2013～2017 年天津市PM2.5 浓度变化分析

2021-06-25毕温凯

科学技术创新 2021年15期

毕温凯李鹏*

(天津市生态环境监测中心,天津300191)

1 概述

细颗粒物(PM2.5),是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm 的颗粒物,由于PM2.5附着多种有害物质且粒径较小,可吸入人体引起呼吸、心脑血管和免疫系统等多种疾病[1-2],世界卫生组织[3](World Health Organization,WHO)和我国[4]先后将其列入空气质量标准,予以重点关注。

为改善环境质量,促进居民健康,2013 年国务院印发了《大气污染防治行动计划》[5],要求通过管控工业源、扬尘源和移动源等手段降低PM2.5浓度,要求到2017 年京津冀区域细颗粒物比2012 年下降25%左右。本文通过对2013 至2017 年天津市PM2.5浓度情况进行监测,研究了《大气污染防治行动计划》期间天津市PM2.5浓度变化特征,并结合天津市PM2.5来源解析结果提出浓度改善建议,旨在为天津市环境空气质量治理提供依据,促进天津市PM2.5浓度持续改善。

2 材料和方法

2.1 监测仪器

采用美国赛默飞世尔公司TEOM-1405F 型颗粒物自动监测仪,该仪器基于震荡微天平法(Tapered Element Oscillationg Microbalance,TEOM) 和膜动态测量系统(Filter Dynamic Measurement System,FDMS)联用方法。

TEOM法原理[6]是环境空气以恒定流量通过放置滤膜的锥形元件,颗粒物沉积在滤膜上,通过测量一定时间间隔内锥形元件前后的振荡频率即可计算出滤膜上颗粒物的质量差,再除以采样体积则得到采样浓度。

式中,dm 为时间间隔内质量变化,K0为弹性系数,f1时间终点频率,f0时间起点频率。

由于采样过程中采样管加热会导致采样气体中挥发和半挥发性颗粒物挥发,进而导致测量结果偏低。因此采用FDMS 法定时切换采样通道,分别称量加热过后的颗粒物质量和过滤颗粒物后挥发和半挥发性颗粒物质量,最后将两者求和,进而提高其测量准确性。

2.2 数据处理

天津市PM2.5由14 个空气自动监测点位的平均值计算获得,所有数据均通过中国环境监测总站审核,由于《环境空气质量标准》(GB 3095-2012) 自2013 年起实行,2012 年天津市无PM2.5监测数据,本文改以2013 年为基准年,监测时段2013 至2017 年,涵盖整个大气污染防治行动计划,期间无数据缺失。

3 结果与讨论

3.1 年际变化

监测结果显示,2013 至2017 年PM2.5年均浓度分别为96、83、70、69 和63μg/m3(图1),PM2.5浓度逐年下降,2017 年PM2.5年均浓度较2013 年下降33.9%,PM2.5浓度下降幅度远超《大气污染防治行动计划》中京津冀区域PM2.5年均浓度下降25%的目标,说明《大气污染防治行动计划》期间天津市对于PM2.5治理效果显著。

图1 为监测期间内天津市PM2.5 年均浓度变化情况。

图1 2013 至2017 年天津市PM2.5 年均浓度变化情况

但从达标情况上看,2013 至2017 年天津市PM2.5年均浓度分别是WHO 年均标准(10μg/m3) 和我国年均二级标准(35μg/m3)的6.32～9.57 倍和1.81～2.73 倍,天津市PM2.5浓度虽然下降显著但绝对水平仍然偏高,PM2.5浓度仍有下降空间。24 小时平均达标天数显示(表1),2013 至2017 年天津市达标天数整体呈现增加趋势,2017 年按WHO 和国家二级标准分别达标52 和274 天,分别较2013 年增加了42 和115 天,增长较为显著。

表1 2013 至2017 年天津市PM2.524 小时平均浓度达标天数(天)

3.2 季度和月变化

天津市PM2.5浓度季节上显示出“冬高夏低”的变化特征(见图2),其中冬季(1、2 和12 月)受供暖排放增加和重污染天气影响,PM2.5浓度最高；夏季(6、7 和8 月)天气气温较高,逆温现象不显著,垂直扩散条件较好,PM2.5浓度最低；春季(3、4 和5 月)和秋季(9、10 和11 月)气温仍相对偏低、同时风力较大易引起沙尘传输污染,PM2.5浓度相差不大,且处于全年中等水平。

图2 2013 至2017 年天津市PM2.5 季度平均浓度变化情况

天津市PM2.5月均浓度呈现“两头高,中间低”的变化趋势(见图3),每年1、12 月浓度较高,8 月浓度最低,最高月浓度出现在2013 年1 月,为155μg/m3,最低月浓度出现在2017 年8月,为37μg/m3。2017 年各月浓度范围在37～109μg/m3,较2013年同期低9.5%～54.6%。

图3 2013 至2017 年天津市PM2.5 月均浓度变化情况

总体看来,2013 至2017 年天津市PM2.5年均浓度逐年下降,远超《大气污染防治行动计划》PM2.5年均浓度下降25%左右的目标,达标天数明显增加,季度和月均浓度显著下降,说明《大气污染防治行动计划》对于天津市PM2.5改善起到了积极作用。但与WHO 和国家二级年均标准相比,天津市PM2.5浓度仍显著偏高,根据天津市大气颗粒物来源解析结果[7],天津市PM2.5主要来源依次为扬尘、燃煤、机动车、工业和其他,由于《大气污染防治行动计划》期间燃煤整治力度较大,建议天津市从扬尘、机动车和工业排放等方面加大管控力度,不断降低PM2.5浓度。