北京地区降尘季节特点及测定条件研究

陆皓昀，刘保献，沈秀娥，安欣欣，马腾飞，张 章，刘兆莹

（1. 北京市生态环境监测中心，北京 100048；2. 大气颗粒物监测技术北京市重点实验室，北京 100048）

降尘量的变化容易受到季节、地理位置、自然环境条件、排放状况和气象因素的制约。大气降尘在一定程度上指示着大气污染的程度，大气降尘量的变化可作为评价空气质量优劣的一个重要指标。降尘沉降量、化学组成和各成分含量能够反映大气环境质量、组分特征和物理形态特征，可进一步用于污染物源解析分析[1−5]。因此近年来，降尘监测越来越受到生态环境监测部门的重视。由于降尘污染较难从法律角度给予确切定义并执行污染程度的划分，所以世界各国或地区使用的降尘标准多为推荐标准而非强制标准。不同地区的标准主要集中在5～10 t/km2·30 d，这一浓度范围分别代表最佳的期望值（即宜人环境）和城市的中等水平（即最大可接受程度）[6]。

我国幅员辽阔，不同城市的降尘特点受地域影响有显著的差异。武汉等典型中部内陆城市的春季降尘污染最重，秋、冬季的降尘污染相对较轻[7]。乌鲁木齐等典型的西北部城市的春季降尘污染最重，夏季降尘污染最轻，而集中采暖使得秋、冬季的降尘污染也较高[8]。新疆伊宁虽然与乌鲁木齐是西北部城市，但其近年来夏季降尘污染最重，其次为春季，冬季则因积极的城市管理污染最轻[9]。镇江等典型的南方长江中下游城市，降尘特点是夏高冬低，但季节性差异小，其主要来源是本地源[10]。

本研究通过对北京地区降尘季节性特点进行分析，根据城市特点，为本地降尘监测、管理提供了具有季节针对性的管理手段。

1 实验部分

1.1 降尘样品采集及测定方法原理

对降尘样品采集及测定采用了我国降尘现行的国标方法，即《环境空气 降尘的测定 重量法:GB/T 15265—94》[11]。标准规定了采用乙二醇水溶液做收集液的湿法采样方法，用重量法测定环境空气中的降尘。其方法检出限为0.2 t/km2·30 d。

1.2 主要仪器及试剂

D350-D 型石墨电热板、DHG-9053A 型电热鼓风干燥箱、3-550PD 型马弗炉、集尘缸、瓷坩埚、乙二醇（优级纯）和蒸馏水。

2 结果与讨论

2.1 北京市降尘污染变化规律

点位布设与采集方式：北京的西城、东城、朝阳、昌平、海淀、石景山、顺义、怀柔、丰台、门头沟、房山、通州、大兴、平谷、密云和延庆等16 个区，共布设了33 个点采样点。每个采样点选用双缸平行方式采样，每月采集1 次，见图1。

图1 2018～2020 年北京市降尘量变化规律

图1 可知，北京市降尘量2019 年（5.6 t/km2·30 d）比2018 年（7.5 t/km2·30 d）下降了25.3%，2020 年（5.0 t/km2·30 d）比2019 年（5.6 t/km2·30 d）下降了10.7%，呈现整体下降趋势。2018、2019 和2020 年的全年降尘量最低时期分别为11、12 和1 月，均处于冬季。2018、2019 和2020 年的全年降尘量最高时期为4 和5 月，均处于春季。

从逐月降尘量可知，2020 年5 月（12.2 t/km2·30 d）较2019 年5 月（8.6 t/km2·30 d）显著增高41.8%，2020 年10 月（ 4.3 t/km2·30 d） 较2019 年10 月（3.1 t/km2·30 d）显著增高38.7%。2020 年5 月和10 月的特点是比前一年同期有更大规模的沙尘。

2.2 北京市春季降尘的特点及测定条件

近年北京春季（3～5 月）季节特点是大风沙尘频发，而北京地区其他季节沙尘发生的频率和程度较小。如2019 年，北京市全年共发生13 次显著沙尘天气，其中春季沙尘7 次，占比53.8%；而2020年，北京市全年共发生11 次显著沙尘天气，其中春季沙尘6 次，占比54.5%，且春季沙尘的规模远超其他月份。

在2020 年4 月，实验组对通州东关、东城东四和延庆石河营进行了每日连续降尘监测，对北京市春季影响降尘量的因素进行了进一步研究，见图2。

图2 沙尘对降尘量的影响

图2 可知，沙尘过境是造成北京春季降尘量显著增高的主要因素。如果遇到大规模施工，施工期间降尘量也会明显提高。

2020 年4～5 月，实验组在通州东关、东城东四和延庆石河营3 点进行了沙尘过程单独采样，与当月降尘样品进行了比较研究，见表1。

表1 大风沙尘过境对北京市降尘污染的影响

表1 可知，沙尘过程对当月沙尘贡献率很大。在2020 年4～5 月的沙尘高峰期，当月沙尘期贡献率均＞50%。

2019 年3 月和6 月，实验组选取四季青、大兴朱庄2 个监测点进行了沙尘期及非沙尘期、不同高度采样点的比对研究，其中大兴朱庄点位的特点为周围裸地面积大，四季青点位的特点为周围道路交通密集，见表2。

表2 同地理环境、不同高度的采样点在风沙期、非风沙期的差异

表2 可知，四季青监测点，沙尘期的2019 年3 月，1～11 m 不同高度点的月均降尘量没有显著差异；非沙尘期的2019 年6 月，1～11 m 不同高度点的月均降尘量没有显著差异。大兴朱庄监测点，沙尘期的2019 年3 月，1～11 m 不同高度点的月均降尘量，随采样高度的逐步升高而逐步降低；非沙尘期的2019 年6 月，1～11 m 不同高度点的月均降尘量没有显著差异。分析其主要原因是大风沙尘期间，二次扬尘将造成周围裸地面积较大且高度较低点位的降尘量显著增高。因此，整体上减少裸地面积、加强对裸地地区的清洁，可以减少大风沙尘期降尘中的扬尘污染。

2.3 北京市夏、秋季降尘的特点及测定条件

北京夏、秋季降尘特点是样品缸内的异物相对其他季节更多，其主要的异物种类是植物类、虫类和鸟类。这主要是因为北京夏、秋季动植物活动非常旺盛。国标要求在测定前将缸中的异物挑拣排除，但有些种类的异物会溶解于乙二醇水溶液中无法通过挑拣剔除，动植物类的异物在降尘缸中时间保留越久，对降尘样品的污染程度越大，见表3。

实验组选取车公庄20 m 高度的楼顶采样点，利用干燥少雨、动植物活动较少的2018 年12 月采集样品，研究了本底试剂中蒸馏水加入量对降尘样品的影响。表3 可知，蒸馏水本身的加入对降尘总量的影响很小。实验组在落叶较多的2019 年7 月进行了腐叶影响条件实验。实验加入相同重量的梧桐落叶，将降尘缸置于室内以剔除其他外界条件的干扰，以此分析腐叶对降尘样品的影响，见表4。

表3 降尘蒸馏水影响条件实验

表4 降尘腐叶影响条件实验

表4 可知，纯乙二醇试剂的抗腐能力远强于乙二醇与蒸馏水混合试剂。当降尘缸中同时存在水和植物类异物时，降尘总量受植物类异物腐烂的影响会随时间的延长快速增长。

北京地区在夏季雨水多、鸟虫活动较多的夏季，以及易产生大量落叶的秋季，尽量减少蒸馏水的加入量或不加入蒸馏水，可以减少易腐化污染物对降尘样品的影响。如果采样期间有较大的降雨量，尽快巡检并剔除植物类异物也可以有效控制易腐化污染物对降尘样品的影响。但由于异物本身携带了一定的尘粒，即使掉入异物的当天即刻将其挑拣出，也不能完全剔除异物掉入对降尘样品的影响。

2.4 北京市冬季降尘的特点及测定条件

北京冬季降尘量随气温的降低，降低至全年最低值。这一点不同于一些典型的内陆城市冬季降尘污染因采暖期的到来而上升，分析认为主要是由于以下3 点原因：1）北京近年的电气化改造大大减少了冬季燃煤的使用，进而减少燃煤污染对降尘污染的贡献；2）北京地区冬季气温较低、动植物类异物影响较少，减少了腐化异物对降尘污染的贡献；3）北京春节前大量流动人口返乡，城市生产活动降至全年最低水平，减少了建筑施工、交通扬尘等方面对降尘污染的贡献，见表5。

表5 乙二醇浓度与冰点关系

北京冬季雨水很少且气温较低。乙二醇水溶液的冰点低于纯乙二醇溶液，接近50%比例的乙二醇水溶液拥有更好的防冻能力，因此可根据冬季样品采集期的实际气候情况，合理增加本底试剂中蒸馏水的加入比例，以防止结冰。

3 结论

2018～2020 年，北京市降尘量总体呈下降态势，且具备明显的季节变化规律。从季节规律上看，北京市降尘量自3 月起，随着春季风沙的到来持续上升至5 月；在动植物活动旺盛、雨水充沛的夏季维持高位；自8 月起随气温的逐步转冷、动植物活动降低而持续下降至10 月；于春节前大量流动人口返乡，城市生产活动降至全年最低水平的1 月前后达到谷底位，至次年2 月冬季结束。

针对北京地区的降尘监测，春季应注意配合大风沙尘的跟踪监测进行研究、加强裸地管理，同时可以配合沙尘期单独采样比对掌握当月沙尘影响程度，以客观反映当月非沙尘期的降尘水平；夏、秋季应加强采样巡检频率，及时清理异物，减少动植物活动对降尘样品造成的污染和影响，并应在雨季减少本底试剂中蒸馏水的加入比例以防止落入缸中的异物腐化污染；冬季应注意根据气温变化，考虑增加本底试剂中蒸馏水的加入比例，以防止结冰。降尘监测受季节环境、地理环境条件的影响巨大，不同地区应根据该地区的具体情况进行合理管控，以减少自然环境变化对降尘监测的影响。