城市主干道夏季大气颗粒物日变化规律研究——以南宁市为例

刘 静

（湖南品标华测检测技术有限公司，湖南 长沙 410100）

近年来，随着我国城镇化步伐的加快，大量人口向城市聚集，在给城市带来活力的同时也加剧了城市大气环境污染，而汽车尾气排放已成为城市大气主要污染源之一［1］。依据南宁市政府数据，截至2019年9月30日，南宁市机动车保有量达208万余辆（其中汽车170万辆、摩托车37万辆）；汽车尾气的排放，给空气中带入了大量的固体颗粒物，特别是细微颗粒物，如PM2.5、PM0.5等，严重威胁着人类的健康［2］。

现阶段有效去除机动车排放的细颗粒物的方法是在道路两侧种植绿化带，通过绿色植物的滞尘功能来降低空气中固体颗粒物浓度［3-4］。为探究道路林带对道路空气颗粒物浓度的影响，以南宁市典型种植有茂密林带的主干道路为研究对象，对其空气中PM0.5、PM1.0、PM2.5、PM10、TSP的浓度随时间变化规律进行研究，以期为后续城市规划道路林带设计和人们日常避免高污染时段出行提供一定的理论依据。

1 实验部分

1.1 主要仪器

531S型六通道手持式颗粒物检测仪 （Metone-Aerocet）。

1.2 实验方法

研究区域位于南宁市秀厢大道广西大学附近路段，该路段两侧种植有10年以上的榕树，树与树间隔距离15～20m。本研究共设计了4个采样点，取4个采样点监测平均值作为监测最终数据。具体采样点位置见图1。

图1 采样位置

实验于2022年7月进行，连续采样一个月，每隔2 h测试一轮，每轮采样3次，取颗粒物浓度平均值作为该轮测试颗粒物浓度。数据采用SPSS 26.0进行统计分析。

2 结果与讨论

2.1 PM 0.5浓度的日变化

通过SPSS 26.0统计分析，计算了PM0.5质量浓度在7月份各个时段的月平均值，并研究了PM0.5质量浓度随时间变化的规律，结果如图2所示。

图2 PM0.5质量浓度日变化

由图2可知，PM0.5质量浓度随时间变化曲线呈现单一波峰的变化趋势，最大值出现在凌晨4点，PM0.5质量浓度达到5.87μg／m3，最低值出现在20∶00，PM0.5质量浓度为1.09μg／m3。

由于PM0.5的粒径十分微小，依靠自由沉降作用基本不能从空气中去除［5］，其主要是靠植物吸收和空气运动的扩散作用来实现空气中浓度下降［6］。在凌晨4∶00到20∶00之间，由于植物的生理活动不断增强，大量PM0.5被植物吸附，使得空气中PM0.5浓度下降；而在夜晚20∶00到第二天凌晨4∶00之间，空气中PM0.5浓度呈上升趋势。一方面由于植物生理活动减弱，另一方面由于下班高峰时段，汽车尾气中大量细颗粒物进入大气。特别是在20∶00—22∶00这一时段，PM0.5在大气中出现迅速积累上升的趋势。

2.2 PM 1.0浓度的日变化

通过SPSS 26.0统计分析，计算了PM1.0质量浓度在7月份各个时段的月平均值，并研究了PM1.0质量浓度随时间变化的规律，结果如图3所示。

图3 PM1.0质量浓度日变化

由图3可知，PM1.0质量浓度日变化范围处在2.78～15.21μg／m3之间，最大值出现在凌晨4点，最小值出现在下午18点。分析PM1.0质量浓度随时间变化曲线发现，曲线呈现单一波峰的变化趋势；从凌晨4点到下午18点这段时间内，PM1.0质量浓度整体呈现下降趋势的，只在上午6点到8点时段有一个较小的增长区间；从下午18点到第二天凌晨4点则呈现增加的趋势。

究其原因，PM1.0由于粒径较小，自由沉降能力较弱，主要是靠植物吸收和空气运动的扩散作用来实现空气中浓度下降的［6］。随着白天的到来，植物生理活动不断增强，能较好的吸收空气中的PM1.0，所以在白天，PM1.0质量浓度整体呈现下降的趋势；而6—8点为上班高峰期，大量的汽车通过监测路段，排放了大量PM1.0，排放速度大于植物吸收速度，所以在上午出现了一个短暂的小高峰［7］；当车流量减小后，PM1.0质量浓度呈现较快的下降趋势，直至达到浓度最低点。随着夜晚降临，监测路段也迎来了下班高峰期，此时植物吸收PM1.0速度减弱，而PM1.0排放量大量增加，这也就导致在18∶00—22∶00这一时段PM1.0的快速积累；随着车流量的减少，累积速度也在下降，直至达到浓度最大值。

2.3 PM 2.5浓度的日变化

通过SPSS 26.0统计分析，计算了PM2.5质量浓度在7月份各个时段的月平均值，并研究了PM2.5的质量浓度随时间变化的规律，结果如图4所示。

图4 PM2.5质量浓度日变化

图4显示，PM2.5质量浓度日变化范围处在10.28～67.38μg／m3之间，最大值出现在早上8点，最小值出现在下午18点。分析PM2.5质量浓度随时间变化曲线发现，曲线呈现单双波峰的变化趋势；从早上8点到下午18点这段时间内，PM2.5质量浓度整体呈现下降趋势的；从下午18点到第二天早上4∶00则呈现增加的趋势；在凌晨4∶00—6∶00时段曲线有一个较小的下降区间。

究其原因，PM2.5的自由沉降能力相对也较弱，虽然能部分自由沉降，但主要还是靠植物吸收和空气运动的扩散作用来实现空气中浓度下降的［8］。白天良好的关照有利于植物的活动，而夜间植物活动较弱，这也就导致了其浓度变化规律呈现出白天下降、夜间增加的趋势。

2.4 PM 10浓度的日变化

通过SPSS 26.0统计分析，计算了PM10质量浓度在7月份各个时段的月平均值，并研究了PM10的质量浓度随时间变化的规律，结果如图5所示。

图5 PM10质量浓度日变化

图5显示，PM10质量浓度日变化范围处在42.38～341.25μg／m3之间，但PM10质量浓度随时间变化曲线的变化趋势却与PM1.0、PM2.5不同，其呈现双波峰的变化趋势：在8∶00—18∶00，PM10质量浓度呈现下降的趋势，在8∶00出现第一个波峰，PM10质量浓度为341.25μg／m3，18∶00出现PM10质量浓度最小值；在18∶00—22∶00，PM10质量浓度呈现上升的变化趋势，在22∶00出现第二个波峰，PM10质量浓度287.65μg／m3；22∶00到第二天6∶00 PM10质量浓度呈现先降后升的变化趋势，最小值出现在第二天6∶00。

出现以上变化趋势主要是，随着粒径的增大，颗粒物的自由沉降能力有了较好的增强，对浓度下降起决定性的因素由植物吸收和空气运动的扩散作用变为了自由沉降和空气运动的扩散作用［9］。

在白天，从6∶00开始，监测路段的车流量逐渐增多，车流排放和溅起大量粉尘，使得PM10质量浓度快速上升，此时增加量大于自由沉降和空气运动的扩散量；过了上班高峰期后，车流量快速减小，所以在10∶00—14∶00时间段内PM10快速下降，并在18∶00达到最低值。随着下班高峰车流的到来，PM10质量浓度出现了第二轮快速上升，并在22∶00达到最大值后开始下降，但下降的趋势并不如白天时段快，主要是由于在后半夜至第二天凌晨6∶00这一时段，在监测路段，有白天不能上路的重型卡车驶过，虽然数量不多，但单体排放的颗粒物却较多，对空气中自由沉降去除的PM10进行了补充。

2.5 TSP浓度的日变化

通过SPSS 26.0统计分析，计算了TSP质量浓度在7月份各个时段的月平均值，并研究了TSP的质量浓度随时间变化的规律，结果如图6所示。

图6 TSP质量浓度日变化

由图6可知，TSP质量浓度日变化范围处在138.53～561.45μg／m3之间，变化趋势与PM10质量浓度大体相同，呈现双波峰的变化趋势：第一个波谷出现在6∶00，此时TSP质量浓度为285.87μg／m3，第一个波峰出现在10∶00，TSP质量浓度为341.25μg／m3；第二个波谷出现在18∶00，此时TSP质量浓度为138.53μg／m3，第二个波峰出现在22∶00，TSP质量浓度为534.33μg／m3。

出现以上变化趋势主要是由于随着粒径的增大，颗粒物自由沉降从空气中去除的比重逐渐增大［9］，且其自由沉降性能更优于PM10，以致第一次出现TSP波峰的时间较PM10晚了2h，同时在22∶00到第二天6∶00的下降趋势也较PM10明显。

3 结论

对PM0.5、PM1.0浓度的日变化研究表明，两者的浓度日变化趋势基本相同，去除主要受绿色植物生理活动的影响，浓度最高值都出现在凌晨4∶00，最低值则出现在下午18∶00。

对PM2.5浓度的日变化研究表明，变化曲线呈现单双波峰的变化趋势，且两个波峰相隔较近，分别出现在4∶00和8∶00。PM2.5受到自由沉降的影响较PM0.5、PM1.0强，但绿色植物生理活动对其影响有所减弱。

对PM10、TSP浓度的日变化研究表明，两者的浓度日变化趋势基本相同，变化曲线都呈现单双波峰的变化趋势。自由沉降在PM10、TSP的除去中占主导地位，绿色植物生理活动影响进一步减弱。PM10浓度的峰值分别出现在8∶00和22∶00，TSP浓度的峰值分别出现在10∶00和22∶00。