生态环境治理下大气污染物浓度变化特征监测研究

易丹

关键词：生态环境治理；大气污染物；浓度变化；特征监测；二氧化氮

前言

大气污染导致严重空气质量问题已经严重威胁人类的正常生活，受到大气污染影响，人类生活质量明显下降。大气污染除了工业生产导致的碳气体排放以外，还有日常交通产生的碳排放。大气环境本身具有自净能力，但是目前人类向大气排放单位污染性气体已经严重超过大气自洁的能力，所以才会出现较为严重的空气污染问题。气象因素是实现大气自净的一个重要助力，降水、刮风都会帮助大气环境降低空气污染浓度，但是以目前的污染形势来看，仅靠大气自洁，无法实现大气环境治理，所以近年来中国也在积极采取措施开展生态环境治理工作，改善大气污染问题。张娣等人以乌鲁木齐作为研究对象，监测历年采暖期该区域的污染物水平变化，近年来在国家和政府的努力下，该地区的污染物浓度有所下降，说明环境治理取得初步成效；李杨勇等人以焦化某个区域为研究对象，利用气体检测仪，监测该区域污染物浓度，通过监测结果确定该区域污染物浓度最高的物质。文章主要研究生态环境治理下，监测大气污染物浓度变化特征，根据该分析结果制定未来环境治理策略，获得更加良好的治理效果。

1大气污染物浓度变化特征监测

1.1研究区域概况

文章所研究区域位于长江中下游区域，是中国中部区域重要城市，属于交通枢纽城市，无论水运还是陆运均较发达，同时汇集多所科学研究中心，是主要科研基地。全区域面积为11408.48平方公里，常住人口779万人。该区域除了中部和南部地势较低以外，东部、北部以及西部地势均较高，区域内大部分地势较为平坦，平均海拔达到30m。春秋两季气温较为和煦，夏季湿热冬季寒冷，属于亚热带季风气候，全年平均降水量约为1000mm，雨热同期，全年平均温度在16℃上下，气候较为适宜，全年平均光照能达到2100h。

作为重要交通枢纽及经济较为发达的一线城市，近年来建设速度较快，经济发展也稳步提升，但是这种发展导致城市环境污染问题越来越严重。城市基础建设造成的空气污染，工业生产导致的废气，日益增加的车辆数量导致碳排放量激增都是导致该区域发生空气污染的原因。十年前，该区域经济迎来一个质的飞跃，但是伴随而来的是该地区雾霾问题日益严峻，最严重的几个监测日期显示该区域空气质量指数均超过500。该区域三面高一面低，冬季空气流动较弱，加上各种污染行为的发生，冬季雾霾问题尤为严重，一方面降低空气质量，同时也导致出行时的能见度较低，对于人们居住、健康均带来很大困扰。

1.2数据来源

研究区域空气质量的数据由国家环境监测局提供，研究区域中的固定几个区域布置大气环境固定监测点，这些监测点功能各异，包括化工厂、造纸厂、炼钢厂、医院、学校、农场等，监测点数量达到10处。历史空气质量数据可以直接从当地的空气质量历史数据查询网站获得，空气污染物的类型包含二氧化氮、二氧化硫、PM2.5和PM10。

1.3大气污染物浓度变化特征监测方法

1.3.1监测设备布置

在各个监测点使用热电431脉冲荧光法二氧化硫分析仪监测二氧化硫浓度，利用二氧化氮一氮氧化物分析仪监测二氧化氮的浓度特征。PM2．5和PM10的浓度特征使用B射线颗粒物监测仪实现监测。结合气象监测设备监测各个监测点的风向、气压、风速、气温、风向等信息。定时对各个仪器设备开展检验，校准量程、零点和流量等数据。监测空气中颗粒物浓度的设备需要定期清洁，滤膜每间隔一个星期清理一次。

1.3.2KZ滤波法的污染物浓度时间尺度特征分析

Kolmogorov-Zurbenko滤波法又称KZ滤波法，是时间序列分析方法，通过提前设置不同参数，KZ滤波法能够在不需预处理数据的情况下，获得不同时间序列下的污染物浓度特征。使用X（t）描述初始时间序列：

1.3.3回归模型分析污染物浓度关系

变量较多的回归模型称为多元线性回归模型，使用式（3）描述回归方程关系：

式（4）中，C表示各个污染物的浓度。由于一氧化碳和臭氧的浓度占比较小，因此此次研究忽略二者的影响，仅考虑二氧化氮、二氧化硫、PM2.5、PM10污染物的浓度，这些污染物是该地区大气污染的主要成分，对人体健康和环境质量的影响较为显著。

2监测结果

2.1生态环境治理下二氧化氮浓度变化特征监测

通过监测多元线性回归模型获得随着时间变化二氧化氮浓度变化特征，监测结果见图1。

由图1可知，生态环境治理前后二氧化氮浓度变化趋势基本相同。生态环境治理后，二氧化氮的浓度明显降低。受到不同季节和时间的气象因素影响，不同时间序列下研究区域二氧化碳的浓度变化出现明显差异。冬季气温较低，但是降水较少，且研究区域三面地势较高，大风天气较少，所以冬季二氧化氮的浓度较高。夏季降水较多，气温较高，二氧化氮的浓度较低，且昼夜差异也不大。春季及冬季受到风、雨等气象因素影响，导致二氧化氮的浓度较低，其中秋季比春季二氧化氮的浓度较高，主要是由于秋季收获农作物，燃烧农副产品，因此二氧化氮浓度有所上升，因此相比之下，秋季二氧化氮的浓度更高。

2.2生态环境治理下二氧化硫浓度变化特征监测

二氧化硫是导致酸雨发生的主要原因，所以监测二氧化硫浓度变化特征是未来环境治理的重点。生态环境治理前后二氧化硫月度浓度变化见图2。

由图2可知，无论是生态治理前还是生态治理后，二氧化硫的浓度变化月度特征变化趋势基本一致，但是能够明显看出，生态环境治理以后，二氧化硫的浓度显著下降，说明经过生态环境治理，研究区域中二氧化硫这种污染物得到良好治理。从全年二氧化硫监测数据来看，冬季二氧化硫浓度较高，夏季二氧化硫浓度較低，春季与秋季的二氧化硫浓度也发生小范围升高，这种浓度变化特征与二氧化氮的浓度变化特征基本相同。这种变化趋势主要是由于秋冬两季农作物残余物作为垃圾被大面积焚烧，产生大量有害气体，所以污染物浓度有所上升，但是经过生态环境处理，政府为降低这种焚烧导致的空气污染，采取统一处理手段，避免大面积焚烧。工厂在秋冬两季受到气候、气象因素影响，污染物不能及时被大气环境自净，所以污染浓度有所上升，经过生态环境治理，这些工厂的排放量有所降低，所以二氧化硫的浓度明显降低。经过监测发现二氧化硫浓度呈现较为明显季节变化特征。

经过上文分析可以看出，气象因素也会导致空气中的污染物浓度上升，因此监测不同天气因素下二氧化硫的浓度变化的监测结果见表1。

由表1可知，各个气象因素对于二氧化硫浓度影响各不相同，水汽压与气温变化会导致二氧化硫浓度较高，受到降水量、日照、风速等气象因素影响，二氧化硫的浓度较低，由此可以看出，二氧化硫的浓度变化体现出较为明显的气象特质。

2.3生态环境治理下颗粒物浓度变化特征监测

大气中的细颗粒物浓度较高就会形成雾霾，雾霾会直接影响居民的身体健康，雾霾中主要为空气中悬浮的颗粒物，其中最主要便是微尘（PM2．5）和飘尘（PM10），这两种污染物也是大气污染物治理的主要对象。在不同天气状况下，PM2.5和PM10的浓度变化情况见表2。

通过表2可知，即使出现沙尘、雾霾、秸秆燃烧的气象情况，只要不发生严重污染，空气中PM2.5和PM10的浓度并没有较高。但是在这些天气条件下，如果发生大气污染，PM2.5和PM10的浓度会显著上升。

选定某个雾霾较严重的日期，监测全天颗粒物浓度变化情况，结果见表3。

从表3能够看出，早晚高峰时期，颗粒物污染较为严重，在雾霾污染的背景之下，颗粒物日变化特征较为明显。颗粒物主要在该空间中存在，空间的边界層结构较为稳定，地面也会积聚大量大气污染物，所以白日颗粒污染物浓度较高。夜晚人类活动较少，车辆、工厂等排放颗粒污染物的源头不再工作，颗粒物污染浓度有所降低。综合以上监测结果获得PM2.4和PM10的污染物浓度呈现出明显日变化特征。

3结束语

长江中下游地区是中国经济发展最为活跃的区域之一，但也是大气污染较为严重的区域之一。以该区域作为研究对象，监测研究生态环境治理下大气污染物浓度变化特征。针对该区域常见污染物：二氧化氮、二氧化硫、PM2.5、PM10等受到各种因素影响，展现出较为明显的季节特征、气象特征、日变化特征。该区域早期为了提升经济水平，大力发展工业，导致该区域大气环境发生严重污染，因此政府及相关机构大力治理生态环境，在一定程度上改善了当地大气环境。通过监测结果发现，生态环境治理后，二氧化氮浓度均有所降低，日变化特征与季节变化特征均较明显。二氧化硫经过治理以后浓度也明显降低，月度变化特征和季节变化特征显著。空气悬浮颗粒日变化特征明显，经过治理后PM2.5和PM10的浓度也明显降低。