河源市城区春季PM2.5典型污染过程案例分析

林小平，巫楚，曾树森，钟流举，叶斯琪，张辉*

(1. 河源市环境监测站，广东 河源 517000；2. 暨南大学，广东 广州 510632；3. 广东省环境监测中心，广东 广州 510220)

河源市城区春季PM2.5典型污染过程案例分析

林小平1，巫楚1，曾树森1，钟流举2，叶斯琪3，张辉1*

(1. 河源市环境监测站，广东 河源 517000；2. 暨南大学，广东 广州 510632；3. 广东省环境监测中心，广东 广州 510220)

以河源市区2016年3月27日—4月4日污染过程为研究对象，基于同期气象条件与空气质量监测数据，分析了PM2.5与气象因子间的相关性，探究河源市区PM2.5污染变化特征。结果表明，3月30日河源市ρ(PM2.5)/ρ(PM10)和ρ(PM2.5)/ρ(CO)分别为0.87和0.08，明显高于其他时段，说明当天细颗粒物污染老化和二次转化程度突出。在此次污染过程的2个不同阶段，河源市ρ(PM2.5)波动受到多项气象要素共同影响，其中与气压先后呈现较强负相关(R2=0.646 2)和不明显正相关(R2=0.006 5)，与气温呈现不明显正相关(R2=0.008 4，R2=0.033 9)，与风速先后呈现弱负相关(R2=0.105 2)和不明显正相关(R2=0.072 9)，与相对湿度先后呈现弱正相关(R2=0.391 3)和弱负相关(R2=0.176 9)。通过比较该时段河源市与周边城市的ρ(PM2.5)变化趋势及后向轨迹分析，发现河源市与周边城市在相似的气象背景条件下，PM2.5污染主要来源于本地源排放和珠三角区域传输。

可入肺颗粒物；可吸入颗粒物；一氧化碳；污染过程；气象因素；相关性；河源

河源市位于广东省东北部，属粤北山区，地形以山地丘陵为主，亚热带季风气候，雨量充沛，水系发达，其位于东江干流与新丰江交汇处，具有重要的地域生态环境地位[1]。广东省城市环境空气质量状况公报显示河源市空气质量在广东省地区处于较好的水平，空气污染物年均值逐年下降，空气质量明显改善[2]。但受不利气象条件和周边污染传输影响，偶尔也会出现较为严重的污染现象，这种少数的污染时段拉高了河源市年均污染物浓度及空气质量指数。现以2016年3月27日—4月4日河源市发生的一次高ρ(PM2.5)污染过程为例，分析春夏之交天气形势及周边城市污染输送对河源市空气质量的影响。

1 研究方法

环境空气质量监测数据来源于河源市环境空气质量监测网络的2016年3月27日—4月4日逐日和逐小时监测数据，周边城市PM2.5逐日和逐小时数据来源于全国城市空气质量实时发布平台[3]，气象数据来源于中国气象局气象数据中心[4-5]。采用数据统计方式分析环境空气质量和气象因素变化特征，利用HYSPLIT轨迹模式进行气团轨迹绘制[6]。

2 结果与讨论

2.1 污染过程空气质量变化特征

2.1.1 污染概况

2016年3月27日—4月4日，河源市区出现以ρ(PM2.5)大幅增长为特征的污染过程，监测结果见表1。

表1 污染过程主要污染物日均值及空气质量级别统计

由表1可见，3月27日起河源市区环境空气质量指数(AQI)逐渐升高，污染逐步加强，AQI在3月30日达到此次污染过程的第一个峰值118，出现轻度污染，超标污染物为PM2.5；31日短暂回落后， 4月1日又重新上升达到次高值113，超标污染物为PM2.5和O3，2日起AQI逐日回落，至4月4日恢复到优的水平，此次污染过程基本结束。

本次污染过程分为3个阶段：3月27—29日为污染累积阶段，PM2.5日均值由35 μg/m3上升至71 μg/m3；3月30日—4月1日维持在较高水平(72～89 μg/m3)； 4月2—4日为污染消除阶段，空气质量开始好转，日均值降至30 μg/m3。

2.1.2 不同站点PM2.5小时值变化

污染过程中河源市区3个环境空气质量监测子站(源西、东埔、老城)的ρ(PM2.5)小时监测结果变化趋势基本一致(见图1)，小时值从3月28日

图1 河源市不同站点ρ小时(PM2.5)变化趋势

傍晚最低28μg/m3逐步上升，在29日上午和下午分别达到当日阶段峰值。3月30日维持污染期间规律，31日污染物浓度略有降低且全天无明显波动。

4月1日从上午08:00左右开始，各站点PM2.5小时值迅速升高，达到重度污染水平，在13：00达到峰值(源西站165 μg/m3、东埔站171 μg/m3、老城站182 μg/m3)，随后污染物值迅速回落。4月2—3日ρ(PM2.5)波动下降至优良水平。

2.1.3ρ(PM2.5)/ρ(PM10)和ρ(PM2.5)/ρ(CO)

河源市污染时段ρ(PM2.5)和ρ(PM10)及其比值的日变化规律见图2，河源市污染时段ρ(PM2.5)/ρ(CO)及其比值的日变化规律见图3。

图2 污染时段河源市ρ(PM2.5)和ρ(PM10)及其比值的日变化规律

图3 污染时段河源市ρ(PM2.5)和ρ(CO)及其比值的日变化规律

一般情况下，PM10和CO主要来源于一次污染物排放，而PM2.5则包含了一次排放和二次生成的污染物，借助于ρ(PM2.5)/ρ(PM10)和ρ(PM2.5)/ρ(CO)可以粗略地判断PM2.5的二次转化强度[7-9]。由表1、图2、图3可见，3月27日—4月4日，ρ(PM2.5)/ρ(PM10)和ρ(PM2.5)/ρ(CO)呈现出较为一致的变化趋势，但3月30日和4月1日的ρ(PM2.5)/ρ(PM10)和ρ(PM2.5)/ρ(CO)差异明显，其中3月30日的ρ(PM2.5)/ρ(PM10)和ρ(PM2.5)/ρ(CO)分别为0.87和0.08，高于4月1日的0.78和0.07，老化程度和二次转化程度都更为突出。

2.2 污染过程气象条件分析

2.2.1 总体天气形势分析

2016年3月29日—4月1日地面天气形势图见图4 。由图4可见，在污染较严重时段，广东省主要受高压边缘控制，且处于低压顶部，在高压与低压系统之间，以东北偏东风和西南风为主，气压梯度小，无持续风向，风速较小。在污染较严重时段，风场不稳定，风向转变快，风速小，在这种静稳的气象场下，空气污染物不易扩散，容易导致污染物的累积和区域间相互传输。结合中央气象台天气实况小时数据和天气分析形势图[4]，4月2日开始，全省范围整体受加强的西南风场影响，污染气团容易迅速向东北方向迁移扩散，伴随3日开始短时降雨，空气质量转好。

2.2.2 PM2.5与气象因子的相关性

2016年3月27日—4月4日河源市小时气象状况变化见图5，河源市2016年3月27日—4月4日气象概况见表2。ρ(PM2.5)与风速、气温、气压及相对湿度的相关性见图6(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)。

由表2、图5、图6可见，3月27日—3月30日，气压相对较高，呈逐日降低趋势，ρ(PM2.5)与气压呈现较强负相关性(R2=0.646 2)。气温基本维持在15～18℃左右，呈缓慢上升趋势，ρ(PM2.5)与气温呈现不明显的正相关性(R2=0.008 4)。风向整体以偏北气流为主，期间存在南北气流切变，风速从3.6 m/s降低至30日1.5 m/s，ρ(PM2.5)与风速呈弱负相关(R2=0.105 2)。相对湿度逐日升高，但总体处于较低水平，ρ(PM2.5)与湿度呈弱正相关(R2=0.391 3)。天气晴朗，降雨量极少，仅29和30日出现零星小雨，ρ(PM2.5)未受到明显影响。

图4 2016年3月29日—4月1日地面天气形势图

图5 2016年3月27日-4月4日河源市小时气象状况变化

日期平均海平面气压/hpa最大风频风向最大风频风向平均风速/(m·s-1)平均气温/℃平均相对湿度/%24h累积降雨量/mm3月27日1024.9NE3.615.346.803月28日1023.5SW1.517.450.003月29日1020.8ENE1.718.168.40.13月30日1017.8NW1.518.391.30.83月31日1014.5ENE1.221.583.104月1日1014.2SW2.123.675.304月2日1014.9SW2.023.379.904月3日1013.4NE0.922.790.64.54月4日1012.6ENE1.121.393.28.3

图6 ρ(PM2.5)与风速、气温、气压及相对湿度的相关性

3月31日— 4月4日气压相对较低，呈波动下降趋势，ρ(PM2.5)与气压呈现不明显的正相关(R2=0.006 5)。气温在21～23℃，呈先升后降的规律，ρ(PM2.5)与气温呈现不明显的正相关(R2=0.033 9)。

风向整体以中等西南气流和弱偏北气流为主，存在南北气流对峙过程，风速为1～2 m/s，PM2.5与风速呈不明显正相关(R2=0.072 9)。相对湿度逐日升高至较高水平，ρ(PM2.5)与湿度呈弱负相关(R2=0.176 9)。

前期天气晴朗，无降雨， 3日起有明显的降雨， 3日和4日2天累积降雨量达到12.8 mm，ρ(PM2.5)有明显下降。

在不同污染阶段，ρ(PM2.5)与气象因子的关系呈现不同程度的关联性，ρ(PM2.5)与单一的气象因子未呈现简单的一次线性关系，是多种因素共同作用的结果。从每天平均气象场看，相对湿度、气压、风速及降水是影响ρ(PM2.5)的重要因素。在该次污染过程中，气压梯度较小，风速偏低，南北气流对峙等不利扩散条件在很大程度上促使了污染过程前期ρ(PM2.5)迅速积累和升高。

2.3 污染过程PM2.5来源分析

从气象观测结果来看，3月27—29日河源地区近地面主导风向为东北偏东风，且风速较小，在较为静稳的天气条件下，来自偏东北方向的干性大陆气团容易在河源地区停滞并积累，加上3月30日的短时降小雨导致相对湿度骤增，PM2.5吸湿增长，从而在3月30日出现首个PM2.5峰值。3月31日—4月4日，西南风增强，全省范围自南向北开始受西南风切变影响，南北气流对峙区域逐步北移，造成珠三角大部分城市和河源市污染物浓度分别在3月31日和4月1日达到顶峰。

2016年3月27日—4月4日河源市及周边城市PM2.5日均值变化见图7。由图7可见，3月27日—4月4日，粤北地区的河源市和清远市PM2.5日均值呈现上升-下降-上升-下降的规律，2次高值分别出现在3月30日和4月1日；珠三角大部分城市ρ(PM2.5)(包括广州、东莞、惠州等)均呈现出先升后降的规律，峰值出现在3月31日。从发生污染的先后时间来看，全省大部分城市于3月29日开始出现ρ(PM2.5)急剧上升情况，河源、清远、韶关等在3月30日出现污染峰值，随后3月31日珠三角城市也出现峰值，4月1日河源、清远、梅州再次出现峰值。

为验证此次污染天气过程中污染物的可能来源，以河源(23°43′24″N，114°41′21″E)为参考点，选取近地面层100，500，1 000 m 3个高度，利用HYSPLIT-4模型分别计算3月30日和4月1日UTC 4时气团的72 h后向输送轨迹[图8(a)(b)]。后向轨迹显示3月30日河源市低空气团来源于东北部大陆干性气流，中高空气团来源于东北向海洋气流输送。4月1日来源于东南海洋暖湿气团，经过珠三角地市，携带污染物共同促进了河源市上空ρ(PM2.5)增长。

图7 2016年3月27日—4月4日河源市及周边城市PM2.5日均值变化

图8 3月30日和4月1日河源市不同高度气团来源

综上所述，3月30日，河源地区的PM2.5污染主要受东北部大陆气团传输影响，可能以本地源排放累积为主；而4月1日，可能是受暖湿海洋气团途经珠三角城市后输送影响，叠加本地源排放，导致4月1日出现ρ(PM2.5)大幅升高的污染现象。

3 结论

(1) 3月27日—4月4日期间，ρ(PM2.5)峰值出现在3月30日和4月1日，PM2.5与PM10、CO呈现出较为一致的浓度变化趋势，但3月30日和4月1日的ρ(PM2.5)/ρ(PM10)和ρ(PM2.5)/ρ(CO)差异明显，是2种性质不同的污染过程;

(2)在不同天气形势下，ρ(PM2.5)与气象因子呈现不同程度的关联性，ρ(PM2.5)与单一的气象因子未呈现简单的一次线性关系。相对湿度、气压、风速及降水是影响ρ(PM2.5)的重要因素。在本次污染过程中，气压梯度较小，风速稳定，南北气流对峙，在这种相对静稳的气象条件下，污染物扩散条件不利，容易导致ρ(PM2.5)的急速升高;

(3)后向轨迹等综合分析表明，3月30日气团来源于东北部大陆气流，4月1日来源于东南海洋暖湿气流。3月30日是弱冷高压脊控制下，南北气流对峙和大陆气团传输导致的细颗粒物累积过程，4月1受暖湿海洋气团途经珠三角城市后输送影响，叠加本地源排放，导致出现ρ(PM2.5)大幅升高的污染现象。3月27日—4月4日PM2.5污染是本地源排放累积和区域传输共同叠加的结果。

[1] 车秀珍. 河源市生态环境建设的思路与对策探讨[J]. 热带地理, 2004, 24(2):182-186.

[2] 广东省环境保护公众网. 广东省城市环境空气质量状况 [EB/OL]. (2016-07-14)[2016-12-08].http://www.gdep.gov.cn/.

[3] 全国城市空气质量实时发布平台.城市空气质量AQI日报 [EB/OL]. (2016-03-27—2016-04-04)[2016-12-08].http://106.37.208.233:20035/.

[4] 中国气象数据网.地面气象资料[EB/OL]. (2016-03-27—2016-04-04)[2016-12-08]. http://data.cma.cn/.

[5] 中央气象台.天气分析[EB/OL]. (2016-03-272016-04-04)[2016-12-08].http://www.nmc.cn/.

[6] DRAXLER R, STUNDER B, ROLPH G, et al. HYSPLIT 4 user’sguide.(2014-06-21)[2016-12-08].http：//www. arl. noaa. gov/documents/reports/hysplit_ userguide. pdf, 2014.

[7] 岳玎利, 钟流举, 张涛,等. 珠三角地区大气PM2.5理化特性季节规律与成因[J]. 环境污染与防治, 2015, 37(4):1-6.

[8] 王玮，苏宏智.睢宁地区大气PM2.5及气态污染物季节性变化特征[J].环境监控与预警，2016,8(6)：57-62.

[9] 黄深，潘要武，刘国盛，等.茂名市大气PM2.5在线源解析[J].环境监控与预警，2015,7(4)：37-42.

栏目编辑 李文峻

Case Study of PM2.5Pollution Episode in Spring of Heyuan City

LIN Xiao- ping1, WU Chu1, ZENG Shu- sen1, ZHONG Liu- ju2, YE Si- qi3, ZHANG Hui1*

(1.Heyuan Environmental Monitoring Station, Heyuan，Guangdong 517000, China； 2.Jinan University, Guangzhou, Guangdong 510632, China; 3.Guangdong Environmental Monitoring Center, Guangzhou, Guangdong 510220, China)

During March 27th to April 4th, 2016, Heyuan experienced a pollution episode. The pollution process was studied based on the meteorological data and air quality monitoring data during this period. The results showed that,ρ(PM2.5)/ρ(PM10) andρ(PM2.5)/ρ(CO) in Heyuan on March 30th were 0.87 and 0.08 respectively, apparently higher than those on other days, implying the remarkable aging and secondary transformation characteristics. In the two different periods of the episode, PM2.5concentration fluctuations in Heyuan were affected by various meteorological factors, among which, PM2.5concentrations were apparently negatively correlated (R2=0.646 2)and inapparently positively correlated (R2=0.006 5) with air pressure succesively, inapparently positively correlated with temperature(R2was 0.008 4 and 0.033 9 respectively), weakly negatively correlated (R2=0.105 2)and inapparently positively correlated (R2=0.072 9) with wind speed succesively, and weakly positively correlated (R2=0.391 3) and weakly negatively correlated (R2= 0.176 9) with relate humidity succesuvely. Besides, comparisons of PM2.5concentration variation trends between Heyuan and surrounding cities together with the backward trajectory analysis showed that, the pollution episode in Heyuan was resulted from both local source emissions and PRD regional air pollution transmission.

PM2.5；PM10；CO；Pollution episode; Meteorological factor; Correlation; Heyuan

10.3969/j.issn.1674-6732.2017.04.013

2016-12-08；

2016-12-25

林小平(1971—)，女，高级工程师，本科，从事环境监测与污染防治研究工作。

*通讯作者：张辉 E-mail:zhanghui380822@163.com

X513

B

1674- 6732(2017)04- 0049- 06