古田山庄环境空气PM10、PM2.5和PM1.0日变化特征*

龚国汉

(龙岩市产品质量检验所/国家空气污染治理设备产品质量监督检验中心， 福建 龙岩 364000)

古田山庄环境空气PM10、PM2.5和PM1.0日变化特征*

龚国汉

(龙岩市产品质量检验所/国家空气污染治理设备产品质量监督检验中心， 福建 龙岩 364000)

通过测定古田山庄环境空气PM10、PM2.5和PM1.0质量浓度及数目浓度，获得其日变化特征，以了解古田山庄空气质量水平、变化规律及影响因素。结果表明：古田山庄环境空气符合国家一级质量标准；PM10、PM2.5和PM1.0的质量及数目浓度均呈现早晨较高、中午下降、傍晚回升之变化趋势，此为当地污染源排放与环境条件共同作用的结果；随着环境空气温度升高、相对湿度降低、光照增强，各颗粒物质量浓度普遍降低，细颗粒物和超细颗粒物比重(PM2.5/PM10、PM1.0/PM10)普遍升高。颗粒物粒径越大，质量、数目浓度降低程度越大，对气温、相对湿度和光照强度的响应越好。

古田山庄；空气；PM10；PM2.5；PM1.0

空气颗粒态污染物根据大小可分为总悬浮颗粒物、降尘、可吸入颗粒物、粗颗粒物、细颗粒物和超细颗粒物。总悬浮颗粒物(TSP)指大气中空气动力学直径(AD)<100 μm的所有颗粒物；降尘指AD>10 μm的固体颗粒；可吸入颗粒物，指能通过鼻和嘴进入人体呼吸道的颗粒物总称，又称飘尘，用PM10表示，即AD<10 μm的悬浮颗粒；粗颗粒物(PM2.5～10)，即AD介于2.5～10 μm的可吸入颗粒物；细颗粒物(PM2.5)指AD<2.5 μm的可吸入颗粒物，又称可入肺颗粒物，能够进入人体肺泡甚至血液系统；超细颗粒物(PM1.0)指AD<1.0 μm的可吸入颗粒物。近年来，更小的颗粒物如PM2.5、PM1.0，因其特殊的理化特性，已受到广泛关注。这些颗粒粒径小、质量轻、吸附性强，悬浮于空气的时间长，传播距离远；且成分复杂，富含大量有毒有害物质如有机化合物、重金属等，并可携带细菌和病毒的载体侵入人体[1]。

当前，大气污染已超越国界成为全球性问题，越来越多的人开始关注空气质量。随着我国工业化、城镇化的深入推进，能源资源消耗持续增加，大气污染形势严峻，以PM10、PM2.5为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出，如北京、广州等城市的灰霾现象频繁发生[2-3]，对人体健康、生活环境造成了直接的负面影响，引起了各界广泛、高度重视。

古田山庄位于红色旅游经典景区-古田会议会址群景区内，距会址仅约1.8 km。古田气候宜人，四季如春，风景美丽，被誉为“北回归线荒漠地带上的绿色翡翠”。本文通过测定古田山庄环境空气PM10、PM2.5和PM1.0的浓度，研究其受气象条件或环境参数和人类活动排放的影响，以期了解古田山庄环境空气各粒径颗粒物的浓度水平、日变化规律和影响因素，从而为自然风光居住区可吸入颗粒物、细颗粒物和超细颗粒物质量预报、大气污染防治等工作提供一定的基础数据和理论支持。

1 实验部分

1.1 检测时间与地点

采样、检测时间为2014年7月17日，天气晴朗，微风(风速≤0.5 m/s)；地点为古田山庄内别墅区附近(116°49'56.63"E，25°14'04.42"N，海拔高度约746 m)，属于典型的自然风光居住区。采样、检测点选在较为开阔的地带，避开障碍物。

1.2 检测仪器与方法

采用电称低压冲击系统(Electrical Low Pressure Impactor，ELPI，芬兰Dekati公司)，配备干燥(除湿)装置，实时测定空气PM10、PM2.5和PM1.0质量及数目浓度，采样流速为10.0 L/min。采用HT-8500环境参数测试仪(广州市宏诚集业电子科技有限公司)，测量空气温度、相对湿度、光照强度、风速等。采样高度均不低于1.5 m (约1.75 m)[4]，测定时间间隔约为1 h，每次测定时间约为10 min。

2 结果与讨论

2.1 质量浓度检测结果与分析

各采样、测定时间点空气PM10、PM2.5和PM1.0的质量浓度日变化如图1所示，PM10、PM2.5和PM1.0质量浓度均呈现早晨较高、中午下降、傍晚回升的趋势，与吴万宁等报道的南京仙林地区[5]、刘洁等报道的北京地区PM2.5日变化特征相似[6]。这是人类生产活动和大气环境变化共同作用的结果[5]，既与污染物排放有关，又与气象条件或环境参数有关(见2.3)[7]。因古田山庄周边无工业污染源，颗粒物排放源主要为道路扬尘、建筑工地扬尘、机动车尾气排放和烹饪。在早晨，人们开始活动，道路扬尘、建筑工地扬尘、机动车尾气排放和烹饪均相对较多，对PM10、PM2.5和PM1.0的贡献较大；在夏天的中午，除烹饪外，其他人类活动相对较少，且温度最高、相对湿度最低，颗粒物因沉降或扩散而减少。但随着午后人类活动逐渐增加，下班高峰到来及各种排放均增加，颗粒物浓度再次攀升。PM2.5、PM1.0日变化与PM10基本相似，但在6:20～13:00，PM10、PM2.5和PM1.0质量浓度分别下降47.3 %、22.5 %和11.6 %，而PM2.5～10、PM1.0～2.5质量浓度分别下降85.8 %、77.2 %，可见，从早晨至中午，颗粒物粒径越大，质量浓度下降的程度越大，这与更细的颗粒物不易沉降有一定关系。

图1 空气PM10、PM2.5和PM1.0质量浓度日变化

从6:20～20:00，PM10、PM2.5和PM1.0质量浓度范围分别为26.6～56.4、25.7～52.2和23.4～48.0 μg/m3，平均为42.8、33.7、30.4 μg/m3，PM2.5质量浓度与谢宏群等报道的东莞城区夏季平均值36 μg/m3相近[8]。GB 3095—2012《环境空气质量标准》规定[9]，一级环境空气中PM10平均浓度不大于50 μg/m3，二级不大于150 μg/m3；PM2.5平均浓度一级不大于35 μg/m3，二级不大于75 μg/m3。本文测得古田山庄符合一级环境空气质量标准。

如图2所示，PM2.5/PM10、PM1.0/PM10质量浓度比例呈早晨较低、中午上升、傍晚回落的趋势。可见，细颗粒物和超细颗粒物所占比重中午较高，早晨、傍晚较低。PM2.5/PM10、PM1.0/PM10范围分别为55.8 %～98.2 %、45.8 %～95.9 %，平均81.6 %、74.7 %，普遍高于杨复沫等报道的北京春、夏、秋和冬季PM2.5/PM10比例(分别为42 %、49 %、59 %和66 %)[1]，略高于王荟等报道的南京市PM2.5/PM10(平均75.9 %)[10]。分析认为，春季频发的沙尘天气可能对粗颗粒物的贡献较大，而冬季剧增的采暖燃烧源可能对细颗粒物的贡献更大[11]。洪也等[12]报道，沈阳春季受沙尘影响，PM2.5/PM10、PM1.0/PM10大大降低。有文献报道[13-14]，PM2.5/PM10南方城市相对较高，广州市街道PM2.5/PM10平均值85 %[3]。而古田山庄属南方城市，PM2.5/PM10相对较高，可见，PM2.5、PM1.0的主要来源可能为生活排放，如烹饪、机动车尾气排放等。

图2 空气PM2.5/PM10、PM1.0/PM10质量浓度比例日变化

2.2 颗粒物数目浓度检测结果与分析

各采样、测定时间点的空气PM10、PM2.5和PM1.0颗粒物数目浓度如表1所示。古田山庄环境空气PM10、PM2.5、PM1.0、PM2.5～10和PM1.0～2.5颗粒物数目浓度日变化如图3～5所示。由于PM1.0颗粒物数目很多，但单个颗粒物重量很小，故PM1.0颗粒物数目占PM10颗粒物数目的比重很大(均为99.8 %以上)。据图3，空气PM10、PM2.5和PM1.0颗粒物数目浓度也均呈早晨较高、中午下降、傍晚回升的趋势，在6:20～13:00，PM10、PM2.5和PM1.0颗粒物数目均下降约63.0 %；而据图4、5，在6:20～13:00，PM2.5～10、PM1.0～2.5颗粒物数目分别下降86.3 %、78.5 %。在6:20～20:00，PM10、PM2.5和PM1.0颗粒物数目最大值出现在7:00，最小值出现在13:00，PM10、PM2.5和PM1.0颗粒物数目均下降约70.0 %；而PM2.5～10、PM1.0～2.5颗粒物数目分别下降99.5 %、92.7 %，PM2.5～10、PM1.0～2.5颗粒物数目最大值出现在7:00、10:00，最小值出现在17:00、15:00。如前所述，这既与污染物排放有关，又与气象、环境参数有关。因古田山庄颗粒物排放源主要为道路扬尘、建筑工地扬尘、机动车尾气排放和烹饪，通常此类排放颗粒物粒径较大，故当中午道路扬尘、建筑工地扬尘、机动车尾气排放减少时，颗粒物粒径越大，颗粒物数目减少的程度越大。

表1 空气PM10、PM2.5和PM1.0颗粒物数目浓度

图3 空气PM10、PM2.5和PM1.0颗粒物数目浓度日变化

图5 空气PM1.0～2.5颗粒物数目浓度日变化

2.3 与环境参数相关性分析

空气温度、相对湿度和光照强度日变化如图6～8所示。将空气各颗粒物质量浓度与各环境参数进行相关性分析，结果如表2所示，由表2可得相关性显著水平，如表3所示。

图6 空气温度日变化

图7 空气相对湿度日变化

图8 光照强度日变化

据表2、3，环境空气温度升高，PM10质量浓度呈非常显著下降，PM2.5～10质量浓度极显著下降，PM2.5/PM10质量浓度比例非常显著上升，PM2.5～10/PM10比例非常显著下降，PM1.0/PM10比例显著上升。这是因为气温较高时有利于大气垂直对流，加快颗粒物扩散，颗粒物的质量浓度低，而温度较低时，近地面大气形成逆温层，不利于大气颗粒物的扩散，颗粒物浓度增加[15-16]。

据表2、3，随着环境空气相对湿度升高，PM10质量浓度呈显著上升，PM2.5～10质量浓度极显著上升，PM2.5/PM10质量浓度比例非常显著下降，PM2.5～10/PM10质量浓度比例非常显著上升， PM1.0/PM10比例显著下降，与何平等报道的上海宝山地区，PM2.5质量浓度随空气相对湿度增加而增大，相对湿度与PM2.5质量浓度之间有正相关趋势一致[17]。较高的相对湿度利于大气颗粒物在水汽上附着，在空气中易停留，并有利于二次粒子的转化形成，从而颗粒物质量浓度增加，这种现象主要是由于颗粒物的吸湿性和吸附效应的影响[18]。

表2 颗粒物质量浓度与环境参数相关性分析

表3 颗粒物质量浓度与环境参数相关性显著水平分析

据表2、3，光照强度本身与各颗粒物质量浓度、比例无显著相关关系，但取对数后分析，随着ln(光照强度)升高，PM10质量浓度呈显著下降，PM2.5质量浓度非常显著下降，PM1.0质量浓度极显著下降。当光照增强时，利于颗粒物沉降或扩散。

综上，当气象条件转好，利于颗粒物沉降或扩散时，粗粒子比细粒子更易去除，其输送迁移和沉降的效果均好于细粒子，浓度降低趋势比细粒子显著。因此，PM10的质量浓度对相应温度、湿度和光照强度的响应较好[2]。

将空气各颗粒物数目浓度与各环境参数进行相关性分析，结果如表4所示，由表4可得相关性显著水平，如表5所示。

据表4、5，随着环境空气温度升高，PM10、PM2.5～10、PM2.5和PM1.0数目浓度极显著下降；随着环境空气相对湿度升高，PM10、PM2.5～10、PM2.5和PM1.0数目浓度极显著上升；随着光照强度升高，PM10、PM2.5和PM1.0数目浓度显著下降。究其原因，均与质量浓度受环境参数变化影响一致。

表4 颗粒物数目浓度与环境参数相关性分析

表5 颗粒物数目浓度与环境参数相关性显著水平分析

3 结论

(1) 本文测得古田山庄环境空气符合一级质量标准。

(2) 古田山庄环境空气PM10、PM2.5和PM1.0的质量和数目浓度均呈现早晨较高、中午下降、傍晚回升的日变化趋势，此为人类生产活动即当地污染源排放和大气环境变化共同作用的结果。

(3) 从早晨至中午，颗粒物粒径越大，颗粒物质量、数目浓度下降的程度越大。这是因为气象条件转好时，有利于颗粒物沉降或扩散，粗粒子其输送迁移和沉降的效果均好于细粒子，比细粒子更易去除。因此，颗粒物粒径越大，对气象条件的响应更好。

(4) 本文测得古田山庄环境空气PM2.5/PM10、PM1.0/PM10质量浓度比例呈现早晨较低、中午上升、傍晚回落的趋势。PM2.5/PM10、PM1.0/PM10相对于其他城市尤其是北方城市较高，PM2.5、PM1.0的主要来源可能为生活排放。

(5) 采用ELPI同时测定空气PM10、PM2.5和PM1.0质量及数目浓度，可更深入地观测其变化特征，从而更有力地阐明其影响因素、环境参数作用机制。

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Daily variation of ambient air PM10, PM2.5, and PM1.0in Gutian Villa, Longyan

Gong Guohan

(Longyan Institute of Quality Inspection for Products/National Institute of Quality Supervision and Inspection for Air Pollution Control Equipments, Longyan 364000, China)

in order to understand ambient air quality, variation rules and impact factors of Gutian Villa, mass and number concentration of ambient air PM10, PM2.5, and PM1.0in Gutian Villa was measured and daily variation characteristics were obtained. The results show that PM10and PM2.5in Gutian Villa can meet first grade criteria of State Ambient Air Quality Standards. Both mass and number concentration of PM10, PM2.5, and PM1.0show a daily trend of being higher in the morning, lower at noon and recovered in the evening due to synergistic effect of local emissions and environmental conditions. As the ambient air temperature get higher, relative humidity is decreased, and light intensity is enhanced, mass concentrations for each type of particle are generally declined and fine particulate matter and ultrafine particles mass ratio (PM2.5/PM10and PM1.0/PM10)are increased. Generally speaking, the larger the particle diameter is, the greater decreased degree of mass and number concentrations, and the better response to temperature, relative humidity and light intensity.

Gutian villa; air; PM10: PM2.5; PM1.0

* 国家质检总局科技计划项目(2013zjjg012)资助

2015-06-05；2015-06-26修回

龚国汉，男，1986年生，助理工程师，研究方向：环境空气污染监测与防治。E-mail: 419536305@qq.com

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