垫江县大气环境中PM10和PM2.5污染状况研究

贾 斌，卢吉文，王 星，李 雪

(垫江县环境监测站，重庆 垫江 408300)



垫江县大气环境中PM10和PM2.5污染状况研究

贾 斌，卢吉文，王 星，李 雪

(垫江县环境监测站，重庆 垫江 408300)

为准确掌握垫江县城区大气环境中细颗粒的污染状况，选择2016年9月1日—2017年2月28日大气自动观测站的数据研究分析，结果表明：垫江县城区大气环境中PM10和PM2.5的平均质量浓度分别为79mg/m3和68mg/m3，PM10的月平均质量浓度均大于PM2.5，PM2.5占PM10的比例在84.6%～90.0%。多元分析结果可以看出，大气环境中的PM10和PM2.5具有相类似来源，气象条件对垫江县城区大气颗粒物污染影响较大。HYSPLIT轨迹模型分析表明，秋冬季节大气重污染时段，垫江县城区大气环境中颗粒物来源受到西南和西北气团影响较大。

大气环境； PM2.5；PM10；污染状况；研究；垫江县

0 引言

近年来，由于城市化和工业化进程加快，城市大气环境污染问题日益突出，雾霾天气频繁发生，成为当前社会经济发展面临的严峻问题。大气环境中的主要颗粒污染物通过呼吸系统进入人体，对人群的呼吸系统和心血管系统会产生不利影响，细颗粒的毒性更大[1]。现有研究表明，大气颗粒物浓度受气象条件中气温、风速、风向和相对湿度等因子影响，大气环境颗粒物浓度也能直接或间接影响到气象条件的变化[2-3]。大气环境中颗粒物的粒径对气候效应和环境效应具有较大影响，也是研究气溶胶来源、形成和转化的重要基础[4]。《GB3095-2012环境空气质量标准》于2016年1月1日颁布实施，对大气细颗粒物浓度限值作了严格要求[5]。目前在全国范围内要求进行PM10、PM2.5、CO、O3、NO2和SO2等指标观测，新的指标更能准确综合分析大气环境质量状况[6]。因此，开展大气环境中细颗粒物污染状况和来源研究具有重要意义。

垫江县位于重庆市东北部地区，是重庆市市委市政府确定的五大功能区中的生态涵养发展区。近年来，县委县政府坚持“工业强县、城建靓县、农业稳县、三产活县、开放兴县、民生安县”战略，全力稳增长、促改革、调结构、惠民生、防风险，实现了经济社会平稳较快发展。垫江县地处三峡库区影响区，是三峡库区的生态屏障区，生态资源环境具有脆弱性和敏感性。在经济快速发展的同时，垫江县的生态环境保护工作也成为当前的工作重点，而县城区大气环境质量更是“工业强县、城建靓县”的体现。因此，准确掌握县城区大气环境质量状况，开展大气环境质量研究，对垫江县的生态涵养发展功能定位中的生态环境保护具有重要意义，也能为垫江县城区大气污染防治提供基础技术支撑。

1 研究区域和数据分析方法

大气自动观测站点位于重庆市生态涵养发展区域。自动监测数据来源于重庆市环境保护局官方网站重庆市空气质量发布系统[7]。选取2016年9月1日—2017年2月28日垫江县大气自动观测站点24h PM10、PM2.5、SO2、NO2、O3、风速、温度、湿度和风向等12个参数的连续观测数据，所有数据采用Microsoft Office Excel和SPSS19.0软件进行统计分析。

2 结果与讨论

2.1 城区大气质量状况

垫江县城区大气中颗粒物观测月变化结果见图1。由图可以看出，2016年9—11月和2017年2月份城区空气中PM10和PM2.5的质量浓度月平均值均满足《GB3095-2012环境空气质量标准》中二级标准要求[1]，但在2016年12月份和2017年1月份，PM10和PM2.5的质量浓度月平均值超过二级标准。表明在秋冬季节，垫江城区大气环境质量中颗粒物呈现一定程度污染。10—12月份，PM10和PM2.5的质量浓度呈逐渐上升趋势，因此，应进一步加大城区大气污染防治，尤其要加强道路扬尘、建筑工地扬尘等方面的环境监管，从源头控制城区大气环境中颗粒物污染。2016年9月1日—2017年2月28日，PM10和PM2.5质量浓度小时值范围分别为1～373 mg/m3和2～337 mg/m3，平均质量浓度分别为79 mg/m3和68 mg/m3。观测月份数据分析也表明，每个月的大气颗粒物数据中，PM10的质量浓度均大于PM2.5，PM2.5占PM10的比例在84.6%～90.0%，在2017年1月份呈现最大比例90%。

2.2 相关性分析

大气自动观测因子参数通过SPSS19.0分析，结果见表1。由表可以看出，CO与风向呈显著性相关，与其余因子均呈极显著性相关性(P<0.01)。O3与风速和温度无相关性，与其它分析因子均呈极显著性相关。NO2与湿度无相关性，与其余因子呈显著性相关。NO2与气象参数和PM10、PM2.5呈极显著性相关(P<0.01)。PM10和PM2.5与风速、风向和温度呈极显著相关，其中与风速和温度呈负相关，表明气象条件对大气颗粒物污染影响较大， 在风速越大，温度相对较高的条件下，有利于大气颗粒物扩散。PM10与湿度呈显著性负相关，表明大气中的部分相关粒径较大的颗粒物，由于湿度较大导致了部分沉降而浓度随之降低。PM10和PM2.5与CO、NO2和SO2呈极显著性正相关，由此可以看出它们之间可能具有相同或相类似的污染来源，而O3与NO、SO2、NO2均有显著性负相关，可能由于大气环境中光化学作用影响，导致相互转化影响，O3与PM10和PM2.5呈极显著性负相关，表明来源不相同。

表1 因子间相关性分析

注：**(P<0.01)，*(P<0.05)。

2.3 主成分分析

首先，以大气观测中主要污染物和气象因子进行适用性检验。经检验，KMO值约为0.631，表明变量间相关性较强，Bartlett球形检验发现，近似卡方值为70571.194，自由度为66，P=0.000，说明适宜因子分析。使用主成分分析和正交旋转方法，共抽取3个主成分，累计解释了总因子的37.959%，56.330%，67.988%和77.295%。第一主成分上NO2、NO、PM10、PM2.5都具有较大正载荷，反映了可能来源于城区人类活动、建筑工地和道路扬尘、汽车污染源等排放，其四者极显著性相关性(P<0.01)研究结果一致；第二主成分由风速、温度和湿度构成，反映了垫江城区大气中主要污染物受气象因素影响较大。

2.4 聚类分析

利用SPSS19.0统计软件，以平方欧氏距离2为组间距离标准，对大气观测结果中12个因子做聚类分析。由各类元素组间聚类分析结果可知，各气象因子与大气中各污染物间具有聚合性，综合分为三类：其中，风速、温度和湿度为一类，其研究结果与重庆市垫江城区空气研究结果相一致[8]；PM10、PM2.5、NO、NOx、NO2、CO、SO2和风向为一类；O3单独为一类。各元素间聚类距离依次为：第一类：风速、温度<湿度；第二类：PM10、PM2.5< NO、NOx、NO2

2.5 气团后向轨迹分析

为研究垫江县城区大气环境中颗粒物污染的来源路径，采用由美国大气实验室开发的HYSPLIT轨迹模型[9]，运用NOAA/NCEP在分析格点数据模拟了观测期间在秋季和冬季中大气污染指数(AQI)最大的时间段进行气团传输轨迹，分别在500 m、1000 m和1500 m高度进行后向轨迹模拟，秋季2016年11月15日和冬季2017年1月4日进行168 h的气团后向轨迹见图3。由图可以看出，在500 m高度气团中，秋季主要受东北和西风环流气流影响较大，冬季主要受到西南方向气团影响。而在秋冬时间段，在1000 m和1500 m高度的气团来源大致相同，主要来源于西北方向气流影响。从秋冬季节大气重污染时段可以看出，垫江县城区大气环境颗粒物主要受到西南和西北气团影响。

3 结论

(1)研究时间段内，垫江县城区大气环境中PM10和PM2.5的平均质量浓度分别为79 mg/m3和68 mg/m3，PM10的月平均质量浓度均大于PM2.5，PM2.5占PM10的比例在84.6%～90.0%，在秋冬季节，垫江县城区大气环境中颗粒物呈现一定程度污染。

(2)多元分析结果可以看出，大气环境中的PM10和PM2.5具有相类似来源，气象条件对垫江县城区大气颗粒物污染影响较大。

(3)气团后向轨迹分析表明，秋冬季节大气重污染时段，垫江县城区大气环境中颗粒物受西南和西北气团影响较大。

[1]方建龙,王红伟,李韵谱,等. 北京市和南京市采暖期不同粒径大气颗粒物水溶性阴阳离子的比较研究[J].环境与健康杂志,2016,33(4):313-316.

[2]马欣,陈东升,高庆先,等.应用WRF-chem模式模拟京津冀地区气溶胶污染对夏季气象条件的影响[J].资源科学,2012,34(8):1408-1415.

[3]孙欢欢,倪厂健,崔蕾,等. 成都市大气颗粒物污染特征及与气象因子的关联性分析[J].环境污染与防治,2016,38(5):55-60.

[4]付志民,孙在,贾峥,等.杭州市超细微颗粒物浓度和粒径分布特征研究[J].环境科学研究,2012,25(3):259-264.

[5]国家质量监督检验检疫总局.环境空气质量标准：GB3095-2012[S/OL].北京：中国环境科学出版社，2012：1-12.

[6]王占山,张大伟,李云婷,等.北京市夏季不同O3和PM2.5污染状况研究[J].环境科学,2016,37(3):807-815.

[7]重庆环保.重庆市空气质量发布系统[EB/OL]. [2016-09-01]. http://222.177.117.35:8021/HistoryDay/HistoryDayMain.aspx.

[8]贾斌,卢吉文,李雪,等.重庆垫江大气污染物浓度变化趋势及影响因子分析[J].环境影响评价,2016, 38(2):78-81.

[9]WHO. Air quality guidelines global update [M/OL].Copenhagen WHO, 2006 [2012-03-10]. http://www.euro.who.int/_data/assets/pdf_file/0005/78638/E90038.pdf.

Analysis of PM10and PM2.5Pollution in Atmospheric Environmental in Dianjiang County, Chongqing

JIA Bin, LU Ji-wen, WANG Xing, LI Xue

(Dianjiang Environmental Monitoring Station, Dianjiang Chongqing 408300, China)

To accurately evaluate the fine particles pollution in air in Dianjiang county, the atmosphere automatic observation data analysis was adopted from September 1, 2016 to February 28, 2017.The results showed that the average mass concentration of PM10and PM2.5in the urban area were 79mg/m3and 68mg/m3, respectively. The monthly average mass concentration of PM10was greater than PM2.5. The PM2.5accounted for the proportion of PM10from 84.6 to 90.0%. Multivariate analysis results found that PM10and PM2.5had similar sources. Meteorological conditions of Dianjiang had a greater influence on the urban atmospheric particulate matter pollution. HYSPLIT trajectory model analysis showed that the atmospheric environment in urban area in autumn and winter were affected by the southwest and northwest air mass in Dianjiang County during the time of atmospheric heavy pollution.

atmospheric environment; PM2.5; PM10; pollution situation; research; DianjiangCounty

2017-03-22

垫江县科委项目(DJKWXM2015JSYFYSFYY014)。

贾斌(1968-),女，四川乐山人，高级工程师，主要从事环境管理和监测研究工作。

X51

A

1673-9655(2017)05-0036-04