廊坊地区PM2.5 变化特征研究

高清泉 高清源 李红星 郭淑静 田 硕 吕宜谦

（1 廊坊市气象局，河北廊坊 065000；2 鞍山市气象局，辽宁鞍山 114000；3 大厂回族自治县气象局，河北大厂 065361；4 廊坊市生态环境局，河北廊坊 065000）

在空气环境中，PM2.5的空气动力学当量直径≤2.5 μm，不及人头发丝粗细的1/20。 与粒径较大的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小且在大气中的停留时间长、输送距离远，属于极易人体吸入颗粒。 PM2.5含有大量的有毒、有害物质，可直接到达人体肺泡，通过血液循环到达全身，且极难排出体外。 研究发现，PM2.5与循环系统疾病死亡正相关[1-2]，环境中PM2.5浓度每日增加10 μg/m3， 患脑血管疾病风险增加1.29%，因心血管疾病死亡的风险增加12%[3]。 因此，国内外关于华北地区大气环境污染的研究逐渐增多。 Zhao 等[4]开展了针对北京市大气颗粒物PM2.5来源的研究，发现其主要来源为燃烧、扬尘以及机动车排放等，地域对污染源贡献率的变化影响不明显。许多研究报道了北京等大中城市空气质量特征， 分析了其时间变化规律以及空间分布差异[5-8]，但是对中小城市空气质量特征的研究较少。

廊坊市位于河北省中东部，地处北京、天津两大城市之间，被誉为“京津走廊上的明珠”，距离北京市区和天津市区分别约40 km 和60 km， 距离首都机场、 北京大兴机场和天津港分别约70、25、100 km。城市定位是京津冀城市群中的重要中心城市， 承接京津部分城市功能， 以发展高新技术产业和现代服务业为主的生态宜居城市。 本研究利用对PM2.5质量浓度的实时观测数据进行统计分析， 探讨廊坊市区PM2.5质量浓度的月、季节及日变化情况，并且对周末和工作日的PM2.5质量浓度差异特征进行分析，可以为大气环境污染防控提供基础数据， 有利于人们根据污染特征选择出行和开展户外活动。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本研究选取廊坊市气象信息共享平台PM2.5质量浓度的实时观测数据， 以河北省廊坊市生态环境局公布的2015—2018 年廊坊市环境质量概要数据作为对比资料。

1.2 仪器与方法

1.2.1观测仪器。 采用安徽蓝盾光电股份有限公司生产的β 射线法大气颗粒物监测仪（以下简称监测仪）进行观测。 监测仪利用β 射线作为辐射源，采用恒定流量抽气， 大气中的悬浮颗粒吸附在β 源与探测器之间的滤纸表面。 抽气前后探测器对β 射线计数值的改变反映了滤纸上吸附颗粒物质量， 根据抽气体积可以换算单位体积空气中悬浮颗粒的浓度。该仪器主要用于测量大气中可吸入颗粒物PM10和PM2.5。

1.2.2污染等级划分标准。目前，我国空气污染指标包括二氧化硫、 氮氧化物和可吸入颗粒物或总悬浮颗粒物。2012 年国务院新修订《环境空气质量标准》，将PM2.5监测指标纳入污染指数项目[9]。 其中，空气PM2.5污染等级划分见表1。

表1 空气PM2.5 污染等级划分

2 结果与分析

2.1 总体分析

根据研究数据统计得知，全年逐小时PM2.5浓度分布在75 μg/m3以下， 优良等级占样本数据的78.6%，达到1/2 以上，具有一定的参考性。 根据全年逐时污染物统计得知，PM2.5作为首要污染物之一，占比达到33.1%。PM2.5对空气污染指数（AQI）的影响至关重要。

2.2 月变化特征

为更好地了解廊坊市区PM2.5全年的变化情况，进一步探究数据的集中趋势， 分析了2018 年PM2.5质量浓度的日平均浓度变化。 结果表明，质量浓度分布呈现双峰特征，污染时间为72 d，其中，轻度污染38 d，中度污染24 d，重度污染及严重污染10 d。根据《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）对质量浓度日平均进行划分。 其中，达到国家一级标准[ρ（PM2.5）≤35 μg/m3]，污染等级“优”共144 d；达到国家二级标准[35 μg/m3＜ρ（PM2.5）≤75 μg/m3]，污染等级“良”共152 d；轻中度污染62 d，重度污染及以上7 d。2018 年PM2.5质量浓度年平均为53.1 μg/m3。

2.3 季节变化特征

按照春季（3—5 月）、夏季（6—8 月）、秋季（9—11 月）、冬季（12 月至次年2 月）分析PM2.5质量浓度季节变化特征。 不同季节的日变化强度特征呈现以下规律：冬季＞秋季＞春季＞夏季。 一年中四季的PM2.5质量浓度的日变化特征规律呈“W”形。 早上6：00—8：00 PM2.5质量浓度缓慢上升；9：00 之后下降，主要考虑廊坊市区内机关、企事业单位上班时间为8：30，早上7：00—9：00 正处于早高峰期间，与北京、天津地区上班时间大致相同；下午PM2.5质量浓度下降快，即下午有利于PM2.5的扩散。以上说明，白天PM2.5质量浓度受车流量影响较大；晚上天气背景较静稳、大气层结相对稳定而且易伴有逆温层， 不利于污染物扩散，利于污染物积累，导致夜间PM2.5质量浓度总体高于白天。

秋季与冬季的日变化趋势相似， 但是峰值和谷值出现的时刻不同。秋季变化存在2 个较大的谷值，分别在5：00 与14：00；冬季只有1 个谷值，在15：00左右，日变化范围更大，冬季的曲线变化在10：00 之前变化相对平缓。 秋冬季节PM2.5质量浓度日变化范围较大，夜间浓度大于白天浓度，主要原因是采暖方式以及空气较干燥，夜间多天气晴朗、气温低、大气层结相对稳定，形成逆温现象，不利于PM2.5的稀释与扩散运动[3]。

春季的日变化曲线与秋冬季节大致相同， 变化相对较小， 但污染强度比冬季大且存在一个最大的峰值（68 μg/m3），出现在早上7：00—8：00。 之后，浓度逐渐降低，16：00 浓度达到最低（50 μg/m3）。 分析其原因主要是春季多大风天气， 容易造成局部沙尘天气或者污染物气团输送等。

夏季PM2.5质量浓度在上午7：00 左右达到最高值，白天与夜间的变化幅度都偏小，浓度范围为35~45 μg/m3，一天中优良天气相对稳定。分析其原因：一方面， 夏季大气层结不稳定状态时有发生且温度较高，大气层中对流垂直运动强烈、大气运动明显，有利于PM2.5扩散；另一方面，相较于其他季节，夏季多降雨，降水对大气中悬浮物颗粒有明显的冲刷作用，对PM2.5形成不利。

2.4 日内变化特征

为进一步分析研究PM2.5质量浓度日变化特征，更好地掌握其日浓度变化规律， 将工作日与周末分开讨论。工作日与周末人们的生活方式有所不同，人们可根据污染特征选择出行及户外活动。 分析一周中PM2.5质量浓度的日内变化曲线可发现，星期一至星期日的日内变化曲线趋势大致相同，PM2.5质量浓度值整体上呈如下趋势：星期六＞星期日＞星期一＞星期五＞星期四＞星期三＞星期二。

星期一至星期日的夜晚PM2.5质量浓度均高于白天，且周末日变化浓度值总体上高于工作日浓度值。但是，星期一在部分时段的浓度值数值较大且波动幅度大，其原因需进一步研究。 周末的PM2.5质量浓度平均值显著比其他日高；周末的PM2.5质量浓度变化范围较大，且以周日的变化最大。分析逐时数据及日数据得知，周末出现中、重度污染天数较多。

3 结论与讨论

2018 年廊坊地区PM2.5质量浓度年平均值为53.1 μg/m3，与《廊坊市环境质量概要（2018 年）》中公布的PM2.5年均浓度值（52 μg/m3）基本一致。 PM2.5空气污染较往年持续呈好转态势。

PM2.5质量浓度逐小时值在75 μg/m3以下，优良等级占样本数据的78.6%，达到1/2 以上。 PM2.5作为首要污染物之一，占比达到33.1%，其对空气污染指数（AQI）的影响至关重要。 2018 年PM2.5质量浓度日平均浓度分布呈现双峰特征，白天6：00—9：00 污染较重，夜间21：00 至次日3：00 污染最为严重。污染天主要分布在上半年3—4 月以及下半年11—12 月。达到国家一级标准[ρ（PM2.5）≤35 μg/m3]，污染等级“优”共144 d；达到国家二级标准[35 μg/m3＜ρ（PM2.5）≤75 μg/m3]，污染等级“良”共152 d，轻中度污染62 d，重度污染以上7 d。

PM2.5质量浓度季节变化特征呈现冬季＞秋季＞春季＞夏季的规律。 四季PM2.5质量浓度的日内变化特征规律呈现“W”形。 夏季PM2.5质量浓度在白天与夜间的变化幅度都偏小，范围为35~45 μg/m3，一天中优良天气相对稳定。 秋季与冬季的日内变化趋势大致相似，但是峰值和谷值出现的时刻有所区别：秋季变化存在2 个较大的谷值，分别在5：00 与14：00；冬季的曲线变化在10：00 之前变化相对平缓， 只有1 个谷值，在15：00 左右，日变化范围更大。 春季的日变化曲线与秋冬季节大致相同，变化相对较小，但污染强度比冬季大。

PM2.5质量浓度一周内的日变化浓度特征为星期六＞星期日＞星期一＞星期五＞星期四＞星期三＞星期二。 星期一至星期日夜晚PM2.5质量浓度均高于白天， 且周末日变化浓度值曲线总体上高于工作日浓度值。 周末2 d 的浓度变化范围较大，且以星期日的变化最大。 周末的PM2.5质量浓度平均值显著高于其他日。

2018 年廊坊地区出现严重污染天气的天数与上年相比减少了13 d；空气质量综合指数为5.94，与上年同期（6.61）相比下降了10.14%。 虽然重污染天气减少，但其对年平均值的影响依然不可忽视，减少重污染天气的天数可以有效降低年平均值。此外，本研究值具有一定的局限性：采样点位于廊坊市区，大气污染程度均一性较差。