4.四川师范大学数学与软件科学学院)

【特约专稿】

成都市PM2.5指标的影响因子分析及其防治策略

杨 春1，余 江2，余 毅3，景丽荣1，钱 梅4，邓 婕4

(1.四川师范大学化学与材料科学学院；2.四川大学建筑与环境学院；

3.四川师范大学学报(自然科学版)编辑部；4.四川师范大学数学与软件科学学院)

采集了2015年全年成都市主要城区的大气监测数据，按月进行了相关统计.结合成都市人口经济、机动车尾气、工业分布及排放等实际情况，论述了空气PM2.5污染来源；针对实时采集的数据，绘制了成都市气温、降雨量与PM2.5数值的关系图，分析了成都市地理、气候因素对PM2.5指标的影响，进一步提出了有针对性的系列防治策略与措施.

PM2.5；影响因子；大气污染

随着城市经济的发展和人口剧增，城市空气污染日趋严重，尤其是处于内陆的大城市尤为严重；近年来被广为关注的空气污染PM2.5指数成为威胁和影响人们健康的重要议题，关于PM2.5的组成及危害已有较多文献报导[1-3].通过监测和采集大气中PM2.5数据，分析数据规律，为治理空气污染，指导相关控制措施具有重大意义.近年来，就成都市有关PM2.5的全年以上的数据采集，并结合地理气象及相关污染源的分析还没有文献报导.本文作者采集了2015年1月到2016年3月成都市主要城区的大气监测数据，包括空气质量指数(AQI)、细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NO2)、一氧化碳(CO)、近地层臭氧(O3)的日数据，按月进行了统计；同时收集了成都市全年气温、降雨量及其它相关污染成分信息，分析了这些影响因子与PM2.5指标关联，进一步提出了系列防治措施.

1 PM2.5数据的采集及污染来源分析

1.1 数据的采集

本文调研区域主要是四川省成都市主城区，包括锦江区、青羊区、武侯区、高新区、成华区、及金牛区.实时采集点:君平街、沙河铺、大石西路、梁家巷、三瓦窑、金泉两河、十里店、灵岩山8个监测点位空气质量监测数据.监测点这样布置，基本上达到覆盖全市，分别在各城区取样的目的，虽然监测点可能不够全面，但基本上能反映成都市空气质量情况.采集空气质量参数有:PM2.5，AQI，SO2，NO2，PM10，CO，O3浓度值，当天形成记录表，满一月后进行汇总.采集时间从2015年1月至2016年3月，总共15个月.

1.2 PM2.5污染来源分析

PM2.5的来源复杂，由自然和人为共同造成.工厂、交通、居民生活，都会有大量的消耗和排放.成都市目前工业集中为第三产业和新兴工业，成都是西部商业贸易中心，也是内陆产业的转移基地[4].近年来大量的沿海信息产业及一些机械、轻化工企业入驻成都市，人口和经济发展迅猛，成都市PM2.5的污染来源主要有以下方面.

(1)机动车尾气的排放.机动车尾气中的有害物质氮氧化物、碳氧化物、硫化物、铅、多环芳烃等致癌有机物极易吸附在PM2.5颗粒表面，机动车尾气排放成为移动污染源，这些有害化学物质具有长距离、长时间的传播特性，并造成更为严重的危害[1].1kg汽油燃烧产生约150～200 gCO，4～8 g CHx，4～20 g NOx.具统计分析，大约每吨汽油燃烧会产生20～70 kg有害废气(CO、NOx、CHx)[5].2015年成都机动车保有量约366万辆，截止2016年6月底，成都机动车保有量约389万辆，位居全国第二.机动车平均年行驶2万km，平均油耗7.22 L/100 km.2015年成都市机动车耗油量为:366万辆×2万km×7.22 L/100 km＝52.85亿L，经计算每年将排放1.05～3.70亿kg有害气体，平均每天将产生290～1014吨，数量相当巨大.交通拥堵的情况造成机动车时常处于怠速状态，而这使机动车排放的废气是正常行驶状态下的5～10倍[6]，因此，车用燃料、机动车尾气污染是影响PM2.5含量的主要因素之一.(2)建筑及道路施工扬尘将产生多种有害物质[7]，是PM2.5的重要来源.成都市正在大力发展城市建设，如高新开发区、天府新区、地铁建设等.成都市2015年道路修建改造成为市政建设的一项重要工程，仅中心城区就有480条水泥路面在改造.地铁3、4、5、6号线也在进行不同时期的开工建设，年修建长度约200 km，地铁修建挖土立方数十分可观；建筑及道路施工对成都市PM2.5数据变化有很大的影响.(3)成都市城区面积约500 km2，城市道路占20%，约为100 km2，水泥路面占道路面积50%，约50 km2，以每年水泥道路磨掉0.2 mm计，磨掉水泥产尘体积为10000m3，以产尘量的60%进入城市空气环境，为6000 m3，比重按2000 kg/m3计，每年进入成都市主城区环境空气的水泥道路尘为12000吨，平均每天33吨.如果没有降雨、刮风等外部条件清除，这部分尘粒均以极细小的微粒(PM2.5)漂浮在空气中，如果30天不吹风、下雨，在成都市城市空气环境中悬浮的水泥扬尘就会达到1000吨之多，严重危害人群健康.(4)工厂废气排放、燃煤及秸秆垃圾焚烧.在我国部分地区，尤其是西部科技水平较落后.大量工厂缺乏对环保投入，高能耗运行.如火电厂的煤炭燃烧会产生很多的有害气体物质，如:硫、氟、磷、氯和砷等，其中硫为首要危害[8].

除了燃煤、机动车、工业、施工以外城市生产生活和农业生产生活，如畜牧养殖业等也会污染空气[9]，影响PM2.5变化还包括餐饮油烟、生物质燃烧废气[10](生活垃圾、落叶及农业秸秆燃烧)、汽修装修排放的苯类、甲醛等有毒气体，还有烟花爆竹燃放、外地传输(沙尘暴等.

2 成都市PM2.5指标的影响因子

2.1 地理环境

成都市位于四川盆地西部，东西距离192 km，南北距离166 km，属内陆地带，属盆地气候，地理海拔是东低西高.具有如下气候特征:(1)风速常年小于3级，静风频率占全年32%～55%；(2)湿度大，年平均相对湿度为79%～84%；(3)阴天多晴天少，年平均日照1042～1412 h，日照率约为24～32%；(3)冬季气温相对高，无霜期长，最冷季节1月平均气温为5℃左右，同比相同纬度的长江中下游地区高2～3℃；(4)冬春雨少，夏秋雨量充沛.90%以上降雨量集中在6～9月，1000 mm以上的降雨量平均50%以上集中7～8月.

由于成都处于四川盆地，四面环山，近地面空气流动性小，冬季风速小甚至无风，成都气候潮湿且较为温暖，昼夜及四季温差小，冬季雨水少.这种地理环境与气候特征[11]，不利于大气污染物的扩散，这无疑为PM2.5的产生扩散提供了有利的先天条件.

2.2 温度和降雨量的影响

根据全年PM2.5采集的数据，我们计算了月平均值，同时计算了2015年成都市月平均温度与降雨量，见表1.

表1 2015年成都月平均温度、月降雨量和月平均PM2.5数据表Table 1 The average monthly temperature，rainfall and the PM2.5data of Chengdu in 2015

为了便于分析，图1显示了2015年各月份PM2.5变化的折线图；图2绘制了PM2.5与月平均温度关系图，图3显示了PM2.5与月平均降雨量关系.

由图1可看出4～9月PM2.5含量平均在50 ug/ m3以下，而10月下旬开始，逐步增长，1月份达到最高值.PM2.5浓度整体趋势为从冬季到夏季不断降低，从夏季到冬季不断上升，呈现明显的冬季较高、夏季较低的特征.

由图2可看出随着月平均温度的升高，成都市月平均PM2.5含量呈不断下降趋势.当气温大于15℃后，PM2.5含量平均在50 ug/m3上下，而气温小于10℃，则PM2.5含量明显升高，部分天气情况达到150 ug/m3以上.由图3分析发现，随着月平均降雨量的增加，成都市月平均PM2.5含量逐渐降低，呈不断下降趋势；当月平均降雨量高于50 mm后，PM2.5含量月平均值也将小于50 ug/m3.

图1 各月平均PM2.5变化折线图Fig.1 The average monthly PM2.5change line

图2 PM2.5含量与温度曲线图Fig.2.The PM2.5levels and the temperature curve

图3 PM2.5含量与月平均降雨量曲线图Fig.3 The PM2.5levels and the average monthly rainfall

以上图表数据表明，气温和降雨量对PM2.5浓度影响相当显著.随着气温上升，大气分子运动更加剧烈，近地面温度上升，大气对流作用逐渐增强，PM2.5可扩散性增强，从而降低空气中PM2.5含量.反之，越靠近冬季气温越低，出现逆温层，不利于PM2.5扩散，PM2.5浓度升高.降雨对大气污染物具有湿沉降作用，促进了PM2.5含量降低，同时下雨天空气对流加剧，会伴随风力作用，将PM2.5物理带下，使其浓度得到稀释.由于冬季少雨，气温低的双重因素，冬天雾霾严重，PM2.5自然浓度相当高；相反随着春季气温升高，雨水增多，夏季空气中PM2.5浓度较小，空气质量比冬天好.

3 PM2.5防治措施

3.1 针对交通和道路污染源的治理措施

对于目前成都PM2.5最大贡献来自于机动车尾气，首先必须对成都市市区的机动车尾气污染进行治理.(1)大力发展公共交通，轨道交通，出台鼓励减少机动车增长数量的政策，如家庭购买多台汽车缴纳更多税费，进一步加强“机动车限号出行”措施，目前已经采取了二环路与三环路每日7:30～20:00的限行措施，建议在冬季或雾霾容易形成的月份，实施单双号限行；(2)可以结合国外城市环境管理经验[12]，适当提高机动车在城市的行驶速度，从而减少汽车燃油用量，这是减缓机动车行驶对城市空气污染的有效方法.对于交通拥堵的情况，也可以采取如修建二环高架路这种措施，从本质上缓解成都市内的交通拥挤的压力.(3)强制公共交通机动车使用电能、天然气等环保清洁能源.政府可以采用积极补贴的方法，鼓励市民改用油电联动或新型电池动力汽车，如果在市内实施环保新能源汽车措施，初步估计市区大气环境质量会提升60%.(4)鼓励滴滴、Uber打车软件应用，改变市民出行习惯，适当提高市内机动车停车收费，增加私车市内行驶成本.应当借鉴国外一些经验，如韩国的出租车采取合乘制，德国和新加坡在交通高峰期不允许私家车空车上路，否则将被罚款等等[12].(5)禁止随车携带粉尘的车辆未经清理进入城区，避免造成城区扬尘的二次污染.

沥青混凝土路面由于具有粘结性，产生的细小微粒就要少得多，对城市空气环境质量影响也要小得多，发达国家城市均是沥青混凝土路面，无水泥路面.如第三章所述，最好的例证之一就是与成都市气候条件比较相似的重庆市.重庆市和成都市相比，城市建成区面积差不多，城市区机动车数量也差不了多少，但重庆市2007年完成了城市道路的白改黑(指水泥路面改为柏油路面)，城市建成区已经没有水泥路面，这是重庆近几年来城市空气质量一直好于成都的重要的原因之一.

对现有城市道路尽快实施“白改黑”是改善我省城市空气环境质量行之有效的措施，同时我省城市道路建设，特别是主要交通干线建设，应严禁新建水泥路面道路.

3.2 针对工业排放和建筑施工的治理措施

空气污染很大程度来源于企业废气排放，尤其是城市高能耗、技术落后的企业，应科学进行城市发展的总体规划，尤其是需要兼顾传统支柱企业的调整与改革，重新布局工业结构，彻底改造基础设施建设，具体建议如下:(1)统一规划建设产业类型相同的企业园区，对企业的污染排放进行统一监管、集中处理；(2)关闭能耗高，污染排放严重且产值低的企业，通过合并转型等方式，解决这部分企业的出路；(3)对于高污染的的支柱企业，加强执法力度，同时促使企业加大对环保的投入，限时进行技术改造；(4)加强监控柴油汽油、燃煤的质量，逐步将燃煤改为燃气，将清洁高效和可持续利用放在首位；(5)对于比较普遍的污染源治理，政府加大财政补贴，如煤改、脱硫脱硝、除尘等方面的投入.

建筑施工应空气流动容易造成扬尘，扬尘中很大部分的颗粒物因粒径较小、质量小，可长期悬浮于空气中，随时间推移，与汽车尾气或其它废气相互作用，形成复杂难以降解的微小漂浮物，是形成城市PM2.5的重要来源.对于这方面的治理措施建议如下:(1)加强对建筑施工工地的监管，制订和强制执行防治扬尘的施工规范与措施，如必须采用洒水降尘，对运输车辆进行清洗，随时清楚漏洒在地面的尘土等；(2)必须采用密闭方式运输建筑垃圾，对容易洒落的建筑垃圾、土石方必须进行覆盖，减少对地面的漏洒；(3)安装扬尘在线监测设施，从源头监督.近年来，虽然成都市采取了很多措施，但仍然存在不少的建筑工地扬尘四起，只有进一步加强监管和处罚力度，才能具有更加显著的成效.

3.3 针对秸秆焚烧及居民生活污染源的治理措施

秸秆农作物、烟花垃圾等其它物质的燃烧也是一个重要的PM2.5来源，冬季和春节燃放秸秆和烟火将极大增加复杂的二次粒子污染[13]，对其防治不容忽视，建议措施有:(1)认真引导群众贯彻执行现有的《秸秆禁烧综合利用管理办法》、《大气污染防治法》等法律法规和政策，加强宣传焚烧秸秆的危害，增强公众法律意识、环保意识.(2)积极开展再生资源利用，推广秸秆综合利用技术.通过市、县、镇、村等组织帮助广大农民群众处理好秸秆，联系工厂企业收购农村的作物秸秆用于食用菌基料、制板、发电、沤制沼气、造纸、编织等；加工饲料，大力发展畜牧养殖业，实行秸秆养畜过腹还田，这些切实可行的措施可以从根本上解决秸秆焚烧的问题.(3)在主城区禁止燃放烟花爆竹，加大监管力度；开发电子烟花，改进烟花配方，使用污染较小的烟花燃放，严格限制高污染烟花爆竹的制造和流入市场.

饮食业油烟也是PM2.5的污染源之一.对于一般居民加强宣传油烟排放维护，引导购买使用新型环保的抽油烟机；对于大型餐饮，如学校、大型园区食堂、餐饮企业等，应增加统一处理油烟排放设备，加强环境监测和管理，对排放油烟不能达标的企业或单位，应实行限期治理.

3.4 其它治理措施

为了更加有效地监控和防治PM2.5污染，必须建立一个技术更加先进、检测全面、全局分布的大气监测网络，实时准确采集PM2.5污染数据，建设一个自动高效全覆盖的大气监控网络，也是促进低碳生态城市建设的重要举措[14].随着成都市人口工业的发展，大气污染导致的PM2.5问题日趋严重，而目前这些监测站主要分布在城市的城区内，监测网络还没有覆盖全市.作为西部经济中心，也是最宜居住的大城市，成都正大步向国际化大都市发展，成渝经济带、一带一路重要枢纽、自贸区的获批等一系列重要发展历程，非常有必要加强完善监测网络的建设，扩大监测网点建设范畴，增加在五城区以外的重要区域和工业园区监测站点.

加紧对环保技术的研究和应用推广，启动一批环境治理可产业化应用项目，对有利于节能减排的科技项目，有限支持.如大力鼓励扶持汽车尾气过滤净化技术、混合能源技术、光触媒空气净化技术等的推广应用.

在现有科研基础上，需要进一步针对成都市的大气情况，研究PM2.5的化学物理组成结构，化学性质、毒性和污染物来源，研究这些物质在成都气候条件下的物理化学变化过程与机理，如污染物光化学反应及二次污染物的形成过程及相关机理，进一步掌握PM2.5空气中扩散传输机制、演化机制，最终为PM2.5污染防治提供更科学的依据.

此外，植物也对滞留大气中的颗粒物具有吸附作用，对空气的净化也有较好的效果，随着城市的扩展和旧城改造，加强园林绿化规划建设，也是防治PM2.5的一个重要措施；提高城市绿化率是世界各国进行PM2.5末端治理的重要手段[12].

4 结语

经过对成都市一年以来的大气PM2.5含量的监测统计，大气PM2.5污染主要来源于机动车尾气、城市建设中的建筑与道路施工扬尘、工厂废气排放、燃煤及秸秆垃圾焚烧等.成都处于四川盆地，近地面空气流动性小，冬季风速小甚至无风，这种环境地理条件和气候气象特征，存在不利于大气污染物的扩散和稀释.结合月气温和月降雨量进行分析，发现当气温大于15℃后，PM2.5含量平均在50 ug/m3上下，而气温小于10℃，则PM2.5含量明显升高，部分天气情况达到150 ug/m3以上.随着月平均降雨量的增加，成都市月平均PM2.5含量逐渐降低，呈不断下降趋势；当月平均降雨量高于50 mm后，PM2.5含量月平均值也将小于50 ug/m3.在防治大气PM2.5污染方面，应加强对机动车进行系列管控，制订减少机动车尾气排放措施，鼓励使用新能源，进行道路白改“黑”，加强工业结构调整，实施多方位地环境监测与管理，政府和主管部门需要切实牵头做好每一细节，发动全民参与，只有长期不懈努力治理大气PM2.5污染，才能回归更多的蓝天!

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(责任编辑:李建忠，付强，张阳，罗敏；英文编辑:周序林，郑玉才)

Analysis of the impact factors of PM2.5in Chengdu and its prevention strategies

YANG Cun1，YU Jiang2，YU Yi3，JIN Li-rong1，QIAN Mei4，DENG Jie4
(1.School of Chemistry and Materials，Sichuan Normal University，Chendu 610066，P.R.C.；2.School of Architecture and Environment，Sichuan University，Chengdu 610065，P.R.C.；3.The Journal Editorial Office，Sichuan Normal University，Chendu 610066，P.R.C.；4.School of Mathematical and Software，Sichuan Normal University，Chendu 610066，P.R.C.)

The atmospheric monitoring data of the main urban areas of Chengdu in 2015 were collected，and the monthly statistics was carried out based on these data.Combined with the population of Chengdu economic situation，the motor vehicle exhaust emissions，industrial distribution and actual situations，the air PM2.5pollution sources are discussed；the relaltionship between PM2.5 values and air temperature，rainfall of Chengdu are drawn based on the real-time data.The geographical and climatic factors of Chengdu influencing PM2.5are analyzed，furthermore，a series of targeted prevention strategies and measures are proposed.

PM2.5；impact factor；atmospheric pollution

X131.1；X51

A

2095-4271(2016)06-0626-06

10.11920/xnmdzk.2016.06.006

2016-10-08

杨春(1970-)，男，汉族，四川平武人，教授，博士.研究方向:材料物理化学.E-mail:328341729＠qq.com

国家自然科学基金资助(批准号51172150)；四川省软科学计划资助(批准号2015ZR0184)