汕头市金平区一次重污染天气过程的PM2.5来源解析*

吴鉴原，张宇烽，汪佳俊，黄育秋，陈婷婷，杨素霞，占美君，谢远术

(1 汕头市环境保护监测站，广东　汕头　515041；2 广州禾信分析仪器有限公司，广东　广州　510530)



汕头市金平区一次重污染天气过程的PM2.5来源解析*

吴鉴原1，张宇烽1，汪佳俊1，黄育秋1，陈婷婷1，杨素霞1，占美君1，谢远术2

(1 汕头市环境保护监测站，广东汕头515041；2 广州禾信分析仪器有限公司，广东广州510530)

2015年1月5日至6日汕头市金平区的出现了一次重污染天气过程，严重影响了该地区人们的生活健康。利用单颗粒气溶胶质谱(SPAMS)在线监测设备，对污染过程的PM2.5的化学成分和来源进行全面分析，结果表明：本次持续污染过程主要是由于气象扩散条件不利，燃煤源颗粒富集过多导致，建议在重污染天气时优先考虑加强对燃煤源采取管控措施。

单颗粒气溶胶质谱(SPAMS)；重污染；来源解析

汕头，中国最早开放的经济特区，广东省政府定位的省域副中心城市，粤东地区区域中心城市，是粤东、赣南、闽西南一带的重要交通枢纽、进出口岸和商品集散地，素有“岭东门户、华南要冲”、“海滨邹鲁、美食之乡”的美称。共辖6区1县，分别是龙湖区、金平区、濠江区、潮阳区、潮南区、澄海区和南澳县。金平区是汕头市政府所在地，也是汕头市政治、经济、文化、商业中心和重要的工业、科技基地，更是汕头经济特区水陆交通枢纽的重要门户。

在线单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS，Single Particle Aerosol Mass Spectrometer)是基于质谱技术的细颗粒物在线源解析监测设备。通过SPAMS我们可以同时获取单个细颗粒物的粒径大小和化学组成，在建立本地源谱库后可以在线实时对每个细颗粒物的来源进行判别。本文利用该技术在线实时得到金平区重污染天气过程的PM2.5的化学组成及来源，追溯重污染天气时的细颗粒物主要来源，为重污染天气出现时的应急处置措施的确定提供科学依据。

1　监测信息

(1) 监测地点：汕头市金平区中山公园;

(2) 监测仪器：单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS 0515);

(3) 采样方式：环境空气经PM2.5切割头切割后直接进入SPAMS分析;

(4) 监测时间：1月5日18:00～1月6日15:00;

(5) 监测点的分布图如图1所示。

图1　监测点位分布图Fig.1　Monitoring points distribution

2　监测期间气象条件及空气质量状况

2.1监测期间气象分析

图2　金平区采样期间气象数据Fig.2　Meteorological data of Jinping District during sampling

监测期间金平区平均风速1.2 m/s，最低风速0.3 m/s，最高风速2.9 m/s；以西风为主；湿度范围在59%～82%；气温平均值为18.2 ℃，最低气温16.6 ℃，最高气温22.9 ℃；气压范围在1011.9～1014.9 hPa。1月6日有0.2 mm的降雨量[1,4-5]。

2.2监测期间空气质量状况

监测期间金平区AQI范围在83～217之间，有4 h处于重度污染状态，8 h处于中度污染状态；PM2.5小时浓度平均值为116 μg/m3，浓度范围为61 μg/m3～167 μg/m3，峰值167 μg/m3发生在1月6日10时。可见监测期间金平区处于重污染天气。

图3　金平区采样期间空气质量AQI变化图Fig.3　Quality AQI variation of Jinping District during sampling

图4　金平区采样期间各污染物浓度变化图Fig.4　Each pollutant concentration variation of Jinping District during sampling

污染高峰时段SO2、NO2、CO、PM10、PM2.5呈上升趋势，O3呈下降趋势。同样O3具有显著的日变化特征，峰值出现在每天中午时段，这和中午时段光照强度大，光氧化反应剧烈有关。

3　污染过程分析

3.1污染过程气象分析

从过程期间基本气象要求与PM2.5小时浓度的相关性分析(见图5)，地面气压和地面温度与PM2.5呈弱相关性，地面湿度与PM2.5相关性显著，地面风速与PM2.5为负相关，风速越低，湿度越高，PM2.5浓度越高。

图5　污染过程基本气象要素与PM2.5的相关性Fig.5　The correlation of Basic meteorological elements and PM2.5 in the pollution process

图6是金平区细颗粒物浓度及风速随时间的变化情况，取1月5日18:00-1月6日15:00重污染过程时段，从图6中可以看出风速和细颗粒物浓度变化趋势相反，该重污染时段风速平均风速1.2 m/s，风速较小，基本处于静风状态，气象条件扩散不利，容易造成细颗粒物的富集。

图6　监测期间PM2.5浓度及风速随时间的变化趋势Fig.6　The change trend of PM2.5 and velocity and time during sampling

综合分析，重污染过程期间气象要素具有高湿度，弱风速的特点，近地面层大气始终较为稳定，形成易于造成污染物积累的气象条件[1,4-5]。

3.2污染过程成分分析

为方便污染过程分析，将污染过程分为8个分析时段，各分析时段信息见表1。

表1　污染过程段信息Table 1　The information of the pollution process time

将采集的细颗粒物分为9类化学成分，分别为：元素碳(EC)、混合碳(ECOC)、富钾颗粒(K)、富钠钾颗粒(NAK)、重金属(HM)、矿物质(SIO3)、有机碳(OC)、高分子有机碳(HOC)以及左旋葡聚糖颗粒(LEV)。下面对金平区5号18点到6号15点的连续污染过程各成分比例进行分析，以期找到污染发生的原因。污染过程中细颗粒物成分对比情况由图7所示。

图7　监测期间污染过程PM2.5成分分析Fig.7　The chemical composition analysis of PM2.5in the pollution process during sampling

从图7中可看出：

(1)由图7中标示点1至点4为细颗粒物浓度持续升高过程，有机碳比例从31.5%攀升到45%，呈明显上升趋势，而元素碳占比变化不明显，富钾颗粒有所下降，其他类型细颗粒物占比较小且变化不明显，有机碳主要来自于燃煤源、工业工艺源，因此此次污染可能和燃煤源或工业工艺源排放累积且气象扩散条件不利有关；

(2)由点4至点6为细颗粒物浓度高污染时段，各类细颗粒物变化不大，有机碳颗粒占比最高，在42.6%～45%之间，其次为元素碳颗粒，在24.7%～27.7%之间，其他类型颗粒占比较低；

(3)由点6至点8，受到东南风及小雨影响，气象扩散条件变好，细颗粒物浓度快速下降，元素碳颗粒占比明显上升，从24.7%增加到38.1%，有机碳颗粒占比大幅降低，另外，混合碳颗粒有所增加，其他类型细颗粒物占比较小且变化不明显，元素碳主要来自于机动车尾气源，表明在细颗粒物下降过程中，燃煤源或工业工艺源显著下降而机动车尾气源所占比例明显上升[2-3]。

3.3污染过程来源分析

对颗粒物排放源进行分类，污染来源归结为八大类，分别为海盐、扬尘源、生物质燃烧源、机动车尾气源、燃煤源、工业工艺源、纯二次无机源和其他。

下面对金平区5号18点到6号15点的连续污染过程各污染源比例进行分析。以期找到污染发生的原因。污染过程中细颗粒物来源对比情况由图8所示。

图8　监测期间污染过程PM2.5来源分析Fig.8　The source analysis of PM2.5 in the pollution process during sampling

从图8中可看出：

(1)由图8标示点1至点4为细颗粒物浓度持续升高过程，燃煤源所占比例明显上升，成为本次污染的首要污染源，占比最高达到44.4%，机动车尾气源占比变化不大，扬尘源、生物质燃烧源、工业工艺源等其它污染源均有一定幅度下降；

(2)由点4至点6为细颗粒物浓度高污染时段，各类污染源占比随时间变化不大，燃煤源为首要污染源，占比在44.4%～45.1%之间，其次是机动车尾气源，占比在22.8%～24.4%之间，结合气象数据，发现整个污染过程中气象条件扩散不利，更易于燃煤源颗粒的富集；

(3)由点6至点8，受到东南风及小雨影响，气象扩散条件变好，细颗粒物浓度快速下降，其中燃煤源出现大幅下降，而机动车尾气源的占比明显上升，比例高达31.1%。

4　结　论

(1) 本次监测期间，汕头市金平区中山公园监测点位PM2.5颗粒物贡献率主要的污染来源主要是燃煤源和机动车尾气。

(2) 气象条件相关性分析显示地面湿度、地面风速与PM2.5相关性显著，重污染过程期间气象要素具有高湿度，弱风速的特点，近地面层大气始终较为稳定，形成易于造成污染物积累的气象条件。

(3) 从污染过程细颗粒物成分分析：细颗粒物浓度持续升高过程，有机碳呈明显上升趋势，而元素碳占比变化不明显，富钾颗粒有所下降，其他类型细颗粒物占比较小且变化不明显。气象扩散条件变好，细颗粒物浓度快速下降，元素碳颗粒占比明显上升，有机碳颗粒占比大幅降低，另外，混合碳颗粒有所增加，其他类型细颗粒物占比较小且变化不明显。

(4) 从污染过程细颗粒物来源分析：细颗粒物浓度持续升高过程，燃煤源所占比例明显上升，成为本次污染的首要污染源，机动车尾气源占比变化不大，扬尘源、生物质燃烧源、工业工艺源等其它污染源均有一定幅度下降；气象扩散条件变好后，细颗粒物浓度快速下降，其中燃煤源出现大幅下降，而机动车尾气源的占比明显上升。

(5) 综合污染过程成分分析、来源分析及气象条件可得出，本次金平区持续污染过程主要是由于气象扩散条件不利，燃煤源颗粒富集过多导致，建议在重污染天气时可优先考虑加强对燃煤源采取管控措施。

[1]丁铭,邹强,郁建桥.2013年苏州春季一次重污染天气的过程分析[J].中国环境监测,2015, 31(4):44-47.

[2]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.

[3]孙萌,魏巍,薛莲,等,浅析2015年1月青岛市两次重污染天气过程[J].城市地理,2015(10):185.

[4]王珊,廖婷婷,王莉莉,等.西安一次霾重污染过程大气环境特征及气象条件影响分析[J].环境科学学报,2015,35(11):3452-3462

[5]孙伟,张大伟,孙瑞雯,等,北京地区冬季典型PM2.5重污染案例分析[J].中国环境监测,2014, 30(6):1-12.

Source Apportionment of PM2.5in A Process of Heavy Pollution Weather in Jinping District, Shantou*

WU Jian-yuan1, ZHANG Yu-feng1, WANG Jia-jun1, HUANG Yu-qiu1, CHEN Ting-ting1,YANGSu-xia1,ZHANMei-jun1,XIEYuan-shu2

(1 Shantou Environmental Monitoring Station, Guangdong Shantou 515041;2. Guangzhou Hexin Analysis Instrument Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510530, China)

The heavy pollution weather process was happened in Jinping District, Shantou, during 5-6 January, 2015. It had seriously threatened the life and health of local residents. Based on single particle aerosol mass spectrometry (SPAMS) on-line monitoring devices, the chemical composition and source of PM2.5in the pollution process were analyzed. The result showed that this continuous pollution process was mainly due to the accumulation of the coal combustion in adverse weather conditions. The control of the coal source was recommended in heavy pollution weather.

single particle aerosol mass spectrometry (SPAMS); heavy pollution; source analysis

汕头市科技资助项目([2015]106)。

吴鉴原(1981-)，男，工程师，主要研究方向为环境监测。

张宇烽(1976-)，男，高级工程师，主要研究方向为环境监测。

X823

B

1001-9677(2016)09-0138-04