呼和浩特夏季PM变化特征分析

阿木尔萨那

(呼和浩特市气象局，内蒙古 呼和浩特 010020)

随着城市的快速发展，大气环境污染逐渐被重视，近年来机动车保有量持续的增加，人为排放的大气污染物越来越多，城市所面临的生态环境压力也在增大，大气污染防治势在必行。大气污染物中的气态污染物和颗粒物，对气候、环境和人体健康都有着重要的影响[1]。PM2.5、PM10污染，使得能见度降低，大量的吸入颗粒物也会对人体肺部产生危害。大气污染物的研究受到社会各界的广泛关注。

“周末效应”于1974年被Cleveland等[2]首次提出。随着“周末效应”的概念的提出，各大城市都在开展研究工作日与周末大气污染物的差异，比如：洛杉矶[3]、旧金山[4]、北京[5-6]、南京[7]和上海[8]等城市均开展了工作日与周末污染物差异性研究。

目前，呼和浩特地区PM2.5和PM10特征研究相对较少，尤其对于周末效应研究比较罕见。呼和浩特市为内蒙古自治区首府城市，地处内蒙古中西部核心区域，是内蒙古自治区政治、经济、文化中心，也是我国北方地区重要城市。其环境空气质量的好坏，直接影响人民群众的工作、生活和身体健康。本研究以时间序列2019-06-01～2019-08-31为期3个月的夏季数据资料为基础对呼和浩特市PM2.5和PM10变化特征进行分析讨论，以期为今后呼和浩特地区大气污染防治提供依据。

1 材料与方法

1.1 观测站点

选取观测站点为小召(XZ)监测站(40°48′N，111°39′E)，本站点位于市中心(图略)，为商业与居民混合区。与大东街相邻，以西400m为交通主干道大北街，该区域交通密度相对较高，机动车排放相对密集，周围2km范围内无明显工业大气污染源，因此本观测站点数据资料可代表城市大气污染特点。

1.2 数据与方法

本研究采用呼和浩特市环境空气自动监测站中小召监测站PM2.5和PM10等6种污染物2019-06-01～2019-08-31的小时质量浓度数据，污染物质量浓度数据来源于国家环境监测中心(http://106.37.208.233:20035/)。根据国家标准(GB3095—2012)，对数据进行了有效性检验，污染物日均浓度计算至少包括20h平均浓度，对不满足国家标准的数据进行剔除。由于星期一和星期五为工作日与周末过渡时期，不具代表性，因此本研究将星期二、星期三、星期四定义为工作日，星期六、星期日定义为周末。本研究有效样本数为82d(时间分别率为1h)。本研究中统一采用质量浓度(μg·m-3)。

2 结果与讨论

2.1 PM2.5和PM10的日变化

图1给出了PM2.5和PM10的日变化曲线。从图中可知，PM2.5呈不规则多峰型日变化特征，分别于03∶00、08∶00、11∶00、22∶00出现峰值，值分别为：20.08μg·m-3、19.33μg·m-3、18.53μg·m-3、18.75μg·m-3，日最小值出现在18∶00，值为14.18μg·m-3。PM10日变化主要呈双峰型变化，峰值分别出现于00∶00和11∶00，值为：47.72μg·m-3和46.39μg·m-3，17∶00出现日最小值，为32.52μg·m-3，在18∶00有弱的小峰出现。

图1 PM2.5和PM10的日变化

2.2 工作日与周末PM2.5和PM10的周末效应分析

图2给出了晴好天气下工作日和周末PM10和PM2.5的日变化，表1给出了各污染物周末与工作日小时平均质量浓度的偏差，偏差的计算公式为:

(1)

式中，c工作日和c周末分别为工作日和周末污染物的小时平均质量浓度。结合图2和表1可以对PM2.5和PM10在工作日和周末的浓度差异进行定性和定量的分析。

图2 工作日和周末PM2.5和PM10的日变化

结合图2和表1可知，PM2.5小时平均质量浓度日变化曲线表现出明显的“周末效应”。特征为在07∶00、10∶00和11∶00小时平均质量浓度表现为周末大于工作日，其余时刻均表现为工作日大于周末。工作日呈多峰型分布，峰值分别出现在03∶00、08∶00、12∶00、16∶00和23∶00，值分别为20.71μg·m-3、19.44μg·m-3、20.00μg·m-3、16.52μg·m-3和21.06μg·m-3，较周末的偏差分别为14.78%、0.46%、11.11%、33.59%和19.22%；日最小值出现在17∶00和18∶00，值为14.77μg·m-3，较周末偏差为25.61%、40.10%。周末呈三峰型分布，峰值分别出现在07∶00、10∶00和22∶00，值分别为19.36μg·m-3、19.74μg·m-3和17.74μg·m-3；日最小值出现在18∶00，值为10.55μg·m-3。从偏差来看，工作日与周末质量浓度差异最大时段为午后至凌晨，偏差最大值为45.83%，出现在夜间20∶00，日偏差最小值为0.46%，出现在08∶00。有研究指出[9]，城市大气中PM2.5的排放源主要有：扬尘、交通源、燃煤源、建筑尘、生物质燃烧和工业组织排放等。此外，还存在SO2、NOx及有机物转化形成颗粒物的二次排放源。人类活动对PM2.5浓度影响较大。由PM2.5日变化曲线可知，无论是工作日还是周末在夜间PM2.5质量浓度与白天相比较高，是因为夜间气温降低、风速减小、近地面空气层较为稳定，颗粒物的扩散条件较差。在白天随着气温升高、风速加大以及人类活动影响PM2.5质量浓度表现出不稳定的波动，工作日在12∶00达到白天最大值，周末较工作日提前2h，达到白天峰值之后工作日PM2.5质量浓度整体高于周末。是因为周末道路活动较少(尤其早晚高峰)，使得道路扬尘减少；另外在周末白天风速大于工作日，细颗粒物扩散条件略好。

表1 工作日与周末PM2.5和PM10浓度相对偏差

PM10小时平均质量浓度日变化也表现出明显的“周末效应”。特征为在00∶00-01∶00、04∶00和07∶00-10∶00小时平均质量浓度表现为工作日小于周末，其余时刻均表现为工作日大于周末。工作日呈三峰型分布，峰值出现在02∶00、12∶00和23∶00，值分别为45.50μg·m-3、52.17μg·m-3和53.75μg·m-3，较周末偏差为4.43%、19.94%和10.55%；日最小值出现在16∶00，值为34.67μg·m-3，较周末偏差为6.07%。周末同样呈现三峰型分布，峰值分别出现在00∶00、09∶00和18∶00，值分别为52.33μg·m-3、48.64μg·m-3和33.86μg·m-3；日最小值出现在17∶00，值为29.00μg·m-3。从偏差来看，工作日与周末质量浓度差异最大时段为09∶00-12∶00以及17∶00-23∶00，日最大偏差为31.75%，日最小偏差为-1.40%。从PM10小时平均质量浓度日变化曲线可知从午夜至06∶00，PM10呈下降趋势，是由于在夜间温度降低、风速减小、近地面空气层较为稳定，受到大气沉降作用，使得PM10质量浓度有所下降。06∶00之后随着早高峰的到来受到人类活动影响PM10开始增加，工作日在12∶00达到峰值，周末在09∶00达到峰值，周末比工作日早3h，随后工作日质量浓度始终大于周末。也是因为周末道路活动较少(尤其早晚高峰)，使得道路扬尘减少。

由表1可知，12∶00之后至午夜，PM2.5和PM10的偏差均为正值，且同时刻PM2.5的偏差均大于PM10，说明PM2.5的周末效应要比PM10明显。

3 结论

PM2.5呈不规则多峰型日变化特征，分别于03∶00、08∶00、11∶00、22∶00出现峰值，值分别为：20.08μg·m-3、19.33μg·m-3、18.53μg·m-3、18.75μg·m-3，日最小值出现在18∶00，值为14.18μg·m-3。PM10日变化主要呈双峰型变化，峰值分别出现于00∶00和11∶00，值为：47.72μg·m-3和46.39μg·m-3，17∶00出现日最小值，为32.52μg·m-3，在18∶00有弱的小峰出现。

PM2.5的“周末效应”表现为07∶00、10∶00和11∶00小时平均质量浓度周末大于工作日，其余时刻均为工作日大于周末。PM2.5小时平均质量浓度日循环在工作日呈不规则多峰型分布，周末呈三峰型分布；日最小值均出现在18∶00，从12∶00至次日06∶00表现为工作日大于周末。PM10的“周末效应”表现为00∶00-01∶00、04∶00和07∶00-10∶00小时平均质量浓度工作日小于周末，其余时刻均为工作日大于周末。PM10小时平均质量浓度日循环在工作日与周末均呈现三峰型分布，午夜出现日最大值，17∶00出现日最小值。PM2.5周末白天峰值较工作日早2h，PM10白天峰值周末较工作日早3h，是因为周末道路活动较少，使得道路扬尘减少。PM2.5的周末效应要比PM10明显。