安阳市高层次住宅不同高度处环境空气中PM10含量变化规律研究
2020-05-25张涛
张涛
摘 要:该文研究了高层次住宅不同高度处环境空气中PM10含量变化规律。研究表明,不同高度处环境空气中PM10含量受大气稳定度影响较大。距地面最近处,PM10含量最高;距地面最高处,PM10含量较低。环境空气中PM10含量随楼层高度的不断增加而浓度有较大变化。在冬季晴天、风速较高条件下,环境空气中PM10含量随楼层高度的增加在一定距离范围内呈下降趋势,具体高度受诸多方面因素影响,在不同地区、不同城市、不同市区甚至不同小区都有差异,因此,安阳地区PM10含量变化规律主要是由当地污染物征决定的。
关键词:楼层高度 环境空气 PM10
中图分类号:X831 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2020)04(a)-0040-02
PM10是环境空气中常见污染因子之一,对人体健康的影响多有报道。环境空气中的PM10可通过呼吸道进入人体,主要蓄积在人体心、肺、血管、大脑等处,将损害呼吸系统、造血系统引起一系列临床症状。PM10污染对孕妇、婴幼儿健康影响很大。受PM10污染的儿童容易引起哮喘,老年人容易引起肺栓导致死亡。在环境空气中,不同垂直高度处污染物含量是不同的。为此,我们开展了高层次住宅不同楼层高度处环境空气中PM10含量变化规律研究。
1 实验方法
1.1 监测点位的布设
经对安阳市区高层建筑现场勘查,选择以安阳市网通公司办公大楼(高约120m)为监测对象。安阳市区冬季主导风向为北风,安阳市网通公司楼向为南北走向,在网通公司办公大楼各楼层西阳台布设监测点位,监测楼层为1层、3层、5层、7层、10层、15层共计6个监测点位。
1.2 监测方法及分析仪器
具体情况见表1。
1.3 监测时间
2018年12月26~30日,采样时间不少于18h,连续监测5天。采样时间为早6:00点~晚24:00點。监测同时记录地面气温、气压、风向、风速等气象要素。
1.4 质量控制措施
采样仪测量前后进行流量校准,样品实验室分析做10%加标回收试验和质控样品,实验测定结果合格。
2 结果与讨论
在监测期间,12月26日、27日天气、风速等气象因素较一致,12月28日、29日、30日天气、风速等气象因素较一致,因此将12月26日、27日监测结果作为一组,28日、29日、30日监测结果作为一组,分别讨论两种天气条件下不同楼层高度处环境空气中PM10含量变化规律。监测结果见表2,气象条件见表3,楼层高度对应PM10的变化趋势见表4。
阴天、雾、风速较低气象条件不同楼层处PM10浓度变化规律分析如下。
由表3可知,12月26日、27日,天气情况较一致,均为阴天、雾,形成逆温层。风速较低,范围为1.8~2.2m/s。由表3、表4表明,在风速较低情况下,由于逆温层的存在,大气稳定度较好,不利于污染物的扩散,监测期间不同楼层高度处环境空气中PM10含量变化规律较一致。
(1)在1层处,环境空气中PM10含量范围为0.457~0.30
9mg/m3。从近地面到距地面10m处,环境空气中PM10含量上升。通常认为PM10来自工业排放、烹饪排放、大风天气导致扬尘、汽车尾气也会造成PM的产生。安阳市在冬季是以煤为主要能源的城市,安阳市TSP二重源解析结果表明,燃煤尘是安阳市第二大污染源类[1]。在采暖季其贡献值为162.40μg/m3,分担率为24%。可见,安阳市煤烟尘污染严重,一部分漂浮于大气,一部分沉降到地面。以上因素,均在一定程度是增加了地面扬尘中PM10含量。近地面处,总悬浮颗粒物污染较重,使得近地面环境空气中PM10含量较高。
(2)从7~15层处,环境空气中PM10含量基本呈现出随楼层高度的增加,PM10含量有上升趋势。12月26日、27日,7层处环境空气中PM10浓度分别为0.484~0.472mg/m3,15层处境空气中PM10浓度分别0.631~0.601mg/m3。张仁健、王明星等人[2]对北京冬春季气溶胶化学成分及其谱分布研究表明,大部分元素在47m高度的浓度要大于6m高度的,这些元素有Al、Si、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Ni、Cu、As、Se、Br、Pb等。两次观测的比值在1~2.8之间。这与该研究的结果是一致的。监测的12月26日、27日,均为阴天,有雾,且风速较低,大气稳定度较好,不利于空气中污染物的扩散。张仁健等人[2]的研究表明,30~40m高的烟囱排放的污染物在40~50m高度最大,随风力不同,而向下游扩散。高架源排放的污染物在大气中随风扩散的轨迹是抛物线形,且随着向地面的降落,浓度逐渐稀释降低。高架源排放的污染物弥散在空气中,其中的细粒子不易降落到地面,发生复杂的大气物理化学变化过程。大气稳定度较好的逆温天气,有利于细粒子的抬升。这些因素都使得在一定高度范围内使得距地面距离越高,环境空气中PM10含量上升。
(3)楼层在15层处,环境空气中PM10含量下降。周明煜等[3]的研究表明,北京市在120m以下有充分的垂直和水平湍流交换,120~280m相对较弱。这表明距地面120m处是大气层流运动的一个分界面。安阳市环境空气中PM10在离地面120m处低于100m处,可能是由于近地面大气中有较少的PM10能够达到距地面120m高空处。徐宏辉等人[4]的研究表明,某些金属元素在80m的浓度高于8m和240m,例如Al、Fe、Mg、Ca、Ba、Sr、Zr、Na等。该研究中,监测的12月26日、27日PM10在1层的浓度高于3层和15层,与徐宏辉等人[4]的研究结果有着相似性。
3 结语
冬季,阴天有雾,且风速较低的情况下,大气中容易形成逆温层。在1层处,环境空气中PM10含量较高。7~15层处环境空气中扬尘较少,环境空气中PM10含量下降。环境空气中PM10含量基本呈现出随楼层高度的增加,PM10含量有上升趋势。具体高度受诸多方面因素影响,在不同地区、不同城市、不同市区甚至不同小区都有差异。这跟灰尘密度、周围建筑高度和气流湍流特性都有关系。因此安阳地区PM10的垂直分布特征主要由当地的污染特征决定的。
参考文献
[1] 安阳市环境保护监测中心站.安阳市大气颗粒物来源解析[Z].2003.
[2] 张仁健,王明星,张文,等.北京冬春季气溶胶化学成分及其谱分布研究[J].气候与环境研究,2000,5(1):6-11.
[3] 周明煜,姚文清,徐祥德,等.北京城市大气边界层低层垂直动力特征及其污染物浓度关系的研究[J].中国科学(D辑),2005,35(增刊):20-30.
[4] 徐宏辉,王跃思,温天雪,等.北京市大气气溶胶中金属元素的粒径分布和垂直分布[J].环境化学,2007,26(5):675-679.