太原市PM10、PM2.5、SO2和CO冬夏两季污染特征研究

(中国辐射防护研究院，山西 太原 030006)

太原市作为能源大省山西省的省会，属于传统重工业城市，地处山西省的中部太原盆地，由于其特殊的工业结构及地形条件，大气污染较为严重。为制定更加有效的污染防治对策，确保人民身体健康，十分有必要了解和认识太原主城区大气污染物污染特征。本文收集和整理了太原市区冬夏两季环境质量数据，分析了两季PM10、PM2.5、SO2、CO污染状况，同时进行了各项大气污染物浓度的相关性分析和污染来源影响分析，可为太原市大气污染防治工作提供支持。

1 数据来源

本文所利用的PM10、PM2.5、SO2和CO浓度来自中国环境监测总站全国城市空气质量实时发布平台对外发布的太原市坞城监测点的空气质量实时数据，平台根据《环境空气质量标准》(GB3095-2012)的有关规定，发布全国空气质量状况。冬季数据采集时段为2013年12至2014年1月期间共连续28天，夏季数据采集时段为2014年6至7月期间共连续30天，数据采集期每日记录了各项大气污染物一个24小时浓度均值(上一日11时到当日10时)。坞城监测点位于太原市区中心偏南部区域，位于城区主导风向的下风向，属于市区内部人口拥挤，交通密集、工业较多区域，可以代表太原市污染特征。

2 结果与分析

2.1 两季浓度值特征分析

两季PM10、PM2.5、SO2和CO24小时平均浓度月变化趋势见图1所示。

2.1.1 两季PM1024小时浓度变化特征分析

由监测结果可知，冬季PM10浓度为72～288μg/m3，平均值为134.4μg/m3，PM1024小时平均值国家二级标准为150μg/m3，超标率为35.7%。夏季PM10浓度为22～258μg/m3，平均值为122.7μg/m3，超标率为26.7%。两季PM10监测结果见表1所示。PM1024小时平均浓度值最小值、最大值、平均值、超标率均为夏季值小于冬季值。总体而言，PM10污染冬季较夏季严重。

表1 两季PM10 24小时浓度值监测结果

2.1.2两季PM2.524小时浓度变化特征分析

由监测结果可知，冬季PM2.5浓度为31～158μg/m3，平均值为69.7μg/m3，PM2.524小时平均值国家二级标准为75μg/m3，超标率为35.7%。夏季PM2.5浓度为18～153μg/m3，平均值为55.4μg/m3，超标率为20.0%。两季PM2.5监测结果见表2所示。PM2.524小时平均浓度值最小值、最大值、平均值、超标率均为夏季值小于冬季值。总体而言，PM2.5污染冬季较夏季严重。

2.1.3两季PM2.5/PM1024小时平均浓度比值特征分析

污染越重的地区PM2.5/PM10浓度比值也越大，污染较轻的城市比值在0.3～0.4之间，而污染较重的在0.5～0.7之间[1]。根据监测结果，冬季PM2.5/PM10浓度比值为0.32～0.70，平均值为0.51，其中比值在0.5以上比例为60.7%。夏季PM2.5/PM10浓度比值为0.30～0.82，平均值为0.46，其中比值在0.5以上的比例为30.0%。比值结果见表3。

表2 两季PM2.5 24小时浓度值监测结果

表3 两季PM2.5/PM10 浓度比值结果

两季PM2.5/PM10浓度比值范围变化基本不大，但是PM2.5/PM10浓度比值在0.5以上比例相差较大，冬夏两季分别为60.7%和30.0%，冬季要明显高于夏季。总体而言，两季颗粒物污染程度不同，均有重污染日又有轻污染日，但是冬季重污染日较夏季多，冬季污染较夏季严重。

2.1.4两季SO224小时浓度变化特征分析

由监测结果可知，冬季SO2浓度为37～284μg/m3，平均值为138.6μg/m3，SO224小时平均值国家二级标准为150μg/m3，超标率为42.9%。夏季SO2浓度为3～43μg/m3，平均值为20.8μg/m3，超标率为0。两季SO2监测结果见表4所示。SO224小时平均浓度值最小值、最大值、平均值、超标率均为夏季值小于冬季值。总体而言，SO2污染冬季较夏季严重。

表4 两季SO2 24小时浓度值监测结果

2.1.5两季CO24小时浓度变化特征分析

由监测结果可知，冬季CO浓度为1.379～4.577mg/m3，平均值为2.693mg/m3，CO 24小时平均值国家二级标准为4mg/m3，超标率为3.6%。夏季CO浓度为0.627～3.093mg/m3，平均值为1.713mg/m3，超标率为0。两季CO监测结果见表5所示。CO 24小时平均浓度值最小值、最大值、平均值、超标率均为夏季值小于冬季值。总体而言，CO污染冬季较夏季严重。

表5 两季CO 24小时浓度值监测结果

2.2 污染物相关性分析

通过对两种大气污染物浓度之间的相关性分析，可以初步判断两者是否来自相同的污染源，还可以根据某种大气污染物的质量浓度来估算与之相关的另一种污染物的质量浓度。

2.2.1 冬季各项大气污染物相关性分析

表6给出了冬季各大气污染物24h平均浓度之间的相关系数，PM2.5、PM10和SO2之间的相关系数均达到了0.8以上，特别是PM2.5和PM10之间的相关系数高达0.93856。说明了冬季PM2.5、PM10和SO2相互高度相关，三者相互之间具有很强的同源性。CO与PM2.5、PM10和SO2的相关系数在0.6～0.7之间，属于中度相关关系，CO与其他大气污染物来源有着较高的同源性。

表6 冬季各大气污染物24h平均浓度之间的相关系数

2.2.2夏季各项大气污染物相关性分析

表7给出了夏季各大气污染物24h平均浓度之间的相关系数，夏季除了PM2.5和PM10具有高度的相关关系外，其他污染物之间的相关系数均偏低，相关系数均低于0.4。SO2与PM2.5和PM10之间的相关系数分别为0.19971和0.33471，CO与PM2.5、PM10、SO2的相关系数在0.2～0.3之间，均呈现低度相关关系，SO2、CO与颗粒物相互之间污染来源有着较低的同源性。

表7 夏季各大气污染物24h平均浓度之间的相关系数

2.2.3 两季大气污染物相关性差异原因分析

PM10指环境空气中空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒物，也称可吸入颗粒物[2]，主要来源于燃煤、冶金、化工、内燃机等污染源排放的颗粒物。PM2.5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，也称细颗粒物[2]，细颗粒物来源复杂，约50%来自燃煤、机动车、扬尘、生物质燃烧等直接排放的一次细颗粒物；约50%是空气中二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物等气态污染物经过复杂化学反应形成的二次细颗粒物。PM2.5是典型的大气累积性的复合污染形态[3]。SO2主要来源于化石燃料的燃烧和工业污染，大气中SO2会氧化而成硫酸雾或硫酸盐气溶胶，是环境酸化的重要前驱物。CO主要来源于冶金工业炼焦、炼铁生产过程、内燃机排气和化石燃料的不完全燃烧。

由于燃煤、冶金、化工等多种污染源均会同时产生PM2.5和PM10，有着很强的同源性，两季PM2.5和PM10相关系数均达到了0.9以上，呈现高度相关关系。

冬季SO2与颗粒物呈高度相关，而夏季呈现低度相关关系，说明夏季颗粒物与SO2污染来源不同。CO冬季与颗粒物和SO2呈中度相关关系，夏季呈低度相关关系，说明冬季CO与颗粒物和SO2污染来源接近，而夏季污染来源基本不同。

冬季为采暖期，区域采暖燃煤排放大气污染物是区域大气污染的主导性影响因素，故颗粒物、SO2和CO相互之间呈现较强的相关关系。夏季为非采暖期，燃煤污染不是区域的主要污染因素，颗粒物、SO2和CO来源于城区区域不同性质工业污染，同时城市机动车尾气也是PM2.5和CO 的污染影响因素。

3 结 论

(1)两季PM10、PM2.5、SO2和CO 24小时平均浓度值最小值、最大值、平均值、超标率均为夏季值小于冬季值。PM2.5/PM10浓度比值在0.5以上比例冬夏两季分别为60.7%和30.0%，冬季要明显高于夏季。总体而言，冬季污染较夏季严重。

(2)冬季PM2.5、PM10和SO2之间的相关系数均达到了0.8以上，冬季PM2.5、PM10和SO2相互高度相关，三者相互之间具有很强的同源性。CO与PM2.5、PM10和SO2的相关系数在0.6～0.7之间，属于中度相关关系，CO与其他各大气污染物来源有着较高的同源性。

(3)夏季除了PM2.5和PM10具有高度的相关关系外，其他污染物之间的相关系数均低于0.4。SO2与PM2.5和PM10之间的相关系数分别为0.19971和0.33471，CO与PM2.5、PM10、SO2的相关系数在0.2～0.3之间，均呈现低度相关关系，SO2、CO与颗粒物相互之间污染来源有着较低的同源性。

(4)冬季为采暖期，颗粒物、SO2和CO相互之间呈现较强的相关关系，区域采暖燃煤排放大气污染物是区域大气污染的主导性影响因素；夏季为非采暖期，颗粒物、SO2和CO相互之间呈现较弱的相关关系，燃煤污染不是区域的主要污染因素，颗粒物、SO2和CO来源于不同行业的工业污染，同时城市机动车尾气也是PM2.5和CO 的污染影响因素。

参考文献：

[1]徐敬，丁国安，颜鹏，等.北京地区PM2.5的成分特征及来源分析.应用气象学报，2007，18(5)：645-654.

[2]环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.环境空气质量标准(GB3095-2012).中国环境科学出版社.2012.

[3]徐映如，王丹侠，张建文.PM10和PM2.5危害、治理及标准体系的概况.职业与健康，2013，1：117-119.