武汉市降尘污染特征及影响因素

周 珂，郭姝荃，周新萌，范 颖，郑燕萍

武汉市环境监测中心，湖北 武汉 430015

武汉市降尘污染特征及影响因素

周 珂，郭姝荃，周新萌，范 颖，郑燕萍

武汉市环境监测中心，湖北 武汉 430015

以武汉市2006—2013年降尘数据为例，采用SPSS19.0软件统计分析了中部地区内陆城市的降尘污染特征及其影响因素。结果表明，月均降尘污染呈5月峰、11月谷三次曲线型，季节降尘污染呈春季>夏季>冬(秋)季，年均降尘量呈显著下降趋势。各功能区降尘量差异显著，从多到少顺序依次为工业区>交通稠密区>居商工混区>清洁区。根据主成分分析结果，对于武汉这类经济发展中的中部内陆城市来说，气象因素是影响降尘的重要外在因素。社会因素是主要内在影响因素，其中经济发展因子的影响高于环境建设因子。

大气降尘；时空分布；气象因素；社会因素；主成分分析；内陆城市；武汉

大气降尘是一种物质与能量传输的重要媒介，是指粒径大于10 μm、能自由沉降到地面上的固体颗粒物[1]。降尘粒径较大，沉降速度快，飘散传播距离短，跨区域污染影响较小，是反映本地大气颗粒物污染的指标之一[2-4]。目前的降尘研究多针对西、北部城市等干旱和半干旱地区，其降尘量主要受扬尘、燃煤和气候的影响[5-9]，这些影响因素与中部内陆城市有着较大差异。本文以典型中部内陆城市武汉市2006—2013年城市降尘量为样本，利用社会科学统计软件(SPSS19.0)分析降尘污染变化规律和趋势，从城市功能区角度分析降尘空间分布和来源，并利用主成分法分析气象和社会影响因素，为中部地区内陆城市防治大气降尘污染提供科学依据。

1 实验部分

1.1 研究区域概况

武汉市位于中纬度内陆和长江中游平原地带，受城市热岛效应和伏旱时副高压控制，属于典型中部内陆城市气候(冬冷夏热，雨量充沛，日照充足)，集热容易散热难，静风频率高。武汉市环境质量公报显示，颗粒物为影响大气环境的首要污染物。研究表明，武汉大气降尘中存在着重金属[10]。这些金属污染物以及沙尘暴带来的远源粉尘可能是人类呼吸系统疾病的主要致病因子[11-13]。因此，近年来政府和公众高度关注大气颗粒物、降尘等污染问题。

1.2 数据采集

武汉市共设24个降尘监测点，见图1。采样及分析按照《环境空气 降尘的测定 重量法》(GB/T 15265—1994)要求完成。由于大气降尘监测周期长、环节多[14-15]，研究中剔除了明显低于或异常高于历年水平的异常数据。

2 结果与讨论

2.1 大气降尘污染特征分析

2.1.1 月季变化

通过分析武汉市8年的月均降尘量，建立拟合方程y=ax3+bx2+cx+d(y为月均降尘量，x为月份序列，见图2)。武汉市8年月均降尘量呈现5月峰、11月谷的三次曲线型(P=0.011)。其中降尘量最多的5月占全年降尘量的9.6%，降尘量最少的11月占全年降尘量的7.6%，5月的月均降尘量高出11月26.9%。4—5月与9月至次年2月之间的月均降尘量差异显著(P<0.05)。对逐年内的月均降尘量进行三次曲线模型拟合，也得到了类似规律。

根据中部地区常年气象情况，划分3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月至次年2月为冬季，各季降尘量从多到少变化规律为春季>夏季>冬(秋)季。春季降尘量占全年比例最高，为全年降尘的28.0%，秋季降尘量占全年比例最低，为23.6%。春季与其他3个季节降尘量均值差异显著(P<0.05)，其他季节之间差异不显著。武汉市春季降尘量比秋季仅高出17.7%，整体看中部内陆城市降尘量的季节性差异相对较小，污染状况也相对较轻[16-19]，与西、北部城市的降尘量呈现2～3倍的季节差异不同。

中部内陆城市的春季降尘污染最重[20-22]。有研究显示，每年由我国西北部沙尘越过秦岭抵达长江中下游地区所形成的浮尘天气在5 d以上[23]。北方沙尘被输送到长江中下游地区，随气流和雨水降落地表，形成降尘。某些内陆城市春季降尘的粒度组成特征与其他月份有显著差异，推测为北方沙尘输送至内陆城市过程中的各种运动导致[24-25]。因此，北方沙尘及高空浮尘为武汉等中部内陆城市降尘污染重要的外来源[26-27]。

中部内陆城市的秋、冬季降尘污染状况相对较轻。西、北部城市的集中燃煤采暖会加重秋、冬季的降尘污染，有地区甚至将降尘污染研究期分为“采暖期”和“非采暖期”[28]。而目前大部分中部内陆城市尚未集中供暖，此时工业、建筑和道路施工基本稳定，农业生产有所减缓。研究显示，在整体排污状况基本稳定的情况下，下垫面状况是影响降尘的重要因素[29]。尽管秋、冬季中部内陆城市的空气质量状况比其他季节差，但此时静稳天气频现，低层空气对流较弱，近地面风速小，起尘的动力条件减弱，降尘污染相对最轻。

2.1.2 空间分布

根据武汉市城市功能区划和降尘来源，将24个监测点划分为清洁区、居商工混区、交通稠密区和工业区。各功能区降尘量从多到少依次为工业区>交通稠密区>居商工混区>清洁区(P<0.05)，4类功能区降尘量均值之间差异显著(见图3)。

注：“*”表示均值差的显著性水平为0.05；“工”型上限代表1/4高值，下限代表3/4高值。

武汉市近年来不断深入推进全国中心城市建设，基础设施、轨道施工等造成了大量的施工扬尘，这里将周边建设集中的测点纳入工业区一并统计。结合功能区降尘特征可初步推断武汉降尘的本地源主要是施工尘、工业尘和交通尘。武汉市包括建设工地在内的工业区的降尘量占全市降尘量的35.3%，降尘贡献率最高。其次，交通稠密区的降尘量占全市降尘量的28.8%。武汉机动车保有量和公路建设量逐年攀升，汽车尾气和道路交通二次扬尘等交通源成为另一主要尘源。

2.2 大气降尘污染变化趋势

近年来，随着建成区的不断扩大，清洁区内人口密度和工、商业行为不断增加，加重了清洁区的降尘污染。根据秩排序结果，清洁区秩相关系数已接近显著变化的临界值(P=0.048)，降尘量有潜在上升趋势，必须控制这些外部因素以保证该区的环境功能。除居商工混区外，武汉市全市、交通稠密区和工业区年均降尘量分别以每年3.1%、4.2%、5.1%的速度显著下降(P<0.05)，见表1和图4。

表1 2006—2013年武汉市降尘量及其变化趋势

注：“** ”表示在0.01水平(双侧)上显著相关；“*”表示在0.05水平(双侧)上显著相关。

图4 2006—2013年武汉市各功能区年均降尘量变化趋势

武汉市近年来采取了一系列工业企业污染整治和环境综合治理措施：推动燃煤锅炉实施烟气脱硫改造，除尘设备升级；强化污染源综合管理，严格控制工地扬尘；增加城市道路冲洗保洁频次，实施降尘作业；减少机动车污染排放，提升车用燃油品质，加快推进高排量机动车更新淘汰等。这些防尘措施是切实可行的，已取得了实效。

2.3 大气降尘污染影响因素

有研究显示，气候因素影响相对集中，社会因素的影响复杂而分散[30]，本文运用主成分法分别分析气象和社会影响因素。

2.3.1 气象因素影响

运用SPSS19.0统计软件计算出相关系数矩阵、特征值、因子贡献率及旋转前因子载荷阵，见表2。计算得到的前2个主成分的特征值分别为2.921和2.011，贡献率分别为41.729%和28.735%，累积贡献率为70.464%，表明前2个主成分能够概括大部分气象信息。

表2 气象因素与降尘量旋转成分矩阵及Pearson相关性

注：“** ”表示在0.01水平(双侧)上显著相关；“*”表示在0.05水平(双侧)上显著相关。

第一主成分对气压、气温、日照时间载荷较高，可称为热-压因子。这3项因子的Pearson相关系数分别为-0.186、0.171、0.219(P<0.1)，说明低热-高压条件下降尘量少。第二主成分对相对湿度、雨日载荷较高，可称为湿度因子。相对湿度Pearson相关系数为-0.539(P<0.01)，经检验为显著相关，说明高湿度条件下降尘量少。

2.3.2 社会因素影响

在24个社会因素中选择前17个主要因子(P<0.05)进行分析，结果见表3。前2个主成分的特征值分别为9.394和6.788，贡献率分别为55.260%和39.931%，累积贡献率为95.191%，表明前2个主成分能够概括绝大部分社会因素信息。

表 3 社会因素旋转成分矩阵

注：24项社会因子中，粮食种植面积(万hm2)、木材采伐量(m3)、建成区绿化覆盖率(%)、烟尘排放总量(万t)、造林面积(hm2)、人均公共绿地面积(m2)、全市户籍人口(万人)等7项因子相对降尘量的显著性大于0.05，因此不纳入主成分分析。

17个社会影响因素中仅工业烟尘排放量与降尘量呈正相关(Pearson 相关系数为0.782)，其余影响因素均为负相关(Pearson相关系数分别为-0.931到-0.718)。第一主成分中载荷较高的因子包括GDP、三大产业增加值等主要经济指标和机动车保有量、房地产开发投资等与经济发展密切相关的社会发展指标，因此将第一主成分统称为经济发展因子。第二主成分中载荷较高的因子包括了森林覆盖率、公园绿地面积等环境保护指标和工业废气、烟尘排放量等污染排放指标，因此将第二主成分统称为环境建设因子。

从影响降尘量的气象因素和社会因素的载荷来看，社会因素的载荷绝对值高于气象因素。载荷绝对值大于0.800的社会因素有14个(占82.3%)，气象因素有4个(占57.1%)。社会因素第一主成分中11项因子的载荷值有10项高于0.800，第二主成分中6项因子的载荷值有4项高于0.800。说明社会因素对武汉市降尘量的影响要大于气象因素，其中经济发展因子的影响又要高于环境建设因子。

对于经济欠发达的西北部地区，气候条件可能决定着生态环境的优劣，资源消耗型的不良经济增长甚至对生态环境有一定负面影响[30]。但对于武汉市这类经济相对发展的中部内陆区域，经济发展因素才是决定生态环境优劣的关键因素，可持续经济发展会促进生态环境的优化。这几年，武汉市经济水平发生了巨大变化，GDP等主要经济指标不断提高，房地产开发、机动车保有量、交通客货运输等对环境不利的因素逐年增加，但森林覆盖率、公园绿地面积等环境保护建设在加强，而工业烟尘、废气排放量逐年下降，降尘污染逐年减轻。可见，对城市降尘污染的控制需要在高质量发展经济的同时加强生态文明的建设[31-33]。

3 结论

1)武汉市的月均降尘量呈现5月峰、11月谷三次曲线型，各季降尘量从多到少顺序依次为春季>夏季>冬(秋)季。各功能区的降尘量从多到少顺序依次为工业区>交通稠密区>居商工混区>清洁区，施工尘、工业尘和交通尘源是造成降尘污染的主要本地源。

2)武汉市的降尘量总体呈逐年下降趋势，特别是工业区和交通稠密区的降尘量下降明显，说明这几年采取的工业企业污染整治、施工扬尘污染治理和机动车污染控制等措施是切实可行的，取得了实效。

3)通过主成分分析表明，气象条件是影响降尘量的重要外在因素，总体呈现高压-低温、高湿情况下降尘量少的特点。社会因素的载荷绝对值高于气象因素，可见社会因素对武汉市降尘量的影响要大于气象因素，其中经济发展因子的影响高于环境建设因子。社会经济状况是决定生态环境优劣的主要内在因素，高质量的可持续经济发展会带动环境综合整治和社会基础设施的发展，从而促进生态环境的优化。

[1] COREY R L,JASON C.The contemporary physical and chemical flux of aeolian dust:A synthesis of direct measurements of dust deposition[J].Chemical Geology,2009,267(1):46-63.

[2] 奚旦立,孙裕生,刘秀英.环境监测[M].北京:高等教育出版社，2004.

[3] 原国家环保总局， 《空气和废气监测分析方法》编委会.空气和废气监测分析方法[M].4 版.北京:中国环境科学出版社,2003：201-203.

[4] 吴国平,王丰基,梁志锋,等.顺德大气降尘中重金属污染特征分析[J].环境保护,2009(4):46-48.

[5] WU Y S,FANG G C,LEE W J,et al.A review of atmospheric fine particulate matter and its associated trace metal pollutants in Asian countries during period 1995—2005[J].Journal of Hazardous Materials,2007,143(1):511-515.

[6] 李晋昌,董治宝.大气降尘研究进展及展望[J].干旱区资源与环境,2010,24(2):102-109.

[7] 蔺昕,李晓军,胡涛,等.北方典型城市降尘时空分布特征及影响因素分析[J].生态环境,2008,17(1):143-146.

[8] 郭婧,徐谦,荆红卫,等.北京市近年来大气降尘变化规律及趋势[J].中国环境监测,2006,22(4):49-52.

[9] 唐杨,徐志方,韩贵琳.北京及其北部地区大气降尘时空分布特征[J].环境科学与技术,2011,34(2):115-119.

[10] 胡瑞春,邱玲.重金属污染物在武汉城区表土、大气降尘中的赋存形态特征研究[J].资源环境与工程,2008,22(增刊2):31-35.

[11] MOON H B,LEE S J,CHOI H G,et al.Atmospheric deposition of polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs) and dibenzofurans (PCDFs) in urban and suburban areas of Korea[J].Chemosphere,2005,58(11):1 525-1 534.

[12] WONG C S C,LI X D,ZHANG G,et al.Atmospheric deposition of heavy metals in the Pearl River Delta,China[J].Atmospheric Environment,2003,37(6):767-776.

[13] 王振全,王式功,高金霞,等.西北地区沙尘暴降尘部分特性的分析[J].环境与健康杂志,2008,25(12):1 053-1 055.

[14] 黄嫣旻,居力,魏海萍,等.上海市降尘监测中存在的问题[J].中国环境监测,2009,25(2):97-100.

[15] 钱广强,董治宝.大气降尘收集方法及相关问题研究[J].中国沙漠,2004,24(6):779-782.

[16] 窦毅举,韩龙生.乌鲁木齐大气降尘的影响因素研究[J].大气环境,1989,4(1):17-22.

[17] 张宁,李春生.兰州市大气降尘沉积物的粒度分布特征研究[J].干旱环境监测,1998,12(1):15-19,31.

[18] 李昌平,李月娥,佘童.徐州市近年来大气降尘变化规律及趋势[J].环境科学与管理,2008,33(6):40-44.

[19] 韩静.淮阴区大气降尘污染状况探讨[J].环境科技,2006,19(增刊2):79-80.

[20] 李山泉,李德成,张甘霖.南京不同功能区大气降尘速率及其影响因素分析[J].土壤,2014,46(2):366-372.

[21] 张国宏,谈建国,郑有飞,等.上海市月降尘量与气象因子间关系研究[J].气象科学,2006,26(3):328-333.

[22] 张国宏.上海吴淞工业区降尘与气象因子关系研究[D].南京:南京信息工程大学,2006.

[23] 刘东生.黄土与环境[M].北京:科学出版社,1985.

[24] 杨立辉,顾李颖,苏优.芜湖市春夏季大气干降尘的粒径特征及其环境意义[J].皖西学院学报,2014,30(2):111-114.

[25] 师育新,戴雪荣,宋之光,等.上海春季沙尘与非沙尘天气大气颗粒物粒度组成与矿物成分[J].中国沙漠,2006,26(5):780-785.

[26] SUN L,ZHOU X K,LU J T,et al.Climatology,trend analysis and prediction of sandstorm and their associated dustfall in China[J].Water Air & Soil Pollution:Focus,2003,3(2):41-50.

[27] 文倩,戴君峰,崔卫国,等.关于现代浮尘研究与进展[J].干旱区研究,2001,18(4):68-71.

[28] 刘梦潇.乌鲁木齐市近年来大气降尘变化规律及趋势[J].新疆环境保护,2008,30(2):35-37.

[29] 李晋昌,董治宝,王训明.中国北方东部地区春季降尘量及其环境意义[J].中国沙漠,2008,28(2):195-201.

[30] 高贵生,宋理明,马宗泰.青海省降尘量时空分布及其影响因素分析[J].中国沙漠,2013,33(4):1 124-1 130.

[31] 吴诗荣.武汉市经济增长与环境污染水平关系研究[J].中国环保产业,2005(7):14-16.

[32] 周倩蓉.武汉市经济增长与环境污染关系研究——基于环境库兹涅茨曲线[J].商业经济,2012(21):27-29.

[33] 李政,王坎,任津,等.湖北省主要工业污染物排放的环境库兹涅茨特征研究[J].环境科学与技术,2011(增刊2):55-59.

Feature and Cause Analysis of Dustfall Pollution of Wuhan

ZHOU Ke, GUO Shuquan, ZHOU Xinmeng, FAN Ying, ZHENG Yanping

Wuhan Environmental Monitoring Centre, Wuhan 430015, China

The dustfall content in Wuhan from 2006 to 2013 was statistically analyzed by using SPSS19.0 as a case study to analyze the feature and cause of dustfall pollution in middle inland cities. The result showed that monthly dustfall had the highest content in May and the lowest content in November which can be presented as a cubic curve, seasonal dustfall content appeared as spring>summer>winter(autumn), the average annual dustfall content has significantly fall. There were obvious differences among four functional districts:industrial>heavy traffic>commercial mix residential>clean background. According to the result of principle component analysis, meteorological factors are the important extrinsic factor for the developing middle inland cities such as Wuhan; however social factors are the major intrinsic factor. In addition, economic developing indicators have more impact than environmental constructing indicators.

dustfall;temporal and spatial distribution;meteorological factors;social factors;principal component analysis;inland city;Wuhan

2014-12-23;

2015-05-26

周 珂(1984-)，女，湖北武汉人，硕士，工程师。

X823

A

1002-6002(2016)01- 0058- 06