长春市大气污染物特征和潜在源模拟分析

陈丽珠 夏雨 陈兴

随着我国工业化和现代化发展进程的不断推进，大量污染物的排放使大气环境问题日益突出。受大气环流的影响，一个地区的大气污染状况不仅与当地的污染物排放有关，还受到污染物输送过程的中远距离影响，大气环境质量特征呈现出一种区域性。区域性的高浓度大气污染还会诱发疾病，对人体健康造成严重危害，因此区域大气污染输送问题导致的空气质量变化是近年来大气环境研究的热点。

近几年来，长春市大气环境变化频率增加，雾霾问题日益突出。本研究利用TrajStat后向轨迹模式+WPSCF模拟，对影响长春市大气环境质量的污染物输送特征进行模拟计算，同时结合大气污染物地面监测质量浓度数据，分析了较大范围内不同来向的气团对长春市环境空气质量的影响，并探讨影响长春市大气环境质量的外来源输送路径和主要污染贡献源区，以期为区域大气污染防控和环境管理提供依据。

资料来源和方法

本文采用的原始数据均来源于长春市环境空气质量自动监测站，经统计整理后，作为研究长春市2019年PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3（8h）污染情况的基础材料。长春市不同行政地区共10个环境空气质量监测站，分别为食品厂、客车厂、邮电学院、劳动公园、园林处、净月潭、甩湾子、经开区环卫处、高新区管委会和岱山公园监测站。上述10个监测站污染物浓度（小时值）取均值代表2019年间长春市污染物浓度水平。污染物基本特征图通过R语言绘制，后向轨迹通过的HYSPLIT模型模拟，利用TrajStat软件进行PSCF分析。

结果与讨论

污染物基本特征

2019年長春市污染物浓度变化如图1所示。SO2、PM2.5和PM10浓度水平的均值分别为11.0μg/m3、38.0μg/ m3、64.0μg/m3，CO浓度的年24小时平均第95百分数值为1.3mg/m3，并在春、冬两季处在较高水平，在夏季处在较低水平，这可能是受到供暖的影响。与上述污染物不同，O3浓度的年日最大8小时平均第90百分位数值为134.0μg/m3，在4-10月间处在较高水平，这主要是由于夏季光照较强，光化学反应强烈，利于O3的生成[3]。NO2浓度均值为34.0μg/m3，相较其他污染物，其在2019年间月变化的差异性不大，这可能受到机动车排放的影响。根据《环境空气质量指数技术规定（GB3095—2012）》，除了PM2.5年均值不满足二级浓度限值外，其余各项监测指标的年均值均符合国家日平均二级标准。

AQI（Air Quality Index，空气质量指数）是报告每日空气质量的参数。该参数描述了空气清洁、污染的程度，以及对健康的影响。2019年长春市AQI日历分布如图2所示，AQI污染日主要集中在1-4和12月份，其余月份AQI大部分处在优良等级，这可能是受采暖期的影响较大。

长春市不同月份下污染物浓度变化如图3所示。对于PM2.5来说，2月份的浓度处在较高水平，高排放时段为0：00-10：00和19：00-23：00；对于O3来说，高排放月份为4、5、6和7月份，高排放时段为0：00-1：00和13：00-23：00；就CO来说，高排放月份为1、2和12月份，高排放时段为0：00-11：00和18：00-23：00；就NO2来说，高排放月份为1、2、3、4、10和12月份，高排放时段为18：00-23：00；就SO2来说，高排放月份为1和2月份，高排放时段为0：00-11：00和19：00-23：00；就SO2来说，高排放月份为1-4月份，高排放时段为0：00-3：00和19：00-23：00。

潜在源区模拟

后向轨迹

研究所使用的后向轨迹模式源于美国国家海洋和大气管理局大气资源实验室（NOAA）的HYSPLIT（ hybrid single particle lagrangian integrated） 模式；利用TrajStat软件进行PSCF分析。本研究以1月、4月、7月和10月份分别代表了冬季、春季、夏季和秋季。四个季节的轨迹聚类（24h）如图4所示。长春市冬季气团轨迹主要来自西北和西南方向，春季主要来自西北和西南方向，夏季主要来自西南和南部方向，部分气团来自西部和东部方向，秋季气团主要来自西部、南部和北部方向。

WPSCF模拟分析

潜在源解析PSCF是一种基于气流轨迹分析计算大气污染源可能源区、地理位置和空间分布的方法。长春市WPSCF（PM2.5）分布特征如图5所示。在冬季长春市WPSCF高值区域主要位于西部方向，春季主要位于西部和西南部方向，夏季主要位于东北和西南部方向，秋季主要位于西南部方向；上述区域对长春PM2.5具有较高的贡献率。

长春市SO2、PM2.5、PM10和 CO浓度在春、冬两季处在较高水平，在夏季处在较低水平，这可能是受到供暖的影响；O3的浓度在4-10月间处在较高水平；NO2浓度在2019年间月变化的差异性不大；AQI污染日主要集中在1-4和12月份，其余月份AQI大部分处在优良等级。

从24h气团后向轨迹来看，长春市冬季气团轨迹主要来自西北和西南方向，春季主要来自西北和西南方向，夏季主要来自西南同南部方向，部分气团来自西部和东部方向，秋季主要来自西部、南部和北部方向；在冬季，长春市PM2.5的主要贡献区域位于西部方向，春季主要位于西部和西南部方向，夏季主要位于东北和西南部方向，秋季主要位于西南部方向。

（陈丽珠 长春建筑学院城建学院）

（夏 雨 吉林省鑫溢建筑工程有限公司）

（陈 兴 敦化市自然资源局国土空间利用服务中心）