通道县城区PM10、PM2.5质量浓度变化和特征分析

杨文权¹ 郭 卉²

（1．怀化市生态环境局通道分局生态环境监测站 ，湖南 怀化 418500；2．湖南省生态环境监测中心大气环境监测部，湖南 长沙 410014）

0 引言

空气是人类赖以生存的必要条件，人类与环境和谐共存，世世代代繁衍生息。21世纪以来，随着工业化、城市化、机动化进程的迅猛发展，世界人口快速增长，煤、石油等自然资源消耗巨大，于是不可避免地产生大量的PM10和PM2.5污染物，当气象条件不佳时，就会导致大气污染，使城市灰霾天气频发，给全人类的生带来了极大的不良影响。当然，我国也不例外，受境内污染物积累、外源性输入污染和不利气象扩散等条件的共同影响，近几年雾霾天气时有发生；生态环境部2018年《中国生态环境质量公报》显示：2018年，全国338个地级以上城市中，有217个城市环境空气质量超标，占64.2%。以PM2.5为首要污染物的天数占重度及以上程度地污染天数达60%，以PM10为首要污染物的占37.2%，PM2.5、PM10浓度分别为39 ug/m、71 ug/m，由此可见，由PM10、PM2.5引发的空气污染已经严重影响了人们的生活和社会经济发展，成为我国的环境公害。因此，有效地防止PM10、PM2.5污染是当前我们亟待解决的环境空气问题；该研究以通道县2016～2019年环境空气中PM10及PM2.5监测结果为分析根据，开展了PM10、PM2.5的分布特征及污染现状研究、探讨了其变化规律，为通道县打赢蓝天保卫战及有效控制污染提供科学根据。

1 材料和方法

1.1 监测点位和监测项目

该研究数据来源于通道县环境空气自动站监测数据，该监测点位于怀化市生态环境局通道分局办公大楼（109°47'13.40"E，26°9'49.87"N），距地面25 m。

1.2 分析仪器及方法

利用环境空气质量自动监测系统进行环境空气污染物质量浓度以及风速、风向、相对湿度、温度、大气压等各种气象参数在线监测，大气自动监测系统为武汉天虹TH -2000PM，采样流量16.7 L/min ，最小分辨率0.1 ug/m³，分析方法为重量法。

2 结果与讨论

2.1 PM10与PM2.5的年际质量浓度变化特征

根据我国《环境空气质量标准》（GB 3095—2012），监测点适用二级标准限值，PM10年均浓度二级限值70 ug/m³，PM2.5为35 ug/m³；表1统计结果显示：2016～2019年PM10与PM2.5年均值逐年呈下降趋势，其中：PM10年均值在2016年超标，达到81.0 ug/m³，超出二级限值15.7%，PM2.5在2016年为49.0 ug/m³，超出二级限值40.0%，2017年略有超标；年均值以PM2.5各年超标率较高，说明PM2.5为首要污染物，其形成和来源复杂，主要来源于自然源和人为源，如燃煤、机动车排放、建筑尘、道路扬尘、生物质燃烧、二次硫酸盐和硝酸盐及有机物等。

表1 2016-2019年通道县城区PM10和PM2．5年均质量浓度统计表（单位ug/m³）

2.2 PM10及PM2.5质量浓度小时变化特征

为了解监测期内PM10、PM2.5质量浓度小时变化趋势，以2019年1月21～27日及7月22～27日0：00～23：00监测时段为例，根据监测数据绘制了该监测时段PM10及PM2.5质量浓度的小时变化曲线，如图1所示。

图1 监测点PM10及PM2．5质量浓度的小时变化情况

由图1可知，2019年1月21～27日连续7 d，该监测点PM10与PM2.5质量浓度的小时变化趋势基本一致，呈周期性的波动规律。从整体上看8.00～13：00时段PM10与PM2.5小时质量浓度呈现抬升趋势；13：00～14：00时段PM10与PM2.5质量浓度出现峰值，中午时段人群活动频繁，车流量增多，汽车尾气排放量增加，是导致该时段颗粒物质量浓度升高的原因。

在14：00～19：00时段，PM10和PM2.5的质量浓度又呈递减趋势，从20：00开始，PM10与PM2.5质量浓度又逐渐升高，在23：00左右跃居高端值。7月22～27日PM10及PM2.5每小时质量浓度变化趋势如图1所示，PM10及PM2.5呈波浪型起伏变化，PM10及PM2.5质量浓度均在11：00左右时段出现峰值，且二者具有近似的分布特征，变化规律大致一样；这些变化趋势与在怀化市观测到的结果比较一致[1]。

2.3 PM10与PM2.5质量浓度月变化特征

图2为2016年～2019年通道县站的PM10和PM2.5质量浓度的月均浓度变化曲线。从图2可知，监测点的PM10和PM2.5月浓度变化趋势基本一致，最高值均出现在春季的3月，最低值出现在夏季7月。利用大气自动站观测资料，结合县域工农业生产和排污现状，环流背景、地面气象因子等多个方面对3月份PM10及PM2.5质量浓度飚升进行分析，结果表明：农田秸秆焚烧、植物花粉飘尘、机动车尾气及扬尘造成大量的细微粒悬浮于空中，是造成近地面空气中PM10和PM2.5质量浓度增高的主要原因。而在夏季，气温高、降雨频繁、风速强，则有利于颗粒物质的扩散、迁移、转化和削减，因此夏季7月份颗粒物污染最轻。由此可见，气象因子和频繁的人群活动对近地面PM10及PM2.5的质量浓度会产生直接影响。

图2 2016年～2019年通道县城区PM10及PM2．5质量浓度月变化

2.4 PM10及PM2.5质量浓度季变化规律

监测点PM10与PM2.5季变化情况如图3所示。由图3可知，通道县的PM10与PM2.5的质量浓度季变化遵循冬季＞春季＞秋季＞夏季的演化趋势，一年之中，冬季气温低、风力强之时、极易扬尘，导致空气中颗粒物质量浓度增高，春季与秋季次之，夏季平均浓度最低。冬季之所以出现最高值，其原因有2个：1）本地污染物排放积累，冬季燃料消耗显著，机动车尾气等排放增大，导致颗粒物及前体物（SO2、NOX、VOCs等）的排放物积累增多。2）气象条件不利于大气污染物扩散，通道县冬季地面静稳天气频发，叠加逆温影响，近地面污染物不断积累，导致一次排放和二次转化成的PM10和PM2.5在近地面大气中逐渐积累达到高浓度水平。

2.5 PM2.5占PM10的比例

研究表明，对人体健康的损害与较多暴露于PM2.5中密切相关。PM2.5/PM10的比值越大，则颗粒物的危害越大[2]。PM2.5/PM10比值在0.3～0.4时，为轻污染，大于0.5时表明细颗粒污染较重，监测点PM2.5/PM10的月变化情况，如图4所示。

从图4中可以看出，PM2.5/PM10的比值最大出现在秋季9月，秋季天气静稳，太阳辐射和大气氧化性增强，有利于光化学烟雾的产生，不利于大气污染物扩散、消除。

图3 2016-2019年通道县城区PM10及PM2．5质量浓度季变化

图4 监测点PM2．5与PM10比值的月变化情况

2.6 PM10与PM2.5质量浓度的影响因素

影响大气中PM10、PM2.5质量浓度演变主要有县域污染物积累，外源输入污染和不利气象扩散条件等因素。1）本地污染物积累影响：县境内建筑工地和渣土工地扬尘、交通道路扬尘、烧烤油烟、农田秸杆焚烧、烟花燃放及机动车尾气排放，工业排放等污染。2）外源输入污染影响明显：①冬季受不断南下冷空气的影响，大气混合层高度低，大气环境容量小。② 受弱冷空气影响，以偏北风为主且风速弱，水平扩散条件差，外源渗透输入影响有所增强。③无明显降水，沉降作用降低，湿度大、有利于颗粒物吸湿增长。3） 受气象条件的影响：通道县属亚热带季风性湿润气候区，具有夏季风大多雨、冬季干燥少雨的明显特征，在夏季气温偏高，相对湿度较小，而风速强、降雨量足对大气颗粒物产生了沉降和扩散作用，能有效地降低大气颗粒物质量浓度；反之，冬季气温低、风速小、湿度大，则空气中粒子生成较多，分子扩散受阻，导致污染加重，颗粒物的小时变化质量浓度与降水和风速呈显著的负相关。

3 结论

通过分析通道县城区大气颗粒物PM10及PM2.5质量浓度、分布特征及变化规律，得到以下主要结论：1） 监测点2016～2019年监测期间，环境空气中PM10的小时质量浓度为4 ug/m³～409 ug/m³，平均值为53.75 ug/m³；PM2.5的小时质量浓度范围在1 ug/m³～295 ug/m³，平均值33.25 ug/m³；PM2.5/PM10在40.2%～ 70.2%波动，平均值61.8%。2） 以2019年1月21日—27日及7月22—27日0：00～23：00监测时段为例，监测点冬季环境空气中PM10与PM2.5质量浓度峰值中午13：00～14：00夜间23：00时段出现；夏季峰值一般在上午11：00左右显现（气象条件影响）。3） 监测点PM10和PM2.5的质量浓度月均最高值出现在3月（田园秸秆焚烧影响），7月出现低值。4） 监测点PM10和PM2.5的质量浓度季均值变化规律遵循：冬季＞春季＞秋季＞夏季。5） 气象因素对PM10和PM2.5质量浓度影响显著，PM10和PM2.5质量浓度与风速、降雨呈显著负相关，在不同的季节风量大、降雨足且时间长，对大气颗粒物的输送和稀释作用就越强。