2020年徐州市区PM2.5和PM10污染特征分析

孙 瑞

（江苏省徐州环境监测中心，江苏 徐州 221000）

大气颗粒物污染防治是大气环境方面持续关注的热点问题之一，而颗粒物（PM与PM）仍是我国许多城市的主要污染物，严重影响空气质量。因此，研究大气中PM与PM的污染特征对改善以颗粒物污染为主的地区空气质量有重要意义。随着城镇化、工业化的快速发展，徐州市大力开展城市建设，机动车保有量稳步上升，导致徐州市短期内无法摆脱化石燃料的影响，本地污染物排放量较大。同时，徐州市地理位置特殊，处于苏、鲁、豫、皖四省接壤地区，京津冀大气污染传输通道和汾渭平原大气污染传输通道均会对徐州市空气质量产生影响，这就导致颗粒物污染仍是影响徐州市大气环境质量的主要问题。因此，研究2020年大气颗粒物污染变化规律，有助于掌握徐州市大气污染态势，为下一步大气污染治理提供有针对性的实施方案。

1 研究方法

1.1 监测点位及分析项目

目前，徐州市共设置8个环境空气质量评价城市点（简称国控站点），8个国控站点均位于城市建成区内，包含居住区、文化区、商业交通居民混合区，且分布相对均匀，能充分反映徐州市区环境空气质量情况。根据《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）要求，8个国控站点均可进行SO、NO、CO、O、PM、PM等6个基本项目的连续监测。以徐州市8个国控站点的连续监测数据为数据源，按照《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ 633—2012）及《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ 663—2013）进行评价。

1.2 分析时间

选取2020年1月1日至12月31日徐州市国控站点监测数据，按《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ 633—2012）、《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ 663—2013）进行处理，共获得363 d的有效日数据。徐州市属于温带季风气候区，按气象条件划分四季，四季划分为春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）和冬季（12月至次年2月）。

2 结果与讨论

2.1 2020年空气质量总体情况

2020年，徐州市空气质量达标情况如表1和表2所示。2020年总体情况较好，PM浓度呈下降趋势，优良天数占比变大。从污染物浓度来看，O日最大8 h平均浓度第90百分位数、PM浓度、PM浓度均有较明显下降。从日达标情况来看，2020年徐州市优良天数占比为71.9%，轻度污染占21.8%，中度污染占5.0%，重度污染占1.4%，全年未出现严重污染。

表1 2020年徐州市不同空气质量等级情况

表2 2020年徐州市环境空气参数监测结果

由表2可知，2020年徐州市整体环境有所改善，但仍呈现出以颗粒物和O污染为主的特点，其中，PM仍是贡献最大的污染物，O超过PM成为贡献第二的污染物。PM年平均浓度超标0.43倍，PM年平均浓度超标0.23倍，O日最大8 h平均浓度第90百分位数超标0.01倍。徐州市SO、NO年平均浓度和CO日均浓度第95百分位数均达标。

2.2 PM2.5和PM10变化特征

下面主要研究PM与PM的质量浓度季节变化和月度变化，并分析PM/PM比值，找到徐州市颗粒物污染特征。颗粒物来源方面，PM不仅来源于化石燃料的燃烧（工业燃煤、机动车尾气等），还来源于气态污染物的二次转化（气溶胶参与的光化学反应等），PM同样部分来源于化石燃料的燃烧，部分来源于各类扬尘源（沙尘、工地扬尘、道路积尘等）。

PM与PM的质量浓度比值可以用来判断PM对PM的贡献，PM/PM比值较大，表明PM中粒径小于2.5 µm的颗粒物含量较高，细颗粒物对污染贡献较大。PM与PM的质量浓度比值也可以用来判断颗粒物的污染来源及程度，PM/PM比值越大，表明污染二次转化的贡献越高，扬尘源贡献越低。

2.2.1 PM和PM季节变化特征

徐州市位于江苏省西北部，地处苏、鲁、豫、皖四省接壤地区，属温带季风气候区，冬季受温带大陆气团控制，主导风向为偏北风，天气寒冷干燥，它是江苏省内唯一有供暖的城市，夏季受温带海洋气团或变性热带海洋气团影响，主导风向为东南风，有明显雨季，多种因素导致污染物浓度随季节变化的规律明显，从主要污染物浓度（O除外）来看，徐州市空气质量呈现夏季最好、秋季和春季次之、冬季最差的季节性变化特征。

分析2020年徐州市PM和PM质量浓度，由表3可知，PM和PM质量浓度的排序均是冬季＞秋季＞春季＞夏季，冬季颗粒物质量浓度明显高于其他季节，且标准差远高于其他季节，颗粒物质量浓度最高值也出现在冬季。从超标天数来看，冬季颗粒物超标天数远高于其他季节，甚至超过其他三个季节超标天数总和，尤其是PM，冬季超标天数是其他三个季节总和的5.1倍，PM仍是制约徐州市冬季空气质量的最大污染物。

表3 2020年徐州市PM2.5和PM10质量浓度季节特征

由图1可知，徐州市2020年PM/PM比值表现为冬季＞夏季＞秋季＞春季，有较明显的季节性。武晓红等在太原市对颗粒物的研究、马浩平等在潍坊市对颗粒物的研究也发现了同样的PM/PM比值季节变化规律。

图1 2020年徐州市PM2.5与PM10比值季节变化

经分析，PM/PM比值季节变化与颗粒物排放源、特定气象条件变化有关。冬季，徐州市集中供暖导致化石燃料（包括燃煤与机动车尾气）消耗不断增加，使得颗粒物和其他气态污染物排放量快速上升，而且徐州市冬季降雨、降雪频次及雨量较少，边界层较低，大气污染物扩散条件较差，PM一次排放增加，同时污染物易于累积，粒子易于老化，PM对PM贡献较大，PM/PM比值在四季中最大。夏季雨水较多，扩散条件较好，相比PM，PM被有效去除，但是日照较长，温度较高，光化学反应较多，有利于气态物向PM的二次转化，所以PM对PM贡献较大。春季、秋季PM/PM比值较低，原因是PM浓度受沙尘、建筑工地施工扬尘、积尘排放显著增加影响更多。

2.2.2 PM和PM月度变化特征

2020年，徐州市PM和PM质量浓度各月份变化趋势特征曲线如图2所示。从图2可以看到，PM和PM月均浓度变化趋势相似，但是又有区别。PM浓度变化曲线全年呈U字形，1月开始，PM浓度呈逐渐下降趋势，在8月降到最低，然后从9月开始呈逐渐上升趋势；1—2月，PM浓度下降明显，但由于3—6月沙尘的影响，PM浓度出现反弹，随着沙尘影响结束，7—8月下降到低水平，8月开始呈逐渐上升趋势。

图2 2020年徐州市PM2.5和PM10月均质量浓度变化

2020年，徐州市PM和PM质量浓度月均值最大值都出现在1月。经分析，原因有4点：徐州市每年12月至次年2月为供暖季，热电厂燃煤需求增多，污染物排放增多；当中国北部及西部出现污染时，受冬季季风影响，徐州均处于污染传输通道上，经常出现连续多日的以PM为主的中度以上污染过程；冬季气温较低，车辆较多且行驶缓慢，汽车尾气排放相对增加；2020年春节处于1月，春节期间烟花爆竹燃放行为增多，诸多因素导致环境空气中颗粒物浓度明显升高。

PM质量浓度月均值最小值出现在8月，PM质量浓度月均值最小值出现在7月。虽然月均值最小值出现在不同月份，但其都出现在7—8月的雨季，在雨季，受季风影响，雨水较多，有时还会受台风影响，风速较大，颗粒物整体扩散条件较好，浓度维持在低位。

从图2可见，PM/PM比值变化趋势表现为W形，1月PM/PM比值最高（全年最高值0.80），后逐渐降低，直到5月（全年最低值0.45），之后有所升高，直到7月，然后又开始降低，直到10月，11—12月又有所升高。2020年，徐州市PM/PM年均值为0.58，1月、2月、7月、12月PM/PM比值高于年均值，其他月份低于年均值。1月、2月、12月属于季节划分中的冬季，7月属于夏季，和PM/PM比值季节特征相吻合。

3 结论

徐州市区空气质量有所改善，全年以优良为主，优良率为71.9%，但颗粒物污染仍较重，PM和PM超标率分别为15.2%、9.4%。徐州市区PM和PM浓度分别为50 µg/m、86 µg/m，是国家二级标准限值的1.43倍、1.23倍。PM和PM污染呈现出季节变化和月度变化规律，冬季污染最重，夏季相反；PM和PM浓度月变化曲线呈U形，12月和1月最高，7月和8月最低。徐州市区PM/PM年均值为0.58，且冬季（0.74）高于年均值，表明冬季PM贡献较大，冬季仍是空气质量管控关键时期。