连云港市大气降尘时空分布特征

2021-02-05姚瑶张丽施杨

环境监控与预警 2021年1期

姚瑶，张丽，施杨

(江苏省连云港环境监测中心，江苏连云港 222001)

大气降尘是城市大气环境监测的重要内容之一，虽然尘是可沉降的，对人体伤害没有那么大，但是降尘可以产生更小的颗粒物，成为环境空气中各类二次反应的载体。因此，降尘量对城市精细化管理程度的提升有着重要意义，减少降尘，同样是蓝天保卫战的重要一环。目前，国内降尘研究主要集中在西、北部等干旱、半干旱地区[1-7]，有研究人员对北京[2]、兰州[5]、太原[6]、石嘴山[7]、济南[8]、南京[9]等城市的降尘分布及变化规律进行了研究，而关于连云港市大气降尘的研究尚未见报道。陈程等[10]研究表明，2017年春季连云港市区扬尘对PM2.5贡献率为10.7%。扬尘对空气质量有一定影响。现利用2018年1月—2020年2月连云港市大气降尘监测数据，对大气降尘量时空分布及变化规律做初步分析，为改善环境空气质量提供参考。

1 研究方法

1.1 监测点位

每月采集降尘一次。采样点位见表1。其中1#—5#点位为市区监测点，1#为对照点，6#—17#为县区监测点。

表1 监测点位①

1.2 监测时间

2018年1月—2020年2月。春(2018年3—5月、2019年3—5月)、夏(2018年6—8月、2019年6—8月)、秋(2018年9—11月、2019年9—11月)、冬(2018年12月—2019年2月、2019年12月—2020年2月)四季。

1.3 监测处理方法

降尘采集与测定按照《环境空气降尘的测定重量法》(GB/T 15265—94)。采用乙二醇水溶液做收集液的湿法采样，各监测点位于远离各类污染源且高度距离地面10 m以上的楼顶，周围无高大建筑物遮挡，采样口距平台1 m，每个监测点位放置装有乙二醇水溶液集尘缸，每月采集(30±2)d，样品收集后罩上塑料袋，带回实验室。在夏季多雨季节，为防止水满溢出，及时更换新缸，采集的样品合并后测定。测定样品前，用光洁的镊子将落入缸内的树叶、昆虫等异物取出，并用水将附着在上面的细小尘粒冲洗下来后扔掉，用淀帚把缸壁擦洗干净，将缸内溶液和尘粒全部倒入500 mL烧杯中，在电热板上蒸发，使体积浓缩到10～20 mL，冷却后用水冲洗杯壁，并用淀帚把杯壁上的尘粒擦洗干净，将溶液和尘粒全部转移到已恒重的100 mL瓷坩埚中，放在搪瓷盘里，在电热板上小心蒸发至干，然后放入烘箱于(105±5)℃烘至恒重。降尘总量按下式计算：

式中：M——降尘量，t/(km2·30 d)；W1——降尘、瓷坩埚和乙二醇水溶液蒸发至干并在(105±5)℃恒重后的质量，g；W0——在(105±5)℃烘干的瓷坩埚的质量，g；WC——与采样操作等量的乙二醇水溶液蒸发至干并在(105±5)℃恒重后的质量，g；S——集尘缸口面积，cm2；n——采样天数，准确到0.1d。

1.4 分析方法

运用SPSS22.0软件进行相关性分析，计算得出降尘量与PM10、PM2.5相关系数。

2 结果与讨论

2.1 大气降尘量时间分布特征

连云港市17个监测点位平均降尘量月际、季节及年度对比见图1(a)(b)。苏政发〔2018〕122号文大气降尘考核目标标准为6 t/(km2·30 d)。由图1(a)可见，连云港市2018年平均降尘量为11.6 t/(km2·30 d)，超过江苏省考核标准，超标倍数为0.93；11月降尘量最高，为13.8 t/(km2·30 d)，超标倍数1.30，其次为2月[13.3 t/(km2·30 d)]、4月[13.2 t/(km2·30 d)]、3月[12.7 t/(km2·30 d)]，主要原因可能与气象条件有关，2018年2—4月风力3级及以上天数占80%以上，11月风力3级及以上为7 d，空气较干燥，宜激起扬尘，造成降尘量较大。8、9和7月降尘量年度最低，分别为8.6，8.9 和9.4 t/(km2·30 d)，超标倍数分别为0.43，0.48和0.57，这3个月空气湿度相对较高，降水偏多，平均风速低于其他月份，因此，降尘量低于其他月份。

2019年均降尘量均低于2018年，仅3和4月降尘量超过考核标准，其中3月降尘量最高，为10.6 t/(km2·30 d)，超标倍数为0.77，3月发生沙尘天气，加上天气干燥，导致降尘量较大。

由图1(b)可见，2018年全市平均降尘量表现为：春[12.1 t/(km2·30 d)]>秋[11.6 t/(km2·30 d)]>夏[9.9 t/(km2·30 d)]>冬[7.9 t/(km2·30 d)]，降尘量在春季最高，超过江苏省的降尘标准，冬季降尘量最低，和气象因素有一定关系，春季风大雨少，秋季天气干燥，导致降尘量较高，而夏季雨水增多，降尘随之减少，冬季气温较低，城市建设活动减少，寒冷天气会出现局部地面冻结，降尘量也不会大。2019年全市降尘量季节规律与2018年一致，除了春季[8.1 t/(km2·30 d)]超过降尘标准，其他季节均达标。

2018年11、2、6和12月降尘量标准偏差较大，说明这些月份不同点位降尘量变化较大，其他月份以及2019年较小；2018年秋季、冬季降尘量标准偏差较大，其他季节相对较小。

图1 连云港市平均降尘量月际、季节变化及年度变化

图2(a)(b)所示为连云港市区、县区以及对照点的降尘量的月际、季节及年度变化。2018年，除了8月，县区降尘量均高于市区，市区降尘量变化比较平稳，而县区下半年月变化幅度比较大，11月份达到最高值；2019年3月市区降尘量明显高于县区，其他月份二者相差不大。季节上表现为，2018年市区除了冬季达标外，其他季节均超过江苏省降尘标准，县区降尘量明显高于市区，均不达标，县区降尘量冬季最高，夏季最低；2019年市区和县区规律一致，春季最高，超过江苏省考核标准，其他季节均达标。对照点降尘量均最低，但是2018和2019年4月仍超过江苏省考核标准，其他月份均达标，这与对照点处人为活动、植被覆盖等对降尘的贡献有关[8]。

图2 连云港市各监测区平均降尘量月际、季节及年度变化

2.2 大气降尘空间分布特征

2018年各监测点降尘分布存在明显差异，2019年差异略小，主要由于气候变化、站点地理位置以及周边环境不同所致，连云港市各监测点位全年平均降尘量见图3。对照点1#降尘量最小，为6.6 (2018年)和3.1 t/(km2·30 d)(2019年)；2018年各监测点位降尘量均超过江苏省考核标准，其中，7#点位值最高，为21.2 t/(km2·30 d)，超标倍数达2.53；2019年9#和14#点位值略超过省考核标准，分别为6.2 t/(km2·30 d)和6.6 t/(km2·30 d)，超标倍数分别为0.03和0.10，其余点位均达标。7#监测点西侧紧邻裸土地块，东侧为在建小区，周边较多待建裸地，由于这些裸地、道路和建筑施工、大货车物流运输等扬尘源排放显著，导致扬尘较大。 6#(2018年)、7#(2018年)、8#(2018年)、14#(2019年)点位年降尘量偏差较大，说明这些点位降尘量存在月份差异较大，经过控尘抑尘等管控措施，2019年6#—8#点位明显好转。

图3 各监测点位全年平均降尘量

各采样点年均降尘量及变异系数见图4。由图4可见，2018年，连云港市降尘量：赣榆区>灌云县>东海县>灌南县>市区>对照点，均超过江苏省降尘标准，其中，赣榆区降尘最高，月均值为18.1 t/(km2·30 d)，超标率达202%，最低点为市区，月均值为8.7 t/(km2·30 d)，超标率为45%。赣榆区监测点受建设施工、货车运输、企业排放等影响，导致降尘量最高，但是赣榆区变异系数最大为0.15，说明区各个监测点位降尘量波动不大。2019年，降尘量灌云县>东海县>赣榆区>市区>灌南县>对照点，月均值均达标。变异系数东海县最大为0.19，说明该县各监测点位降尘量略有波动。近两年的降尘数据可知县区降尘量均高于市区。

图4 各采样点年均降尘量及变异系数

2.3 降尘量与细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)相关性

对2#—5#点位的2018年降尘量与ρ(PM10)、ρ(PM2.5)进行相关性计算，结果见表2。由表2可见，4个点位的降尘量与PM10、PM2.5相关性较高，说明降尘与PM2.5及PM10的来源具有一致性，但是只有2#和4#点位的降尘量和PM10显著性相关，其他并不显著。

表2 降尘量与PM10、PM2.5的相关性①

2#—5#点位2018年每月的降尘量、ρ(PM10)、ρ(PM2.5)见图5(a)(b)(c)(d)。

图5 2#—5#点位降尘量、ρ(PM10)和ρ(PM2.5)

由图5可见，这4个点位上半年的降尘量与ρ(PM10)、ρ(PM2.5)变化趋势基本一致，呈现先降低再增大再降低的规律，即在春季升高，夏季降低；而下半年，降尘量与ρ(PM10)、ρ(PM2.5)变化趋势略有差异，ρ(PM10)、ρ(PM2.5)逐渐升高，但是降尘量呈锯齿状变化，表明降尘量与PM2.5、PM10具有季节分异性，主要原因可能是受地理位置和地形、人为活动以及气象条件影响。