徐州市10月份重污染过程空气质量分析报告

韩 炜，饶永才

（徐州市环境监测中心站，江苏 徐州 221000）

污染物排放强度大是重污染天气形成的内因，静稳、小风、高湿以及逆温等不利气象条件则是重污染天气形成的外因[1]。目前，PM2.5是对我国大气环境质量影响最大的污染物，不管是从超标城市的数量、各城市超标的程度分析，还是从对重污染天气贡献的角度分析，PM2.5的影响都远远大于其他污染物。大气PM2.5污染的来源主要包括一次颗粒物排放的直接贡献，以及二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、挥发性有机物（VOCs）和氨（NH3）等气态前体物二次转化的间接贡献[2-3]。

1 重污染期间空气质量状况

2017年10月17日至22日重污染过程中，空气质量类别1 d为轻度污染（19日），3 d为中度污染（17日、20日、21日），1 d达到重度污染（22日），AQI指数最大值达到289。重污染过程期间，首要污染物均为PM2.5，PM2.5最大日均值为195 μg/m3，是国家二级标准的2.6倍，具体数值如表1所示。

表1 空气质量监测结果

2 重污染期间气象条件分析

通过气象和激光雷达监控资料，这一污染过程前期（17-21日）未发现有外来污染物输入，后期（22日）有弱冷空气进入，叠加了少量外来污染。因此，本次重污染过程主要是在静稳天气条件下，由本地污染物排放累积造成。

10月17日至21日，颗粒物有较为明显的日变化规律，普遍呈现出早晚高、中午低的趋势。这是由于该时段受高压控制，大气层较稳定，天气静稳，风力较小，夜间到清晨大气扩散条件较差，污染物逐渐累积，同时空气湿度大，颗粒物易于吸湿增长，造成夜间到清晨空气质量较差。22日受东北方向弱冷空气影响，叠加华北区域性污染物输入，徐州市空气污染程度有所加重。23日凌晨，随着冷空气过境，空气质量逐渐转好。

3 重污染过程中灰霾站监测结果分析

3.1 重污染过程飞行质谱监测结果分析

根据飞行质谱仪的监测结果（见图1），从16日20时开始，PM2.5浓度上升，达到100 ug/m3，颗粒物来源比例分布发现主要来源是汽车尾气、扬尘、二次源，工业源、海盐与生物质燃烧比例不大。18日的PM2.5浓度有所下降，但后面开始上升，可以看出17-18日，汽车尾气、扬尘与二次源对于PM2.5的贡献最大，19-20日，主要贡献为汽车尾气、扬尘及二次源。在21日，生物质燃烧有明显上升，对PM2.5浓度有较大的贡献。10月16日至21日的离子占比，可以看出K、NO2、NO3离子强度明显，三者的占比之和达86%，这几种离子是二次源的主要影响因素。

图2为各类源颗粒物粒径分布图，从图中发现，扬尘颗粒主要分布在大粒径，汽车尾气、燃煤颗粒主要分布在小粒径。

图3为各类源占比随时间的变化，从图中发现，扬尘、汽车尾气的占比有明显的升高，说明这两类源在监测期间对PM2.5浓度升高有较大的贡献。

图3为16日至21日各类源随时间的变化，从图中可以看出，扬尘与汽车尾气在整个过程中的变化不大，都处于较高的贡献值，说明徐州监测期间主要的贡献源为扬尘与汽车尾气，21日生物质燃烧有明显上升，说明生物质燃烧的异常升高对当天PM2.5浓度的升高有较大的影响。

3.2 重污染过程重金属监测结果分析

2017年10月16日至22日14点期间，重金属中Ca、Fe、K、Zn的浓度占比面积较大，并且10月20日和21日两天重金属浓度存在较大起伏，与之相应地，20日开始徐州整体空气质量较差，处于中度污染。2017年10月16日至22日期间，徐州主要重金属物种为Fe（25%）、Ca（23%）、钾（22%）、Zn（9%），如图4所示。

根据图4数据分析，重污染过程中，颗粒物的重金属比例最大为Fe、Ca、K、Zn，表明重金属主要来源为地面扬尘、生物质燃烧以及冶金工业。

3.3 重污染过程水溶性离子组分分析

19-21日轻度污染转中度污染期间，特征示踪物在颗粒物中的占比时间序列如图5所示。从图5中可以看出，K离子和Ca离子在PM2.5中的占比具有明显的日变化特征，均呈现早晚低、中午高的趋势。此外，PM2.5/PM10的占比绝大部分大于0.5，表明污染期间PM2.5的影响较大，而水溶性离子较多集中于PM2.5。

徐州市水溶性离子中SNA（NH4+、SO42-和NH4+）占比较高，K和Ca离子的变化有一定规律，表明生物质燃烧和地面扬尘对该地区有一定持续的影响。

3.4 重污染过程VOCs监测结果分析

重污染过程中，VOCs浓度具有较为明显的日变化特征，并且VOCs浓度最大小时值为200×10-9左右，10月20日VOCs浓度较其他天的浓度高。

根据监测结果，重污染过程中，徐州地区VOCs对颗粒物（二次气溶胶SOA）生成的贡献的前10种VOCs组分分别是：间/对二甲苯＞甲苯＞苯＞乙苯＞邻二甲苯＞苯乙烯＞1,2,4-三甲基苯＞3-乙基甲苯＞4-乙基甲苯＞2-乙基甲苯。

图1 2017年10月16日至2017年10月21日PM2.5浓度曲线

图2 监测期间粒径分布

图3 监测期间源比例变化曲线

图4 2017年10月16日至22日重金属平均占比图

图5 特征示踪物时间序列图

徐州VOCs排放中对O3、颗粒物和人体健康影响较大的物种是芳香烃、烷烃、烯烃以及醛类。其中，甲苯、苯、间/对二甲苯等对颗粒物生成和人体健康影响较为显著，烷烃和烯烃对臭氧生成贡献的影响较为显著。

4 结论

本次重污染过程由不利气象条件造成。前期在静稳天气条件下，本地污染物排放累积，加之空气湿度大，颗粒物浓度持续保持在较高水平。后期（22日），受东北方向上弱冷空气影响，外来污染物和本地污染物叠加，加重了污染程度。

扬尘、汽车尾气为重污染过程中PM2.5主要来源，后期生物质燃烧比重增大。根据灰霾监测结果，扬尘与汽车尾气在整个过程中的变化不大，都处于较高的贡献值，燃煤源加工业源合计占20%～30%。这说明徐州监测期间主要的贡献源为扬尘与汽车尾气以及燃煤加工业源。21日生物质燃烧有明显上升，说明生物质燃烧的异常升高对当天PM2.5浓度的升高有较大的影响。扬尘和汽车尾气基本上占PM2.5组分的40%，从21日起生物质燃烧比例由10%上升到29%，说明近期秸秆焚烧对颗粒物浓度升高有重要影响。

VOCs中芳香烃是二次污染物的重要来源。根据颗粒物源解析结果，徐州市二次源占比为15%左右。重污染天气期间，对VOCs监测结果分析，徐州市VOCs对颗粒物（二次气溶胶）贡献最大的物种为芳香烃（主要成分为苯系物），说明喷涂行业对二次气溶胶生成有较大影响。

参考文献

1 李宗恺，潘云仙，孙润桥.空气污染气象学原理及应用[M].北京：气象出版社，1985.

2 刘小红，洪钟祥，李家伦，等.北京地区严重大气污染的气象和化学因子[J].气候与环境研究，1999，4（3）：231-236.

3 叶 堤.重庆市空气污染持续过程特征及其气象成因分析[J].环境研究与监测，2007，（2）：15-18.

4 杨素英，赵秀勇，刘宁徽.北京秋季一次重污染天气过程的成因分析[J].气象与环境学报，2010，26（5）：13-16.