哈尔滨市细颗粒物质量浓度变化特征

田　甜, 黄丽坤, 王　薇, 王敬元

(哈尔滨商业大学 a.生命科学与环境科学研究中心;b.食品工程学院, 哈尔滨 150076)



哈尔滨市细颗粒物质量浓度变化特征

田甜a, 黄丽坤b，*, 王薇a, 王敬元a

(哈尔滨商业大学 a.生命科学与环境科学研究中心;b.食品工程学院, 哈尔滨 150076)

为了研究哈尔滨市细颗粒物质量浓度的变化特征，对全年大气中PM1和PM2.5进行了采集和分析。分析结果显示，PM1质量浓度逐月变化趋势呈现了两边凸中间凹的特征，8月浓度最低，4月浓度最高。PM2.5质量浓度逐月变化特征与PM1相似，表现为8月浓度最低，2月浓度最高。除6—10月，PM2.5质量浓度均超过国家标准。PM2.5和PM1在日间和夜间的逐月浓度变化特征基本一致，且大部分月份均表现为日间浓度大于夜间，PM2.5以10月、11月、12月、1月、2月最为明显，PM1以2月、6月、9月、10月最为明显。PM2.5和PM1质量浓度的季节变化趋势均表现为冬季最高，夏季最低，且春季略高于秋季。

细颗粒物;PM2.5; PM1; 质量浓度; 变化特征

美国纽约大学药学院对大气颗粒物污染与肺、心脏病所导致的死亡率之间的关系做了一份调查，调查结果表明：烟尘等细颗粒物污染与肺和心脏病死亡率关系密切，其细颗粒物所指的即为PM2.5，城市中PM2.5主要来源于化石燃料的燃烧，特别是将煤作为主要燃料的火力发电厂、燃油用的交通运输工具以及各种工业机械制造厂[1]。对于长期生活和工作在颗粒物污染的空气下容易引发肺癌之说，该研究已经获得确凿的证据[2]。我国对大气颗粒物浓度控制指标的建立较晚，是于1996 年颁布的《环境空气质量标准》(GB3095-1996)中规定了PM10的标准[3]，并统一在空气质量日报中取消了TSP 质量指数，采用PM10指标。近几年由于灰霾天气频繁出现，在2015年国家环保部对空气质量标准进一步严格化，加入了PM2.5的标准和规范，并于2016年正式采用新标准，可见此粒径范围内的颗粒物危害性之大，对其进行监测和研究是非常必要的[4-8]。

本研究对哈尔滨市2014年11月-2015年10月的大气颗粒物PM2.5以和PM1的质量浓度进行监测，通过分析PM2.5及PM1质量浓度变化特征以及主要影响因素，为哈尔滨市开展相关的大气污染防治工作提供科学依据。

1　样品采集及方法

1.1颗粒物样品采集

采样点位于4楼楼顶，距地面约14 m。该采样点的特点是附近没有较大的工业污染源，主要以小的采暖锅炉、土壤扬尘及交通排放等污染为主。监测数据在一定程度上代表哈尔滨市区域大气污染水平。

颗粒物样品采集所使用的采样仪器为武汉市天虹仪表有限责任公司生产的 TH-150 型智能中流量颗粒物采样器。采样流量调节范围为100 L/min，准确度为±2.5%，滤膜采用美国 PALL 公司生产的石英纤维滤膜。

1.2PM2.5质量浓度监测

本研究2014年11月—2015年10月进行质量浓度采样，每月均选取7 d进行采样，采样方式为连续24 h采样和12 h日夜分开采样[9-10]。在颗粒物浓度较高的秋冬季节进行密集的连续采样。采样原则是在非雨雪天气且在雨雪天1～2 d之后、风力小于3～4 级、无特殊污染短期排放且处于该月份颗粒物浓度较为正常的环境下进行采样[11-12]。本研究将进行严格的质量控制，包括采样过程中的质量控制和分析过程中的质量控制。

2　结果与讨论

2.1PM2.5、PM1质量浓度月变化特征

2014年11月—2015年10月每月的PM2.5质量浓度最大值、最小值及平均值数据见表1。由表1可见，从均值来看，2014年11月—2015年10月的PM2.5质量浓度在2015年1月、2月、10月及2014年11月、12月较其余月份明显增高，表明大气污染严重。对其逐月变化特征进行分析可见，PM2.5质量浓度逐月变化趋势呈现了两边凸中间凹的特征，并在8月达到了最低值，此时PM2.5质量浓度是10.037 μg/m3；而全年最高值则出现在2 月，此时PM2.5质量浓度是304.300μg/m3。由于2月正值采暖中期，以及春节燃放烟花爆竹的影响，PM2.5浓度高居不下是必然的。若与国家24 h平均浓度小于75 μg/m3标准相比较，在1、2、3、4、5、10、11、12 月均超标；与欧盟标准(15 μg/m3)相比较，全年PM2.5质量浓度均高出欧盟标准，可见哈尔滨PM2.5质量浓度全年中有超过半年不达标。

PM1质量浓度最大值、最小值及平均值数据见表2。由表2可见，从均值来看，PM1质量浓度在2015年2、4月及2014年11、12月较其余月份明显增高，表明大气污染严重。对其逐月变化特征进行分析可见，PM1质量浓度逐月变化趋势与PM2.5质量浓度逐月变化趋势基本相似，呈现了两边凸中间凹的特征，并在8月达到了最低值，此时PM1质量浓度是10.751 μg/m3；而全年最高值则出现在4月，此时PM1质量浓度是117.952 μg/m3。

表1　PM2.5质量浓度特征

表2　PM1质量浓度特征

2.2PM2.5、PM1质量浓度日夜对比

由于人类活动和天气因素的影响，大气颗粒物浓度在全年各月分布不同，同时也会因为白天和夜晚人类活动性质的不同而造成大气颗粒物浓度在日间和夜间的差异。为了探讨日夜间人类活动对PM2.5质量浓度的影响，分别在日间(7时～19时)和夜间(19时～第二天早7时)进行PM2.5采集和浓度分析，结果见图1。由图1可见，哈尔滨市PM2.5质量浓度在日间和夜间的分布基本一致，且在大部分月份中均表现为日间浓度大于夜间，尤其以10、11、12、1、2月最为明显，PM2.5日夜间浓度差分别为43.558、31.077、22.113、22.589、44.918 μg/m3，主要原因是哈尔滨市冬季采暖期日间供暖量要大于夜间供暖量，从而导致煤燃烧排放的大气颗粒物对日间浓度影响更为明显，而其大气颗粒物又主要以PM2.5为主，所以造成PM2.5的日夜间差异最大。另外由于冬季室外气温较低，人类在夜间的活动量减少，日间活动量增加，其中包括交通车辆、人们的室外活动等，这也是导致日夜间浓度差异的主要原因。

图1　PM2.5质量浓度日夜间对比 Fig.1　PM2.5 mass concentration at day and night

图2　PM1质量浓度日夜间对比 Fig 2　PM1 mass concentration at day and night

哈尔滨市PM1质量浓度分析结果见图2。由图2可见，哈尔滨市PM1质量浓度在日间和夜间的分布基本一致，且在5—10月等大部分月份中均表现为夜间浓度大于日间，尤其以2、6、9、10月最为明显，此时PM1日夜间浓度差分别为12.974、9.767、8.673、9.887 μg/m3。主要原因可能是夏季天气炎热，导致人们在夜间的活动量大大增加，从而导致排放的大气颗粒物对夜间浓度影响更为明显。以及风向的改变等气象条件不利于污染物的扩散，所以造成PM1质量浓度日夜间差异大。

2.3PM2.5、PM1质量浓度季节变化趋势

PM2.5、PM1质量浓度的季节性分布特征见图3、图4。由图3、图4可见，PM2.5、PM1质量浓度的季节变化趋势均为冬季最高，夏季最低，春季略高于秋季。冬季浓度较高，主要受冬季高气压的影响，大气疏散能力较差，颗粒物容易聚集，除此之外，采样点周围零散煤炉及生物质燃烧也会影响其浓度；而夏季空气稀释扩散能力较强，污染源少，PM2.5质量浓度可达到国家标准；PM2.5质量浓度在春、秋和冬季均超过国际标准和欧盟标准；对PM2.5质量浓度和PM1质量浓度的控制重点在冬季，主要贡献源可初步判断为燃煤锅炉，应减少燃煤量，在锅炉燃烧方式和烟气除尘技术上加以改进，减少燃煤对大气的污染。

图3　PM2.5质量浓度四季分布 Fig.3　PM2.5 mass concentration of four seasons

图4　PM1质量浓度四季分布 Fig.4　PM1 mass concentration of four seasons

3　结　论

1)PM2.5质量浓度逐月变化趋势呈现了两边凸中间凹的特征，全年最高值则出现在2 月，此时PM2.5质量浓度是304.300 μg/m3。1、2、3、4、5、10、11、12月均超国家标准；全年PM2.5质量浓度均高出欧盟标准，哈尔滨PM2.5质量浓度全年中有超过半年不达标。PM1质量浓度逐月变化趋势呈现了两边凸中间凹的特征，全年最高值则出现在4 月，此时PM1质量浓度是117.952 μg/m3。

2)PM2.5质量浓度、PM1质量浓度在日夜间的分布基本一致，PM2.5质量浓度大部分月份中表现为日间浓度大于夜间，尤其以10、11、12、1、2月最为明显。PM1质量浓度在大部分月份中表现为夜间浓度大于日间，尤其以2、6、9、10月最为明显，此时PM1日夜间浓度差分别为12.974、9.767、8.673、9.887 μg/m3。

3)PM2.5质量浓度、PM1质量浓度的季节变化趋势均为冬季最高，夏季最低，春季略高于秋季。

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Mass concentration characteristics of fine particulate in Harbin

TIAN Tiana, HUANG Li-Kunb,*, WANG Weia, WANG Jing-Yuana

(HarbinUniversityofCommercea.CenterofResearchandDevelopmentonLifeSciencesandEnvironmentalSciences,HarbinUniversityofCommerce;b.SchoolofFoodEngineering,Harbin150076,China)

In order to study the mass concentration characteristics of fine particle, PM1and PM2.5were sampled and analyzed. The result showed that the monthly variation characteristics of PM1were concave in the middle and convex on both sides, which reached the minimum value in August and the maximum value in April. The monthly variation characteristics of PM2.5were same to that of PM1, which reached the minimum value in August and the maximum value in February. The mass concentration of PM2.5exceeded the national standard except June,July,August,September,October of 2015. The monthly distribution of PM2.5and PM1was basically coincided during the day and night, which the concentration in the daytime was greater than that in the night among most months, especially PM2.5in October, November, December, January, February and PM1in February, June, September, October. The seasonal concentration variation of PM2.5and PM1was the highest in winter, the lowest in summer and slightly higher in spring than in autumn.

fine particulate; PM2.5; PM1; mass concentration; variation characteristics

10.13524/j.2095-008x.2016.03.041

2016-04-08;

2016-07-05

国家自然科学基金资助项目(51408168)

田甜(1992-)，女，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，研究方向：大气颗粒物研究，E-mail:550240855@qq.com；*通讯作者：黄丽坤(1980-)，女，吉林辉南人，副教授，博士，研究方向:大气污染控制研究，E-mail:hlk1980@163.com。

X513

A

2095-008X(2016)03-0053-04