天水市大气常规污染物变化特征分析

杨璐

（天水市环境监测中心，甘肃 天水 741000）

随着工业化及城镇化速度的不断加快，天水市受到空气环境污染的程度也越来越重[1]，本文利用安装在城区的两个国控环境空气自动监测系统数据，对常规污染因子的污染特征进行了分析，为天水市大气环境的治理提供一定的技术支持[2]。

1 监测点位和数据来源

1.1 监测点位

天水市两个环境空气监测点位分别是秦州区公园小学和麦积区国土局和仙人崖，连续自动监测，数据通过VPN通道同时发送中国环境监测总站、甘肃省生态环境厅和天水生态环境监测中心，数据有效性由总站审核。

1.2 数据来源

选取三个站点2020-2021 年春、夏、秋、冬四个季节有代表性月份月平均浓度进行统计分析。文章统计分析的数据均从自动监测数据库中随机选取，主要保证所选数据在一天内是完整有效的，不带任何倾向性。（时段和处理方法后面文章中均有详细描述）

2 大气常规污染物特征分析

对秦州区公园小学和麦积区国土局两个国控点的环境六要素观测结果进行分析，并与仙人崖区域背景点进行对比。

2.1 冬季

选 取2020 年 冬 季12 月1 日-2021 年1 月31 日期间环境空气质量数据，其中进步巷、文化馆及仙人崖站点PM10月平均质量浓度分别为86.0±34.1、107.2±44.2 和35.7±16.9μg/m³，麦积区质量浓度最高，秦州区次之，仙人崖背景区城明显低于城市中心区域。细颗粒物PM2.5浓度的分布趋势与PM10基本一致，3 个站点月平均浓度分别为50.3±22.0、68.1±28.9 和24.1±13.4μg/m³，同样也是背景区城明显低于城区，秦州城区低于麦积城区，说明城区中不同区域受排放源、扩散条件、地形地貌等影响，颗粒物浓度存在显著的局地变化。根据环境空气质量二级标准，PM10日均质浓度应不超过150μg/m³，PM2.5日均质量浓度应不超过75μg/m³。秦州区公园小学和麦积区国土局PM10日均浓度均达标，最高值分别是140.0 和144.8μg/m³。秦州公园小学站点的PM2.5出现两次污染过程，日均浓度超标天数为2，分别是12 月14 日和12 月24 日，超标率为6.45%，最高值达到93.8μg/m³。麦积文化馆站PM2.5出现4 次污染过程，分别是12 月4-5 日、12月8-14日、12月21-24日和12月27-29日，日均浓度超标天数为12,超标率为38.71%，最高值达到106.17μg/m³，出现在12 月24 日。秦州区和麦积区的PM2.5虽均有超标日出现，但均无重度污染发生。所有PM2.5超标日均发生在不利于污染物扩散的均压场控制的静稳天气条件下。总的来看，天水市主城区PM10达标情况较好，PM2.5超标率高于PM10，麦积区超标率高于秦州区，城市背景区域空气质量较好。天水市主城区冬季大气污染以细颗粒物污染为主导，且各城区有明显的差别，不利的天气条件是污染物积累的主要外部驱动因子。

分析气态污染物浓度，两个站点臭氧浓度呈现明显日夜变化，而背景站变化幅度较小。进步巷站点、文化馆站点及仙人崖站点O3浓度分别为21.6±23.7、19.4±18.1 和53.9±16.7μg/m³。三个站点NO2的月均值浓度分别为57.2±19.8、50.5±17.1 和11.4±7.1μg/m³。秦州站NOx浓度略高于麦积站。背景站NOx维持在较低水平。S02和CO与NOx具有相似的分布趋势。

2.2 春季

选取2020年4月1-5月6日期间环境空气质量数据，公园小学、国土局及仙人崖站点PM10月平均质量浓度分别为53.2±25.7、69.5±40.5 和29.5±16.3μg/m³，两城区均高于背景区域，麦积区质量浓度最高，秦州区次之，仙人崖区域明显低于城市中心区域。细颗粒物PM2.5浓度的分布趋势与PM10基本一致，但明显春季PM10波动范围较大。3个站点PM2.5月平均浓度分别为21.5±9.08、27.1±10.9 和14.5±6.2μg/m³，同样也是背景区域明显低于城区，秦州城区低于麦积城区。

秦州区和麦积区的PM10日均浓度均达标，最高值分别是100.6 和128.1μg/m³。秦州公园小学的颗粒物出现两次污染过程，分别是4 月15日和4月17日。不同的是，麦积国土局颗粒物出现3 次污染过程，除与秦州城区相同的典型过程外，其5月1日至5月5日PM10浓度居高不下，小时值最高一度达到328μg/m³。这表明麦积区有较强的局地污染过程，也有可能受到春季频发的浮尘天气影响。秦州区和麦积区的PM2.5虽均有污染过程出现，但均无重度污染发生。所有污染过程的发生均处在不利于污染物扩散的静稳天气条件下。总的来看，天水市主城区颗粒物达标情况较好，麦积区整体浓度高于秦州，城市背景区域空气质量较好，但在污染过程中也在一定程度上受到了的城市区域传输影响。天水市主城区春季大气污染以PM10污染为主导，且各城区有明显的差别。

两站点臭氧浓度呈现明显日夜变化，且由4-5月有明显的逐日增加趋势。在麦积城区5月初污染过程中，其夜间颗粒物在日间的迅速清除为臭氧生成提供了良好条件，使近期O3质量浓度达到高值。而背景站O3浓度更高体现出强烈的光化学反应过程。公园小学、国土局及仙人崖O3浓度分别为68.5±38.5、63.4±9.4和99.6±34.3μg/m³。三个站点NO2的月均值浓度分别为33.8±23.8、35.1±18.1 和6.1±2.2μg/m³。秦州区NOx浓度略低于麦积区，背景点NOx维持在较低水下。S02和CO 在冬季采暖过后均体现出较低的浓度水平。

2.3 夏季

选取2020 年7 月1-31 日期间环境空气质量数据，夏季由于良好的天气扩散条件及湿沉降条件，整体污染物浓度维持在较低水平。公园小学、国土局及仙人崖站点PM10月平均质量浓度分别为22.6±14.4、24.7±16.4 和15.7±7.6μg/m³，两城区均高于背景区域，麦积区质量浓度最高，秦州区次之，仙人崖区域明显低于城市中心区域。细颗粒物PM2.5浓度的分布趋势体现出与PM10颗粒物的一致性，但夏季细颗粒物始终维持较低的质量浓度。3个站点PM2.5月平均浓度分别为PM10月平均质量浓度分别为8.6±5.6、7.5±4.1 和9.1±4.2μg/m³，在较低浓度下三站点细颗粒物浓度相近。

两个站点臭氧浓度呈现明显日夜变化，在颗粒物维持较低水平的同时，臭氧在夜间由于温度影响也保持在一定浓度。在良好的光照条件下，其与前体物氮氧化物的反相关性体现得更加明显。在城区7 月26 日至28 日污染过程中，O3浓度贡献明显。其公园小学、国土局及仙人崖站点O3浓度分别为68.5±31.1、63.9±31.4 和60.8±22.8μg/m³。三个站点NO2的月均值浓度分别为20.1±8.9、16.1±9.9和3.0±1.2μg/m³。秦州区站点NOx浓度略低于麦积区站点，背景站NOx维持在较低水平。S02和CO在仍然体现出较低的浓度水平。城市站点臭氧浓度高于背景站点浓度，其前体物的转化对臭氧的生成产生了较大影响。

2.4 秋季

选取2020 年9 月20-10 月27 日期间环境空气质量数据，对比春夏两季颗粒物浓度有明显提升。公园小学、国土局及仙人崖站点PM10月平均质量浓度分别为40.7±25.7、49.1±36.0和17.9±12.4μg/m³，两城区均高于背景区域，麦积区质量浓度最高，秦州区次之，仙人崖区域明显低于城市中心区域。细颗粒物PM2.5浓度的分布趋势体现出与PM10颗粒物的一致性，秋季整体颗粒物浓度呈现出增加趋势。3个站点PM2.5月平均浓度分别为17.3±9.7、22.3±12.2和10.8±5.2μg/m³，背景站细颗粒物浓度无较大变化，在城市站体现出逐步累积的特征。

在10 月12-13 日颗粒物浓度突然增高，AQI 指数升高，天水市主城区整体出现较高的颗粒物污染，但持续时间较短，受局地排放影响较大。在10 月15 日之后，由于不利的气象条件影响，各项污染物均有不同程度累积，颗粒物及氮氧化物污染积聚明显。总的来看，秋季天水市麦积区整体污染物浓度高于秦州，城市背景区域空气质量较好，但在污染过程也受到了一定程度上的城市区域传输影响。

分析气态污染物浓度，背景站点与夏季情况相同，不存在排放影响，但城市地区均有不同程度的增高。其进步巷、文化馆及仙人崖站点O3浓度分别为37.1±22.4、43.9±22.2 和25.9±20.5μg/m³。O3浓度水平青景站点高于城市站点，这是由于城市站点颗粒物的增加导致了臭氧前体物的减少。S02和CO出现一定程度累积。

2.5 四个季节对比

图1为天水市主城区及背景点不同季节符合污染物平均日变化特征，由图可知，冬季除O3外，其余污染物均呈现出双峰形态日变化特征。在日平均态中我们可以看出，第一个污染物累积过程发生在早6:00—10:00点时间段，人为活动及早高峰对污染物累计贡献较大；第二个污染物累积过程发生在16:00-20:00 且斜率明显大于早高峰过程，这说明在混合层湍流减弱的过程中，人为排放的污染物更易于累积并达到整体高值。春季，由于日照时数的增多，边界层能量交换加剧，不同污染物呈现出不同日变化特征。污染物夜间扩散能力也明显优于冬季。对于颗粒物来说，夜间仍存在一定累积，但相较于冬季16:00-20:00 峰值并不存在，氮氧化物夜间累积更加明显。夏季污染物浓度进-步降低，这是由良好的气象条件和丰富的降水及进一步加剧的边界层能量交换协同作用导致。除臭氧外，颗粒物及氮氧化物仍在夜间有所累积，其他污染物变化不明显并处于全年低值。秋季污染物日变化呈现出与冬季一样的双峰形趋势，但整体波动范围较小。对背景站点来说，受局地人为排放影响较小，全年不存在双峰形态污染物日变化。整体浓度维持在大气背景水平。夏季由于人为排放的影响，城市区域的O3光化学反应更加剧烈，其整体浓度高于背景区域，其他季节背景区城臭氧浓度均高于城市地区。

图1 天水市城区四季大气常规污染物平均日变化特征

3 结论

天水市主城区不同区域大气常规污染物的整体季节变化特征：颗粒物及空气质量指数均体现出冬季＞春季＞夏季＞秋季的特征，三个站点除细颗粒物夏季较为接近以外，其他均为麦积区浓度大于秦州区，并远高于背景区域；对SO2来说，冬季整体出现高值，这可以归因于燃煤排放的影响，在春、夏、秋三季城市站与背景站浓度差异并不大，体现出城市冬季燃煤的主要需求；而氮氧化物排放秦州区总体高于麦积区，秦州区更应注重机动车辆排放污染的治理；臭氧的变化特征不同于其他污染物，在背景区域由于颗粒物浓度较低提供给了臭氧更好的光化学反应环境，使得背景站点的臭氧与城区浓度接近甚至超过城区站点。在整个城市环境下，不同污染物均存在相互作用及相互影响，各类污染物的协同治理尤为重要。