吉林市雾霾天气成因及PM2.5源分析

刘骥艳 张更宇（吉林市环境监测站 吉林 吉林 132012）

董湘军（中国石油吉林石化分公司污水处理厂 吉林 吉林 132012）

吉林市雾霾天气成因及PM2.5源分析

刘骥艳 张更宇（吉林市环境监测站 吉林 吉林 132012）

董湘军（中国石油吉林石化分公司污水处理厂 吉林 吉林 132012）

基于吉林市空气自动监测站数据，对影响吉林市雾霾天气的气象条件，汽车尾气，城市生产生活废气，烟花爆竹等生产生活行为进行逐一分析，确定吉林市雾霾产生是上述四种原因所致。对雾霾的主要成分PM2.5进行化学源解析，确定有机碳（OC）是吉林市PM2.5中质量浓度最高的化学组分，其次是NO3-和SO42-，煤烟尘和机动车尾气是吉林市雾霾的主要贡献者。

雾霾；原因分析；PM2.5源解析

根据中国环境监测总站空气质量日报的数据，2016年9月至10月份东北地区34个城市环境空气质量综合指数评价，34个城市环境空气质量综合指数10月份同比9月份均有升高。其中长春、沈阳和哈尔滨等省会城市已经跻身到污染城市排名的上游。吉林市作为东北重工业基地的主要战场，也受到雾霾的严重侵袭。本文对可能造成吉林市雾霾天气的污染来源进行逐一分析，并对吉林市雾霾主要成分-细颗粒物（PM2.5）进行化学源解析，通过科学的手段期望能够对吉林地区雾霾天气污染的防治做出贡献。

1 雾霾污染天气的成因分析

1.1 气象条件影响分析

吉林市四面环山，这样的地理条件导致山谷上层空气受热，谷底地表太阳辐射削弱，地面由于辐射冷却，空气下沉增温，空气的乱流混合形成逆温。在逆温层，空气中的各种有害气体，汽车尾气，烟尘及水汽等空气中的悬浮微粒难以向高空飘散，只能被阻滞而漂浮在逆温层下的低空和近地面。这种现象加剧了逆温层的效应，使污染物不断积累，空气质量恶化，形成雾霾天气。

以吉林市辖区哈达湾、东局子、电力大学、江北和江南公园这5个环境空气自动监测点位监测结果为研究对象，对2016年12月3日12时至2016年12月4日12时PM2.5的监测结果进行分析，如图1所示。

从图1可以看出，3日17时到22时之间，5个环境空气自动监测点位PM2.5的浓度随着气温的降低不断升高，在19时达到峰值；该结果表明冬季地面夜间辐射降温，形成了低空大气的“逆温层”，造成空气在水平、垂直方向的交换流通能力变弱，不利于空气污染物的扩散，从而导致空气污染的积累效应，形成雾霾污染天气。位于吉林市西部、介于北山山系和磨盘山山系间的电力大学子站尤为明显，随着温度的降低，在19时PM2.5将近700μg/m3。

图1 气象条件对PM2.5的影响示意图

4号0时到5时，随着温度升高，污染物浓度趋于平稳。温度的升高导致空气中水蒸气凝结，空气湿度增加，污染物被吸附在液滴上沉降到地面，所以细颗粒物浓度下降。

1.2 汽车尾气影响分析

吉林市汽车保有量逐年增加，汽车排放的尾气含有一氧化碳、氮氧化物等污染物。以无车日（9月22日）禁行前及禁行后2个时段为对比，2016年9月22日7时30分至8时45分（禁行前）和8时55分至10时10分（禁行后）NOx和CO的监测结果详见图2。

对比2个时段的NOx和CO的浓度可知，禁行前的早高峰期，尤其是7：45-8：10之间，NOx和CO的浓度持续增高，8：00左右达到峰值。而这个时间段内吉林市辖区的城市交通恰恰又处于严重交通拥堵期，汽车尾气大量并且集中排放到环境空气中，污染物在这一时段持续升高、积聚，促进雾霾的形成；而禁行后，NOx和CO浓度随之降低，可见，汽车尾气是构成雾霾污染天气的因子。

图2 禁行前后NOx和CO的监测结果示意图

1.3 城市生产生活废气影响分析

吉林市冬季需要使用生产锅炉和采暖锅炉燃烧大量的煤炭来维持正常的生产和生活。煤的燃烧导致二氧化硫和其他烟尘、粉尘等颗粒物的大量排放，这些污染物都是雾霾污染天气的主要因子。近几年来，随着小吨位锅炉的取缔和采取集中供热政策的实施，虽然相对于工业污染，生活污染废气排放量较轻，但整体来看，城市主要生活污染废气排放，尤其是采暖期大量燃料的燃烧仍是促成雾霾污染天气形成的主要因素。有鉴于此，通过吉林市城区环境空气质量指数（AQI）对上述问题进行进一步的分析论证。

吉林市城区2016年全年的空气质量指数（AQI）采暖期和非采暖期的统计结果详见表1。

根据上表，可以得出环境空气质量优良天数：非采暖季有175d，占全年总天数的48%，采暖季有119d，占全年总天数的33%。然而，重度污染以上（即雾霾污染天气）天数：非采暖季仅有1d，占全年总天数的0.3%，采暖季却有20d，占全年总天数的5.5%。结果表明吉林市城区2016年采暖期雾霾污染天数是非采暖期雾霾污染天数近20倍，印证了城市主要生活污染废气排放，尤其是采暖期大量燃料的燃烧是促成雾霾污染天气形成的因子。

1.4 烟花爆竹影响分析

吉林市春节期间，烟花炮竹的大量集中排放也加重了雾霾天气产生。以2016年春节为例，自除夕的23时40分至春节的0时10分对城区的环境质量进行监测，全市PM2.5平均值为500μg/m3，超过国家大气环境质量二级标准5.7倍（二级标准日平均值为75μg/m3）。因此，春节期间这种烟花爆竹的集中式燃放也是促成雾霾污染天气的因子。

2 吉林市PM2.5化学源解析

吉林市化工业发达，工业废气排放量较大，加之细颗粒物的回收成本颇高，工业生产和百姓生活排放的废气中细颗粒物源源不断，因此细颗粒物对雾霾污染天气的贡献最大。为了有效、合理的分析雾霾污染天气形成，对细颗粒物（PM2.5）进行源解析，通过细颗粒物的组成成分的主要来源对雾霾污染天气形成进行系统的分析。

表1 2016年吉林市城区环境空气质量指数（AQ）I统计一览表

根据吉林市城区的具体情况，选取吉林市哈达湾（工业区）、电力大学（文教生活区）、江北（化工区）设立的3个有代表性的自动监测站为大气样品采集点，按照HJ/T194—2005要求，自2016年9月至11月，用聚丙烯滤膜和石英滤膜采集PM2.5样品，共获得有效样品60个，利用ICP-MS等仪器对采集的样品进行金属元素、阴离子、碳组份分析。采样仪器为2030型智能中流量采样器，流量为100L/min。详见表2。

表2 哈达湾、电力大学、江北PM2.5中特征物质质量浓度一览表

通过对PM2.5样品分析，得知组成吉林市细颗粒物的主要金属元素包括Na、Al、Si、Ca、Fe、Cr、Ni、As、Pb、Cu；无机离子包括Cl-、NO3-、SO42-和NH4+；碳组分包括有机碳（OC）、元素碳（EC）和碳酸盐（CC）。其中Na、Al、Si、Ca、Fe、NO3-、SO42-、OC是吉林市细颗粒物（PM2.5）的特征物质。

根据表2可知，OC是吉林市细颗粒物（PM2.5）中质量浓度最高的化学组分，其次是NO3-和SO42-，而煤烟尘和机动车尾气是贡献OC的主要源，这说明吉林市雾霾主要污染源是煤烟尘和机动车尾气。

3 建议

建议政府采取更为严格的措施，冬季实行集中供暖，依法取缔一些违法私建的锅炉；强化投资发展吉林市公共交通系统，财政向公共交通系统倾斜；加快“黄标车”的淘汰进程，实现油品升级。建议市民建立一个低碳环保的生活理念，节约用水、用电，尽量选择公共交通出行，通过每个人的努力，建设吉林市“蓝天白云”的美好家园。

4 结论

雾霾天气现象发生的原因本质是由于空气的污染，应对雾霾天气，解决空气污染，是环保的重任。这个环保不是狭隘意义上的环保部门工作，也有赖于国家行政体系转变思路。解决环保问题不仅仅要从政府、企业、社会做起，也应该从自我做起。

〔1〕成海容，王祖武，冯家良等.武汉市城区大气PM2.5的碳组分与源解析〔J〕.生态环境学报，2012，21（9）：1574-1579.

〔2〕范慧君，纪德钰，李丹等.大连市环境空气中PM2.5含碳组分浓度特征研究〔J〕.中国环境管理干部学院学报，2014，24（5）：46-50.

〔3〕HJ/T194—2005环境空气质量手工监测技术规范〔S〕.

〔4〕张更宇，吴超，邓宇杰.电感耦合等离子体质谱（ICPMS）联用技术的应用及展望〔J〕.中国无机分析化学，2016，6（3）：19-26.

〔5〕张更宇，施云芬，董湘军等.电热消解-电感耦合等离子体质谱法测定准东煤中15种元素〔J〕.冶金分析，2017，37（6）：26-32.

Research on the Causes and Influencing Factors of Smog in JiLin City and PM2.5Source Analysis

LiuJiyan（Environment Motoring Station of JiLin City JiLin JiLin 132012）

Based on data of the automatic air monitoring station in Jilin city，sources of smog such as meteorological conditions effecting smog weather in Jilin city，automobile exhaust，waste gas of production and life in the city and waste gas of fireworks were analyzed.Chemical source apportionment of PM2.5as the main component of smog showed that TOC was chemical composition of highest concentration in PM2.5in Jilin city，followed by NO3-and SO42-and coal dust and motor vehicle exhaust were the main Contributors of the smog in JiLin city.

Smog Cause analysis PM2.5source apportionment

X513

A

1674-263X（2017）03-0022-03

2017-09-06

刘骥艳（1984-），男，硕士，助理工程师，研究方向环境监测与治理。