2017-2019年天水市污染物时空变化特征

孔祥如 王靖雅

摘要：本文基于2017-2019年天水市主城区三个国控站点逐时的污染物质量浓度监测数据分析了天水市大气污染物的时空变化特征，揭示了天水市大气污染的变化情况。研究结果表明：（1）污染物具有明显的季节变化特征，臭氧浓度呈现“夏高冬低”的变化趋势;SO2、NO2、颗粒物和CO的浓度均呈现“冬高夏低”的变化趋势。（2）臭氧浓度小时变化特征呈“单峰型”，峰值出现在15：00-16：00;其他5种污染物则呈“双峰型”变化趋势，峰值分别出现在10：00-11：00和21：00-22：00，谷值出现在16：00-17：00。（3）SO2和PM2.5均呈“北高南低”的空间分布特征，进步巷和文化馆两个主城区的站点浓度明显高于仙人崖站点;O3高值区出现在天水市城区的中部区域，仙人崖背景点和文化馆站点的O3浓度高于进步巷监测点。

关键词：颗粒物;臭氧浓度;季节变化;空间分布

中图分类号：X51         文献标志码：A

0 引言

伴随着经济的快速发展，工业化进程不断推进，大气污染问题日益严重[1]。大气污染已经成为影响提高民生福祉和幸福感的严重阻碍。近年来雾霾天气和沙尘天气频发，给人民的正常出行和生产生活造成诸多困扰。环境污染不仅会影响空气质量和能见度，还会严重危害人体健康，也会对区域生态环境和全球气候变化产生重要影响[1]。因此，大气污染物的研究受到国内外学者的的高度重视。天水位于甘肃省东南部，地势西北高，东南低，东西长、南北窄，呈“两山夹一河”的特殊地理形态[2]。根据发布的生态环境状况公报显示，2016-2018年连续三年天水市的可吸入颗粒物和细颗粒物均超过国家二级标准。因此，通过研究天水市大气污染物的时空变化特征，可以揭示天水市大气污染的变化情况，对于改善天水市的环境空气质量，确保居民的身心健康具有重要意义。

本文基于2017-2019年天水市3个国控站点监测的6项大气污染物（PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和O3）的逐时质量浓度数据，分析了其月变化特征和日变化特征;同时利用ArcGIS中的Kriging插值法对天水市6种大气污染物的空间分布特征进行了研究[11]，以期为天水市今后的空气污染防治等提供科学依据。

1 资料与方法

污染物浓度资料来源于天水市主城区3个环境空气质量国控站点2017-2019年的逐时监测数据。使用Excel 2010、Origin8.0 和ArcGIS10.4.1进行数据处理与分析工作。

2 颗粒物质量浓度的变化特征

2.1 时间变化特征

2.1.1 月变化特征

由图1可知，天水市主城区3个国控点臭氧浓度的月变化均呈“夏高冬低”的变化趋势，其主要原因为：夏季温度较高，太阳辐射较强，导致光化学反应增强，臭氧浓度随之升高;而冬季温度最低，太阳辐射最弱，光化学反应受到抑制，臭氧浓度随之降低[12-17]。此外，仙人崖站点的臭氧浓度值高于进步巷和文化馆站点。

3个国控点PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO浓度月变化特征均呈“夏低冬高”的变化趋势，冬季污染物浓度最高主要与冬季燃煤取暖以及冬季扩散条件较差有关，而夏季温度较高，上层空气和下层空气交换比较频繁，水平风速较大，垂直输送和水平扩散条件都比较好，所以污染物的浓度最低[14-19];此外，仙人崖背景点PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2浓度均低于进步巷和文化馆站点，因为仙人崖站点属于空气质量背景点，受人为源排放影响较小。进步巷和文化馆站点的颗粒物浓度在11月-次年5月出现超标现象，11月-次年3月颗粒物超标主要与冬季燃煤供暖有关，大量煤炭等化石燃料的燃烧导致颗粒物浓度迅速增加;4月-5月颗粒物超标主要与沙尘天气有关。进步巷与文化馆站的NO2浓度超标出现在冬季，与冬季燃煤供暖有关。除此之外，SO2和CO月均浓度在三个站点均无超标现象出现。

2.1.2 小时变化特征

由图2可知，天水市主城区3个国控点臭氧浓度的日变化特征均呈现典型的“单峰型”，峰值出现在15：00-16：00，其主要原因是午后温度不断升高，太阳辐射增强，紫外线较强，相对湿度不断降低，光化学反应持续增强，氮氧化物不断被消耗转化为臭氧，臭氧浓度逐渐升高，并在16时左右达到峰值[12]。之后，随着太阳辐射的减弱，光化学反应强度降低，臭氧的生成受到限制，所以臭氧浓度急剧下降。

SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO小时浓度变化特征大致呈“双峰型”，峰值分别出现在10：00-11：00和21：00-22：00，谷值出现在16：00-17：00。主要原因是早上8点之后，人类各项生产生活活动开始进行，交通进入早高峰，机动车开始工作，汽车尾气排放较多，使得NO2、CO、SO2和颗粒物浓度都较高[13-14];之后，随着温度的升高，边界层高度也逐渐升高，扩散条件相对较好;而21：00之后，温度下降，空气及颗粒物下沉，大气层结稳定，相对湿度增大，扩散條件较差，污染物浓度再次升高，达到第二个峰值。

2.2 空间变化特征

利用ArcGIS中的Kriging插值法得到天水市城区2017-2019年SO2、PM2.5以及O3-8h平均质量浓度的空间分布如图3所示（因为SO2、CO、NO2的空间分布图基本相同，PM10与PM2.5的空间分布图基本相同，所以本文只给出SO2、PM2.5、O3的空间分布图）。由图3可知，SO2、PM2.5以及O3年均浓度具有鲜明的空间分布特征：SO2和PM2.5的空间分布相差不大，均呈“北高南低”的分布趋势，进步巷和文化馆两个主城区的站点浓度明显高于生态植被优良的仙人崖站点，说明SO2和PM污染的主要来源为人为源排放（排放高值区位于水泥建材企业和集中供热企业所处区域）。O3高值区出现在天水市城区的中部区域，仙人崖背景点和文化馆站点的O3浓度高于进步巷监测点。仙人崖背景点O3浓度高主要是因为植物所释放的大量挥发性有机物为光化学反应的发生提供了大量前体物，从而导致O3浓度较高;而文化馆站点O3浓度较高主要与周边分布有较多的工业企业有关。

3 结论

（1）PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO浓度月变化特征呈“夏低冬高”的变化趋势，且仙人崖站点的污染物浓度均低于进步巷和文化馆监测点;臭氧浓度的月变化呈“夏高冬低”的变化趋势，且仙人崖站点的臭氧浓度值高于进步巷和文化馆站点;SO2、NO2和CO冬季的浓度明显高于其它季节，表明冬季供暖对城市空气质量影响较大。

（2）受太阳辐射的影响，臭氧浓度的日变化特征均呈现典型的“单峰型”，峰值出现在15：00-16：00;SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO小时浓度变化特征大致呈“双峰型”，峰值分别出现在10：00-11：00和21：00-22：00，谷值出现在16：00-17：00。

（3）SO2和PM2.5均呈“北高南低”的分布趋势，进步巷和文化馆两个主城区的站点浓度明显高于生态植被优良的仙人崖站点，说明SO2和PM污染的主要来源为人为源排放。仙人崖背景点和文化馆站点的O3浓度高于进步巷监测点。

参考文献

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