长三角某区大气颗粒物时间特征与原因分析

周玉香 蒋荣 王敏敏

（1. 南京理工大学，江苏南京 210094；2. 江苏省南通环境监测中心，江苏南通 226000）

1 引言

大气颗粒物按照粒径大小可分为总悬浮颗粒物TSP（粒径≤100 μm）、可吸入颗粒物PM10（粒径≤10 μm）、细颗粒物PM2.5（粒径≤2.5 μm）、超细颗粒物PM1（粒径≤1 μm）。PM10和PM2.5是环境空气质量监测中的常规污染因子。2012 年联合国环境规划署公布的《全球环境展望5》指出，每年有近200 万的过早死亡病例与颗粒物污染有关［1］。近几年来我国出现大范围的持续性雾霾天气［2］，对人体健康和交通出行等都产生一些不利影响。

2013 年，国务院出台大气污染防治行动计划和相关措施，目标到2017 年长三角区域细颗粒物浓度下降20%。经过5 年实施计划，大气污染治理不断提速，治理成效逐步显现［3］。本文对长三角某区2013—2017 年的空气质量数据进行统计，探究该区大气中PM10和PM2.5的时间变化特征，为该区治理颗粒物污染提供一定的数据支撑和建议。

2 数据筛选

考虑到选取该区5 年完整的季节时间段，数据选择2013 年1 月1 日—2018 年2 月28 日每天连续采样观测PM10和PM2.5的日均值结果。采样天数为1 885 d，由于自动监测系统仪器故障或停电，实际有效天数为1 878 d。

3 评价标准

该区为二类环境空气功能区，执行《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）二级质量浓度限值［4］。

4 分析方法

通过统计分析，寻找不同时间尺度下PM10和PM2.5浓度的时间分布特点，包括年度、季节、月度变化情况。

5 监测结果分析

5.1 年变化特征

2013—2017 年长三角某区大气PM10和PM2.5的监测结果见表1。由表1 可见，2013—2017 年该区PM10和PM2.5年均值呈下降趋势。2013 年该区PM10和PM2.5年均浓度分别为109，71 μg/m3，至2017 年分别降至65，38 μg/m3，下降幅度分别达40.4%，46.5%。该区PM10和PM2.5有超标现象，2013 年超标最高。2013 年PM10超标0.56 倍，2016 和2017 年PM10均不超标。2013 年PM2.5超标1.03 倍，至2017年仍然超标0.08 倍。

表1 长三角某区2013—2017 年大气PM10 和PM2.5年均浓度变化情况

5.2 季节变化特征

该区属亚热带湿润性气候，季风影响明显，雨热同季。该区四季分明，3—5 月为春季，6—8 月为夏季，9—11 月为秋季，12 月—第二年2 月为冬季。2013—2017 年该区大气PM10和PM2.5季节浓度值见图1。由图1 可见，四季颗粒物质量浓度由高到低依次为冬季、春季、秋季、夏季。PM10和PM2.5浓度干湿两季变化明显，春冬季节为干季，降雨量较少，天气易干燥，空气的水平和垂直运动缓慢，昼夜温差变化大，易出现大雾和逆温影响PM10和PM2.5扩散。夏秋季为湿季，雨季集中出现在5—9 月，受来自海洋上空清洁气团影响，降水量大，PM10和PM2.5浓度明显下降。

图1 2013—2017 年长三角某区大气PM10 和PM2.5 季节浓度值

5.3 月变化特征及相关性

5.3.1 月均浓度变化特征

2013—2017 年长三角某区大气PM10和PM2.5月均浓度值见图2。从图2 可以看出，2013—2017 年，该区大气PM10和PM2.5月均浓度走势具有相似性。PM10浓度最高值出现在2013 年12 月（195 μg/m3），最低值出现在2016 年8 月（35 μg/m3）；PM2.5浓度最高值出现在2013 年12 月（137 μg/m3），同PM10浓度月份最高值一致，但最低月份值不一致，出现在2017 年10 月（20 μg/m3）。每个自然年中月均浓度变化接近V 型，每年的谷值出现在9 月前后，每年峰值出现在1 月前后。

图2 2013—2017 年长三角某区大气PM10 和PM2.5 月均浓度值

5.3.2 PM10和PM2.5月均质量浓度的相关性

对2013—2017 年长三角某区大气PM10和PM2.5月均质量浓度进行线性相关性分析，结果见图3，拟合方程为y＝1.308x＋13.231，相关系数R 为0.938，说明PM10和PM2.5月均浓度呈很强的正相关，两者都是大气颗粒污染物，区别就在于粒径的大小，一定程度上表明PM10和PM2.5具有同源性。

图3 2013—2017 年长三角某区大气PM10 和PM2.5月均质量浓度相关性分析

5.4 PM2.5/PM10 的变化特征

探究PM2.5在PM10中的占比能反映出颗粒物粒径构成和污染的原因。据统计，2013—2017 年长三角某区大气PM2.5/PM10月均比值在0.46～0.85 之间，平均值为0.64，可见该区大气颗粒物污染PM2.5的贡献率达一半以上。按照季节分析PM2.5/PM10比值，发现四季的变化趋势与颗粒物质量浓度高低不一致，冬季平均比值最高为0.70，春季平均比值最低为0.58，夏季和秋季比值一样为0.63。这与Zhou X H等［5］所研究的中国PM2.5质量浓度占PM10的65%左右现象是一致的，这也表明冬季PM10和PM2.5的污染最为严重。

6 污染变化原因分析

6.1 气候因素

该区夏季盛行东南风，冬季盛行偏北风，夏季空气对流活动增强，有利于空气污染物的扩散。夏季雨量占全年雨量的40%～50%，而春冬季雨水较少，不利于大气污染物的冲刷。冬季夜间温度较低会增加相对湿度，同时降低空气中的饱和含水量，早晨雾会遮挡光线，地面接收不到太阳的光照，易形成逆温层，导致污染物无法向上扩散。

6.2 地区活动

工业源一直是污染物来源的主体，包括燃煤（燃煤电厂、集中供热）和工业生产（工业锅炉及窑炉、生产工艺过程排放）等。城市基础设施建设及园林绿化工程造成扬尘污染增加。机动车保有量逐年增加，且未对私家车实行限行，机动车尾气排放的主要污染物为CO，NOX，CH 化合物，造成光化学烟雾问题日益突出。

6.3 环保政策影响

环境政策往往决定了下一阶段环境保护工作的重点，并通过管理手段来实现。2013 年9 月国务院发布《大气污染防治行动计划》，正式全方位科学地治理大气污染，2014 年全面实施“治企、管车、降尘、控煤、禁烧、联防”大气污染防治方针等，一系列的环保政策使得大气污染物排放量明显下降，环境明显改善。

7 建议

为有效控制该区大气颗粒物污染，一是从源头入手，加大控制力度，提高思想认识和进行政策激励，多使用清洁能源；二是提倡广大群众绿色出行，鼓励乘坐公共交通工具以及骑车；三是加强城市生态建设，合理规划绿化和管理水域；四是加强监测监控，冬季需要重点开展大气污染综合治理攻坚行动。

8 结论

近年来，该区PM10和PM2.5年均值显著下降，与2013 年比，2017 年下降幅度分别达40.4%，46.5%，超额完成《大气污染防治行动计划》年度改善目标，环境空气质量总体改善明显。该区PM10和PM2.5浓度干湿两季变化明显，呈现春冬季高、夏秋季低的变化趋势，每年的谷值出现在9 月前后，每年峰值出现在1 月前后。PM10和PM2.5月均浓度呈很强的正相关，一定程度上说明2 种污染物的源头和传播途径相似。该区PM2.5/PM10月均比值为0.64，冬季平均比值最高为0.70。PM10和PM2.5浓度的变化受气候、地区活动和环保政策的影响，建议加强监测监控，鼓励低碳环保行动。