鄂州市区大气中PM2.5和PM10质量浓度污染特征

夏亚红

(湖北省鄂州市环境保护监测站，湖北 鄂州 436000)



鄂州市区大气中PM2.5和PM10质量浓度污染特征

夏亚红

(湖北省鄂州市环境保护监测站，湖北 鄂州 436000)

摘要：根据鄂州市3个环境空气质量自动监测站采集的2014年12月至2015年11月间的PM2.5和PM10质量浓度数据,分析了2015年鄂州市环境空气颗粒物质量浓度的变化特征。结果表明：2015年,鄂州市PM2.5和PM10的年均质量浓度均超过了《环境空气质量标准》规定的年均值二级标准限值；PM2.5和PM10质量浓度的日变化幅度比较大，但整体变化趋势非常相似，PM2.5和PM10质量浓度存在明显的季节变化，均为冬季最高，春季次之，秋季较低，夏季最低，PM2.5和PM10质量浓度的日均值冬季明显高于其它季节，呈双峰型，夜晚整体高于白天；PM2.5和PM10质量浓度的月均值峰值均出现在1月，谷值均出现在7月，各月PM2.5的超标天数都多于PM10；11月的β值(PM2.5和PM10的浓度比)最高。

关键词：PM2.5；PM10；质量浓度；污染特征；鄂州市

近年来，可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)在我国许多大中城市大气中超标十分严重，已引起政府及研究部门的高度重视。尽管PM2.5在大气中的含量不高，但若在空气中的悬浮时间较长，将严重影响能见度，空气质量会急剧下降[1]。人类通过呼吸能够将PM10吸入体内，呼吸系统内积存大量的PM10会导致各种疾病，对人类健康造成极大威胁。PM2.5中存在各种铵盐、硝酸盐、硝酸、硫酸盐或硫酸[2]，这些粒子进入人体细胞、血液中会诱发严重的疾病。颗粒直径越小，威胁越大，对人体的伤害就越严重[3]。

1996年，有关机构在空气质量评价指标体系中添加了PM10的测试项；2012年2月，我国颁布了新修订的《环境空气质量标准》(GB3095-2012，简称新标准)，环境空气污染物监测体系中首次列入了PM2.5。按照要求，鄂州市应从2016年1月1日起执行新标准，湖北省环保厅和鄂州市委、市政府基于湖北城市圈环境空气质量现状将新标准提前到2014年7月1日执行。

作者根据鄂州市2014年12月至2015年11月PM2.5、PM10的实时监测数据，分析了鄂州市PM2.5、PM10质量浓度的变化特征和规律，拟为研究鄂州市的空气状况和污染程度、制定颗粒污染物的治理措施等提供参考。

1数据监测

1.1数据来源

鄂州市设立了3个环境空气重点监测点，进行空气质量指标的实时监测和发布，并于2014年7月6日开始每日定期对外公布PM2.5、PM10的具体数据，每5min更新一次PM2.5、PM10的原始信息。如果出现设备故障、停电、瘫痪等问题需校准监测设备，或由于其它因素无法对数据进行连续监测，根据新标准的要求，每天对PM2.5、PM10的有效监测时间不少于20h，以其采样时间和平均浓度为基准，其余情况监测的数据并不具有参考意义，不进行统计和分析。

1.2监测点位与监测方法

目前鄂州市共设置3个环境空气质量自动监测站，分别为市政府监测点(鄂州市职业高中楼顶，2002年6月建成)、赵家坝监测点(鄂州市环保局楼顶，2007年6月建成)、凡口开发区监测点(凡口开发区管委会楼顶，2010年9月建成)。

PM2.5和PM10监测采用空气质量连续自动监测系统，监测仪器采用武汉市环保产业发展有限公司生产的TH-2000PM型PM2.5监测仪和PM10监测仪。监测方法为β射线测量法，根据粉尘粒子吸收β射线的量与粉尘粒子质量成正比的原理，通过测量β射线经过干净滤纸和含有粉尘滤纸时的强度变化，测量计算出颗粒物的浓度值。监测时间为2014年12月1日至2015年11月30日。

《环境空气质量标准》中规定PM2.5、PM10质量浓度的日均值二级标准限值分别为75μg·m-3和150μg·m-3；PM2.5、PM10质量浓度的年均值二级标准限值分别为35μg·m-3和70μg·m-3。

2结果与讨论

2.1PM2.5和PM10质量浓度水平

2014年12月至2015年11月间鄂州市大气颗粒物浓度的小时均值、日均值和年均值如表1所示。

表12015年鄂州市PM2.5和PM10均值/(μg·m-3)

Tab.1Average value of PM2.5and PM10in E′zhou,2015/(μg·m-3)

项目小时均值最大值(出现月份)最小值日均值最大值(出现月份)最小值年均值PM2.5308(1)1233(1)866PM10638(1)1300(1)17102

注：小时均值是指当日每小时PM2.5、PM10质量浓度的平均值，日均值是指当日内PM2.5、PM10质量浓度的平均值。

由表1可知，1月份的PM2.5质量浓度小时均值和日均值最大，分别为308 μg·m-3和233 μg·m-3；PM10质量浓度小时均值和日均值最大值也出现在1月，分别为638 μg·m-3和300 μg·m-3。2015年鄂州市PM2.5和PM10质量浓度年均值分别为66 μg·m-3和102 μg·m-3，超过了《环境空气质量标准》规定的年均值二级标准限值。根据监测结果，2015年鄂州市所有空气环境质量超标日中，首要污染物是PM2.5的比例为71%，首要污染物是PM10的比例为0。

2.2不同季节的日变化特征

以气象学理论为指导，将一个年度划分为4个季节：12月至次年2月为冬季、3～5月为春季、6～8月为夏季、9～11月为秋季。按照春、夏、秋、冬4个季节，对PM2.5和PM10质量浓度的小时均值进行分析，探讨颗粒物浓度随时间的变化趋势，结果见图1。

由图1可看出，鄂州市PM2.5和PM10质量浓度随季节变化的特征和规律基本相似，PM2.5和PM10质量浓度从高到低的顺序为：冬季>春季>秋季>夏季。这是因为，鄂州市没有充足的水源，少雨干旱，大部分为静风天气，气温不高，容易导致逆温气候，具有较高的稳定度，空气流动速度慢，不利于污染物的扩散，另外，冬季受较强北风影响，北方外源污染物会加剧鄂州市的污染；春季大部分为扬尘气候，显著增大了PM2.5和PM10的质量浓度；夏季有强烈的气流活动，能够有效扩散污染物和悬浮物。此外，2015年，受气候的影响，鄂州市7月降雨量较高，能有效减少空气中的悬浮物和污染物，起到了净化空气的效果。因此，夏季空气质量显著提高，PM2.5和PM10的质量浓度最低。

图1鄂州市PM2.5和PM10不同季节的日变化

Fig.1Diurnal variation of PM2.5and PM10in different seasons in E′zhou

由图1还可看出， 在冬季，PM2.5质量浓度的小时均值在00：00～06：00相对较低，06：00之后逐渐升高，到中午12：00左右达到日间峰值，然后开始下降，到下午16：00左右降到较低值，此后再次回升，到夜间22：00达到夜间峰值，此后有所降低，到次日06：00左右降到较低值，呈现出一种比较明显的双峰趋势，即上午和夜间各出现一个峰，而下午浓度相对较低。PM10质量浓度的小时均值在00：00～08：00相对较低，08：00之后逐渐升高，中午12：00左右达到日间峰值，然后开始下降，到下午18：00左右下降到较低值，此后再次回升，至夜间22：00达到夜间峰值，此后有所降低，到次日06：00左右下降到较低值，也呈现出较明显的双峰趋势，即上午和夜间各出现一个峰，而下午浓度相对较低。鄂州市PM2.5、PM10的质量浓度日变化趋势是城市工业排放、汽车尾气排放和空气扩散条件等影响所致。清晨以后，出行行人和车辆显著增加，空气中颗粒物浓度显著增大，中午时，空气污染问题最为严重，颗粒物浓度最高。但是，中午阳光充足，空气流动率高，污染物扩散速度快，导致下午空气中颗粒物浓度降低。从整体上看，大气颗粒物夜间浓度高于日间浓度，是因为白天气温回升，空气扩散条件有利，污染物浓度相对较低；夜间地表温度降低，产生逆温，不利于空气污染物扩散，因此污染物浓度较高。

2.3月变化特征

月变化更能反映污染物浓度随季节的变化趋势。图2为2015年PM2.5和PM10的月变化情况。

由图2可以看出，PM2.5和PM10质量浓度的月变化趋势基本相同。1月最高，7月最低。从1月至7月，PM2.5和PM10质量浓度总体呈下降趋势；从7月至11月，则呈上升趋势。10月份PM2.5和PM10质量浓

图2　鄂州市PM2.5和PM10月变化情况Fig.2　Monthly changes of PM2.5 and PM10 in E′zhou

度陡升，主要原因是随着气温下降，逆温和静风频率增加，不利于污染物扩散，加上秋收生物质燃烧产生了大量的颗粒物，加剧了污染物的积累。

由图2还可以看出，除8、9月无PM2.5和PM10超标天数，3、6、7、11月无PM10超标天数外，其余月份PM2.5的超标天数都大于PM10。虽然PM2.5隶属于PM10，然而由超标现状不难发现，与PM10相比，PM2.5的污染性更高。印证了将PM2.5引入到空气质量监测指标体系中是科学合理的，能够对空气悬浮物和污染物进行有效研究。

2.4β值的变化特征

PM10主要有两种尺寸的颗粒，即直径在2.5 μm以下的细颗粒和2.5～10 μm的粗颗粒(PM2.5～10)。β值为PM2.5与PM10的浓度比，反映了PM2.5在PM10中的含量。计算PM2.5和PM10质量浓度的各月均值的β值，见图3。

由图3可以看出，β值在0.581～0.732之间，平均值为0.638，说明PM2.5在PM10中所占比例大于PM2.5～10。β值的变化幅度较小，11月最高。这是因为，11月份降雨频次较多，雨量较少，下雨能够有效降低空气中的粗颗粒含量，而细颗粒并不会受到显著影响[4]；另外，11月初秸秆露天焚烧导致细颗粒浓度增加。因此，PM2.5在PM10中所占比例最大。

图3　β值的变化曲线Fig.3　Charge curve of β value

3结论

(1)对2014年12月至2015年11月间鄂州市PM2.5和PM10质量浓度的监测数据进行了分析，年均值分别为66 μg·m-3和102 μg·m-3，超过了《环境空气质量标准》规定的年均值二级标准限值，超标率分别为85.7%和45.7%；全年所有空气环境质量超标日中，PM2.5为空气中首要污染物的比例高达71%，PM10为首要污染物的比例为0。

(2)2015年，鄂州市区PM2.5和PM10质量浓度随季节变化的规律相同，均表现为冬季最高，春季次之，秋季较低，夏季最低。PM2.5和PM10质量浓度的峰值均出现在1月，谷值均出现在7月，PM2.5超标时间多于PM10，与PM10相比，PM2.5的污染程度更大，问题更严峻。

(3)PM2.5和PM10的变化规律和特征基本相同，表明其来源是一样的。

(4)β值为0.581～0.732，平均值为0.638，与PM2.5～10相比，PM2.5在PM10中占有更大的比例。β值变化幅度不大，11月β值最大。

参考文献：

[1]晏淑梅，曹玉龙，张力永.唐山市大气环境中PM10和PM2.5污染特征分析[J].资源节约与环保，2014，27(5)：117-118.

[2]王荟，王格慧，高士祥，等.南京市大气颗粒物春季污染的特征[J].中国环境科学，2003，23(1)：55-59.

[3]孟小艳，魏桢，王瑞斌，等.灰霾试点城市PM2.5浓度特征及其影响因素分析[J].环境科学与技术，2013(9)：76-80.

[4]杨勇杰，王跃思，温天雪，等.北京市大气颗粒物中PM10和PM2.5质量浓度及其化学组分的特征分析[J].环境化学，2008，27(1)：117-118.

收稿日期：2016-02-18

作者简介：夏亚红(1973-)，女，湖北鄂州人，工程师，主要从事环境自动监测及环境验收监测报告编制，E-mail：1535404238@qq.com。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.07.016

中图分类号：X 513

文献标识码：A

文章编号：1672-5425(2016)07-0064-04

Pollution Characteristics of Mass Concentrations of PM2.5and PM10in E′zhou

XIA Ya-hong

(E′zhouEnvironmentalProtectionMonitoringStation,E′zhou436000,China)

Abstract：PM2.5and PM10mass concentration data were collected at three monitoring sites of E′zhou from December 2014 to November 2015.The change characteristics of mass concentrations of PM2.5and PM10in E′zhou in 2015 were analyzed according to the continuous automatic monitoring data.Results showed that,the annual average mass concentrations of PM2.5and PM10in E′zhou in 2015 exceeded the annual average standard of grade secondary standard limit in the new criterion.Mass concentrations of PM2.5and PM10were similar,and were significantly positive correlated,although there were wide daily variations.Mass concentrations of PM2.5and PM10had evident changes in different seasons.The highest value of mass concentrations of PM2.5and PM10appeared in winter,the higher value was in spring,the lower value was in autumn and the lowest value was in summer.The daily average concentrations of PM2.5and PM10in winter were significantly higher than that of other three seasons and presented as bimodal distribution.Meanwhile,their concentrations at night were integrally higher than that in the daytime.The mass concentrations of PM2.5and PM10monthly mean peaks appeared in January and troughed in July.And the number of days of PM2.5exceeding the standard was more than that of PM10in each month.The β value(concentration ratio of PM2.5to PM10) was the highest in November.

Keywords：PM2.5;PM10;mass concentration;pollution characteristics;E′zhou

夏亚红.鄂州市区大气中PM2.5和PM10质量浓度污染特征[J].化学与生物工程，2016，33(7)：64-67.