云南省16城市大气细颗粒物污染特征研究

邓 聪

(云南省环境监测中心站，云南 昆明 650034)

云南省16城市大气细颗粒物污染特征研究

邓 聪

(云南省环境监测中心站，云南 昆明 650034)

收集了云南省16个城市2015年全年大气细颗粒物(PM2.5)质量浓度数据，分析了云南不同城市的大气PM2.5时空分布特征及来源情况。结果表明，2015年云南省16城市的大气PM2.5浓度超标天数较多，是此区域的首要污染物。夏天雨季能有效降低细颗粒物的浓度水平；1—3月较高水平的PM2.5浓度可能是土壤风沙尘与东南亚毁林烧荒共同作用的结果。

PM2.5；时空变化；相关性；云南

2012年我国新的环境空气质量标准(GB3095-2012)颁布实施的大背景下，全国PM2.5浓度超标成为我国城市大气环境的主要问题之一。除了一次排放源外，人类活动排放的SO2、NOX、NH3和挥发性有机物等，在大气中发生的二次反应是导致近地面PM2.5污染的另一个重要原因。较高的大气PM2.5浓度会显著降低能见度，影响人类健康[1-7]。

云南省地处我国西南云贵高原，近年来工业快速发展及汽车保有量的迅速增加，促使该区域空气污染特征由煤烟型向煤烟型-汽车尾气型混合污染转化，云南高原辐射强烈，存在较长时间的旱季(尤其是11月—次年5月)，易造成大气化学生成二次细颗粒物增多的趋势。本研究采用2015年云南省16个城市的PM2.5浓度连续在线观测数据和其他常规大气污染物数据，分析云南区域大气PM2.5时空分布特征、相关性及可能的来源，重点对春季较高的PM2.5浓度进行分析，以期为云南省制定有效的大气污染控制政策提供科学依据。

1 实验部分

大气PM2.5采样点位共计40个，即云南省16个城市的国家环境空气自动监测站点，包括昆明(7个点位)、玉溪(3个点位)、丽江(3个点位)、红河(3个点位)、曲靖(2个点位)、保山(2个点位)、昭通(2个点位)、思茅(2个点位)、临沧(2个点位)、楚雄(2个点位)、文山(2个点位)、西双版纳(2个点位)、大理(2个点位)、德宏(2个点位)、怒江(2个点位)和迪庆(2个点位)。采样点均能代表各个城区的空气质量，采样点离地高约3m，观测时间为2015 年1月1日—12月31日。

采样仪器为美国R&P 公司1400a TEOM 自动在线监测系统， 对大气PM2.5质量浓度进行实时监测。系统安装PM2.5切割头，并具有湿度控制系统，系统室内温度控制在26℃，气体进入质量传感器前温度预热至50℃，流量为1 L/min。每周对气体流量以及滤膜负载率进行校核， 当滤膜负载率超过30%时对滤膜进行更换以确保数据准确性。系统提供全天24h PM2.5实时监测数据。

2 结果与讨论

2.1 浓度水平

基于2015年环境空气污染物小时均值质量浓度数据序列，计算了云南省16个城市PM2.524h浓度均值，40个监测点位全年PM2.5日平均浓度为27.74±17.51μg/m3。根据2015年环境空气质量在线监测数据统计，16个城市累计超标共158d，其中重度污染1d，中度污染7d，轻度污染150d，首要污染物以PM2.5为主，占63.9%。污染主要发生在云南气候条件干季时，集中于春、秋、冬季节。除香格里拉和丽江2个城市外，其余14个城市均发生过细颗粒物超标的污染天气：蒙自(16d)、昭通(13d)、景洪(13d)、临沧(11d)、文山(10d)、保山(10d)、普洱(9d)、芒市(6d)、曲靖(3d)、六库(3d)、昆明(2d)、玉溪(2d)、大理(2d)、楚雄(1d)。

图1给出了云南16个城市2015年PM2.5浓度的日均值变化曲线，PM2.5质量浓度日变化起伏明显，各个城市并没有统一的变化规律，但从整体趋势分析可知，16个城市在1—3月PM2.5浓度明显高于其他月份，大部分城市在6月和9月的大气PM2.5质量浓度均处于全年最低水平。从云南省气象特征分析可知，6—11月是云南地区的多雨季节，雨量充沛，雨水冲刷作用能够降低大气中PM2.5含量，导致这段时间整体PM2.5浓度水平不高。另一方面，干燥的春季大风速出现的频率较高，亦可能引起1—3月地面扬尘对大气PM2.5的显著贡献。

2.2 空间及季节分布特征

图2 给出了16个城市PM2.5的季节平均浓度变化。 16个城市大气细颗粒物浓度均值的季节分布表明，冬季(12—2月)PM2.5浓度季节平均值较高，为34.85±9.84μg/m3，其次是春季( 3—5月)PM2.5浓度为34.82±9.40μg/m3，再次是秋季(9—11月)22.01±5.87μg/m3，PM2.5浓度最低的季节是夏季(6—8月)，为19.56±5.86μg/m3。出现这种季节分布特征的主要原因可能与气象因素相关，比如降雨、风速及大气稳定度，都对城市区域大气PM2.5浓度的分布具有重要影响，冬、春季气候干燥少雨，日照充足，易起尘；而6、7、8 月间云南充足的降雨大大抑制了空气中颗粒物的含量，导致细颗粒物相比其他季节明显降低。其次外来源传输对区域PM2.5浓度分布也有重要影响，可能是春季3月份大气细颗粒物较高的重要原因。春季东南亚毁林造田采用火烧森林方式，排放了大量烟气及PM2.5污染物，对下风向的云南省大部分区域都有可能造成影响。

2.3 相关性分析

城市大气中细颗粒一方面来源于人类或自然排放的一次来源，如化石燃料的燃烧、烹饪油烟、化工过程、沙尘暴、火山喷发或海洋飞沫等，另一方面来源于大气光化学反应形成的二次颗粒物。从整体来说，在城市中大气PM10和SO2等主要来自于人类一次排放源，与大气PM2.5存在共同来源，研究它们之间的相关性有助于理解大气PM2.5的来源。

我们采用相关系数法分析污染物对大气PM2.5的影响。表1给出了云南16城市PM10和SO2与PM2.5相关性。从云南整体来看，PM2.5和PM10相关系数为0.7，存在明显正相关关系，说明两者存在共同来源。现有研究表明，一般情况下PM10较多来源于燃煤和土壤风沙尘，可见，大气PM2.5可能也与燃煤和土壤风沙有关；而通过PM2.5和SO2相关系数发现R2值仅0.3，不存在显著相关。SO2是典型的燃煤产物，从而判断PM2.5与土壤风沙尘关系更为紧密，说明云南各个城市大气PM2.5存在着大量土壤尘的贡献。临沧、丽江和迪庆等地表现出与燃煤和土壤尘均无明显关系的结论，可能是机动车或外来源贡献较为明显。

表1 云南城市大气PM2.5与其他污染物相关性(R2)

2.4 PM2.5传输来源分析

一般来说，每年3—5月云南西南侧的东南亚国家进行春种烧荒，导致森林火灾，会出现大量密集起火点(图3)，大量生物质燃烧导致PM2.5直接排放浓度急剧上升，同时产生大量大气光化学反应前体物。另外，印度洋西南方向进入云南的暖湿气流，将这些大气污染物输送进入云南境内，造成云南省自西南方向的蒙自(16d)、景洪(13d)、临沧(11d)、文山(10d)、保山(10d)、普洱(9d)、芒市(6d)、曲靖(3d)、六库(3d)、昆明(2d)、玉溪(2d)、大理(2d)、楚雄(1d)等城市地区此期间均出现PM2.5浓度相对较高现象。同时，昆明大气重金属在线监测数据显示，钾元素作为生物质燃烧的标识性物质，在3月和4月浓度远高于其他月份，证明了昆明地区存在生物质燃烧源颗粒物排放的外来传输源对本地大气颗粒物的贡献，说明PM2.5污染在1—3月存在大量的外来传输贡献。从图4可以看出，3月典型近地气团均经过东南亚火点密集区域，污染物可以在近地面进行稳定的传输，从而造成云南多数城市较高的PM2.5超标现象。2015年春季云南省部分城市出现不同天数的PM2.5超标现象，主要是由于极端不利的气象条件和污染物随大气远程输送进入云南境内造成的。

3 结论

(1)通过对云南40个监测点位PM2.5观测分析发现，2015年云南16个城市的PM2.5平均浓度为27.74±17.51μg/m3。

(2)16个城市首要污染物以PM2.5为主。污染主要发生在云南气候条件干季，集中于冬、春季节。除香格里拉和丽江2个城市外，其余14个城市均发生过细颗粒物超标的污染现象。

(3)16个城市大气细颗粒物浓度在冬季最高为34.85±9.84μg/m3，其次春季34.82±9.40μg/m3，再次是秋季22.01±5.87μg/m3，浓度最低的季节是夏季为19.56±5.86μg/m3。

(4) 相关性研究表明，土壤尘可能是云南大气细颗粒物的一个重要贡献源。

(5) 后向气团轨迹模型研究表明，春季出现的云南大面积细颗粒超标现象与东南亚国家的毁林烧荒现象有密切关系。

[1]Atkinson, R.Atmospheric chemistry of VOCs and NOX[J]. Atmospheric Environment, 2000, 34(12-14)：2063-2101.

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[7]曹军骥.PM2.5与环境[M]. 北京：科学出版社，2014: 6-8.

Research on Characteristics of Particle Pollution in Sixteen Cities of Yunnan

DENG Cong

(Yunnan Environmental Monitoring Center, Kunming Yunnan 650034，China)

The data of particle material concentration (PM2.5) of sixteen cities in Yunnan was collected and analyzed. The spatial and temporal distribution characteristics of PM2.5were analyzed. The results showed that the number of days of more than standard were much more than before in the sixteen cities in 2015. PM2.5has become the dominant pollutant. Rainfall would reduce PM2.5concentration effectively in summer. However, high PM2.5concentration was found from January to March, which might be caused by the combined action of wind dust and forest fire in South-east Asia.

PM2.5; spatial and temporal change; correlation; Yunnan

2016-09-01

X51

A

1673-9655(2017)02-0086-05