2015年夏秋季重庆市大气颗粒物污染与降水的关系

陈挚秋，王建力

（西南大学地理科学学院，重庆400715）



2015年夏秋季重庆市大气颗粒物污染与降水的关系

陈挚秋，王建力

（西南大学地理科学学院，重庆400715）

本文采用AIRMETRICS智能空气采样器对重庆市北碚区大气PM2.5和PM10进行了6个月（2015年6-11月）的连续观测遥根据观测结果，并结合气象数据，分析了降水对重庆市大气颗粒物的影响遥研究结果表明，观测期间重庆市大气颗粒物PM2.5和PM10质量浓度日均值分别为36.7、59.9 μg·m-3，两者浓度变化范围较大，但变化态势相同遥从时间分布来看，空气污染最严重的状况出现在夏季，不利的气象因素和污染物的积累是造成大气颗粒物污染严重的主要因素遥PM2.5和PM10的质量浓度显著相关，且相关性高达0.95；PM2.5质量浓度对PM10质量浓度的贡献较大遥对重庆市夏季降水进行采样分析，结果表明，PM2.5和PM10质量浓度与降水呈显著负相关，主要是降水对大气悬浮颗粒物有较好的清洁作用遥此外，降水对阴离子SO42-、NO3-也有去除的作用遥

重庆；PM10；PM2.5；质量浓度；降水；阴离子

近年来，大气污染问题频发，公众环保意识提高，环境问题受到了越来越多的关注和重视。PM2.5是指空气动力学直径小于或等于2.5 μm的细颗粒物，由于其对可见光的消光作用（吸收和散射）可造成大气能见度降低［1］，并会引发和提高呼吸道系统疾病的发病率，甚至增加死亡率［2］。PM2.5作为PM10中粒径较小的部分，对人体健康和大气环境的危害更为突出［3、4］，且PM2.5与PM10的比值越大，表明污染越严重，故逐渐地成为人们研究的热门问题。

我国在大气污染监测方面起步晚，随着近年中国雾霾的频繁发生，大气污染才受到大众的广泛关注和重视。我国《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的颁布［5］及相关大气法律的执行，标志着我国大气污染的监测与治理已上升到法律层面。

目前，关于重庆市大气污染状况的研究，刘永琪等［6］利用2002-2007年的重庆市环境空气质量资料做统计分析，发现重庆市春夏季空气质量好于秋冬季空气质量；黄伟等［7］对重庆的区域性灰霾天气进行了初步研究，发现灰霾日主要出现在秋冬季，是颗粒物中的重要组成部分；此外，还有研究分析了重庆市能源结构变化、产业结构演变及机动车尾气对大气环境的影响［8-10］。但总体而言，重庆市现有的大气颗粒物污染研究还处于浓度监测阶段，相关研究尤其是大气污染与降水之间的研究比较少。

本文利用2015年6-11月大气颗粒物日平均监测数据，研究重庆市北碚区大气颗粒物污染（PM10、PM2.5）现状，分析大气污染物的夏秋季变化规律，及降水条件对大气颗粒物的影响。以期为重庆市北碚区大气颗粒物污染治理提供科学依据，也为制定区域性的大气污染防控方案提供参考。

1　研究区概况

重庆市位于四川盆地东部的平行岭谷区，地理坐标为105°11′～110°11′E、28°10′～32°13′N，属于典型亚热带季风湿润气候。市区海拔在200 m～350 m，市区周围四面环山，海拔多在400 m～500 m，可谓“盆地中的盆地”。建筑物多依山而建，道路狭窄，其地理条件不易于污染物的扩散。又因主城区静风和逆温频率高，扩散条件差，不利于污染物的扩散［11］，年平均雾日长达104天，故素有“雾都”之称。

此外，重庆市作为直辖市，根据第七次全国环境保护大会的要求，已在2012年底实施了国家新环境空气质量标准。根据空气标准，重庆市北碚区为环境功能区的二类区。根据风向频率统计显示，北碚在全年四季中静风出现的频率最高，主导风向夏季为西北偏北风和北风，秋季为东南偏南风。不同季节在同一风向上风速变化较小，而同一季节在不同风向上风速则有明显差异，风速整体上夏季大于秋季［12］。

2　材料与方法

2.1观测站点和时间

采样点位于重庆市北碚区西南大学地理科学学院顶楼，地理坐标为106°25′6″E、29°49′16″N，距地面约20 m。观测点所处地形平坦，四周开阔且均为校园活动区域，无明显污染源。两台智能空气采样器固定并列安放于顶楼靠中间的位置，采样时间段为2015年6月1日至2015年11月30日，采样时间为每周三、周五、周日，每次采样24小时。若是雨天，则连续采样。截止11月30日共采集PM2.5样品108个，有效样品82个，采集PM10样品101个，有效样品80个。

气象数据来源于每次实验开始与结束时刻的同期气象观测参数（气压、湿度、降水、温度）。并根据气象学方法把夏季划分为（6-8月）、秋季划分为（9-11月），以便于分析。

2.2实验预处理

2.2.1PM2.5/PM10样品

采样前将直径47 mm，孔径2.2 μm的石英纤维滤膜在500℃的条件下焙烧5小时，目的是除去残留或吸附在滤膜上的杂质。空白滤膜与样品滤膜均采用精度为1/10 000的高精度电子天平称重。通过采样前后滤膜重量差以及标准状况体积（101.325 kPa，273 k条件下），计算得到空气中颗粒物PM2.5和PM10的质量浓度。

2.2.2降水样品

采样点位于重庆市北碚区西南大学地理科学学院顶楼，距离颗粒物采样点西侧10 m。降水用无色带刻度的聚乙烯雨水收集器收集（直径20 cm），样品严格按照国家降水采集和保存标准［13］进行采集和储存。降水样品采集时间从2015年6-9月，共采集有效样品38个，其中包括30个连续性降水（两天及两天以上称为连续性降水）。

2.3样品实验分析

2.3.1PM2.5/PM10样品

1/4样品滤膜剪碎置于试管中，加入超纯水至刻度，静置一天。上清液用0.22 μm滤膜过滤后，SO42-、NO3-等阴离子浓度采用瑞士Metrohm公司生产的761CompactIC离子色谱仪进行测定，其检测限至0.01mg·L-1，绝对误差小于1%。

2.3.2降水样品

采集的雨水样品装进小口无色聚乙烯塑料瓶，并立即用聚乙烯膜封口，保存于4℃的环境中。

3　结果与分析

3.1PM2.5、PM10质量浓度变化及原因

图1为重庆市北碚区2015年6-11月大气颗粒物质量浓度变化趋势，图2为大气颗粒物质量浓度与降水量的变化趋势。图1中可以看出，PM2.5和PM10质量浓度变化趋势基本相同，6-8月变化较和缓，大气颗粒物质量浓度较低。9-11月大气颗粒物质量浓度呈逐渐上升趋势（图1），秋季大气颗粒物质量浓度显著大于夏季的浓度值（表1），表明重庆市北碚区夏季空气质量状况比秋季好。这与在深圳、北京和南京的研究结果一致［14-16］。出现该现象的原因可能与重庆特殊的地理环境和气候条件有关，重庆夏季对流强烈，大气层不稳定，有利于大气颗粒物的扩散；秋冬季大气层稳定，则不利于大气颗粒物的扩散。大雾天气有利于颗粒物的滞留，而重庆大雾天气多发生在秋冬季，大大降低了夏季颗粒物滞留的可能性，从而使大气颗粒物质量浓度水平降低；且重庆雨季集中在5-9月（图2），降水对大气有一定的清洁作用，有利于减少大气中PM2.5和PM10的质量浓度。从大气颗粒物质量浓度分布时间来看，空气污染最严重的状况出现在夏季，这可能与气象因素和污染物的积累有关。

图1　PM2.5与PM10相关性分析Fig.1 Correlation analysis of PM2.5 and PM10

表1　2015年大气污染物的季节浓度值（μg·m-3）Table 1 Seasonal concentrations of some atmospheric pollutants in 2015（μg·m-3）

图2　降水量与大气颗粒物质量浓度关系Fig.2The relafionship between precipitation and atmospheric pollutants concentrations

研究表明，可吸入颗粒物PM2.5和PM10对空气质量的好坏起着主导作用［17］，且PM2.5能显著降低大气能见度［18、19］。PM2.5和PM10质量浓度显著相关，相关系数R达0.95（见图3）。线性回归结果表明在整个采样期间PM2.5占PM10质量载荷的0.68，表明细粒子对大气颗粒物污染贡献显著。也可以进一步解释，PM2.5和PM10曲线变化趋势基本相同的原因。

图3　PM2.5与PM10相关性分析Fig.3Correlation analysis of PM2.5 and PM10

图4展示了观测期间重庆市北碚区大气颗粒物质量浓度比值的日变化。国外大量研究表明，PM2.5在PM10中占有很大比例，特别是PM2.5和PM10污染越重的地区，PM2.5/PM10的值也越大，从美国和加拿大的几个城市的数据比较来看，污染较轻的城市PM2.5/PM10的值在0.30～0.40之间，污染较重的城市该值在0.50～0.70之间［20-25］。重庆市PM2.5/PM10的比值夏秋平均值季分别为：0.68、0.98，秋季＞夏季，参照国外PM2.5/PM10的数值标准，重庆大气污染夏季属于较严重，秋季污染属于严重。

图4　2015年11月重庆市PM2.5、PM10质量浓度变化范围（中实线分别表示PM2.5和PM10在国家新环境空气质量二级标准中的浓度限值为75μg·m-3和150μg·m-3）Fig.4Variation of PM2.5 and PM10 mass concentration，Chongqing，during June to November 2015

3.2降水与PM2.5、PM10质量浓度及SO42-、NO3-的关系

气象条件是影响近地面大气中各污染物浓度的重要因素之一［26］。重庆由于特殊的地理环境，空气湿度大而风速较小，尤其是在秋冬季山谷风的作用下，大气中的水汽过于充沛，易形成雾，从而加剧颗粒物的污染。降水是一种湿沉降过程，对空气中的污染物起到一定的冲刷作用，也是维持大气成分相对稳定的重要因子。由图2可知，大气颗粒浓度最低值出现在夏季9月，期间存在明显的降水过程。降水对PM10质量浓度的影响较大，主要是有效减少了空气中的扬尘，而对细颗粒影响较小。

定义连续降水两天及以上的过程为连续性降水过程［27］。为探讨降水对PM2.5的去除作用，对PM2.5降雨开始与结束时的样品进行水溶性无机组分分析。

根据监测结果发现，降水前后PM2.5质量浓度及各离子含量差别较大。表2说明，降水对阴离子SO42-、NO3-有去除的作用。

表2　2015年大气污染物的季节浓度值（μg·L-1）Table 2 Seasonal concentrations of some atmospheric pollutants in 2015（μg·L-1）

4　结论

4.1PM2.5与PM10的相关性

PM2.5和PM10浓度存在正相关关系，且秋季比春季变化更为明显。这可能与重庆特殊的地形和气候有关，尤其在冬季山谷风的作用下，空气湿润而风速小，易出现多雾的天气，从而进一步加剧了颗粒物的污染；夏季多雨，对大气起到一定的清洁作用，从而进一步减轻了颗粒物的污染。

4.2降雨的清洁作用

降两后PM2.5质量浓度及雨水中阴离子SO42-、NO3-质量浓度下降，表明降雨对大气颗粒物及阴离子SO42-、NO3-有去除作用。

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［责任编辑：陈安和］

Relationship between Atmospheric Particulate Matter and Precipitation in Chongqing During Summer and Autumn of 2015

CHEN Zhi-Qin，WANG Jian-Li

（South western University，College of Geographical Sciences，Chongqing 400715，China）

Based on the observational data of atmospheric aerosol from June to November 2015 at Beibei District，Chongqing City，the distribution and concentration of the atmospheric particles，especially PM2.5 and PM10 were analyzed by using AIRMETRICS intelligent air sampler，in order to reveal the relationships between the effects of precipitation on atmospheric particulate pollution.The results indicated that the daily mean values of PM2. 5 and PM10 mass concentrations were 36.7 and 59.9 μg·m-3，respectively，and the characteristics of their variations were different，while their variation tendency was nearly the same，during the observation period in Chongqing.The atmospheric particulate pollution was most serious in summer season，due to the adverse weather conditions and the accumulation of pollutants.The concentrations of PM2.5 and PM10 were significantly correlated.Correlation analysis showed that the correlation coefficient of mass concentration of PM2.5 and PM10 was 0.95，and that PM2.5 contributed significantly to PM10.Sample analysis showed that continuous precipitation had obviously negative correlations with the PM2.5 and PM10 concentrations mainly through clearing the particular particles in summer of Chongqing.In addition，precipitation can also have the effect of removing anion of SO42-and NO3-.

Chongqing；PM10；PM2.5；mass concentration；precipitation conditions；anion

X131.1.71

A

2096-2347（2016）01-0046-06

2016-03-15

国家自然科学基金项目（41103068）；2014年度重庆市国土房管科技计划项目（CQGT-KJ-2014056）；中央高校基本科研业务费专项（XDJK2014A016）；重庆市教委研究生教改项目（yjg122019）。

陈挚秋（1990—），女，重庆江北人，硕士研究生，主要从事大气环境化学研究，E-mail：chenzhiqiulively@sina.com。

王建力（1969—），男，山东威海人，博士，教授，博士生导师，主要从事自然地理学和第四纪环境研究。E-mail:wangjl@swu.edu.cn