蘇志華,王建華
(1.貴州財(cái)經(jīng)大學(xué)資源與環(huán)境管理學(xué)院,貴州貴陽(yáng)550025;2.中山大學(xué)地球科學(xué)與地質(zhì)工程學(xué)院,廣東廣州510275)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,城市的大氣污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重,大氣顆粒物成為影響我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量的重要污染物[1-2]。其中,細(xì)顆粒物 PM10和PM2.5是反映空氣質(zhì)量狀況的重要指標(biāo)?;诖?,美國(guó)環(huán)境保護(hù)局于1997年提出了對(duì)環(huán)境空氣中顆粒物標(biāo)準(zhǔn)的修改提案,新增了關(guān)于PM2.5的標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定PM2.5的年平均值不得超過(guò)15 μg·m-3,24 h平均值不得超過(guò) 65 μg·m-3[3];我國(guó) 1996 年頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-1996)[4]中提出了PM10標(biāo)準(zhǔn),并于2012年2月新頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)[5]中增加了關(guān)于PM2.5的標(biāo)準(zhǔn)限值,規(guī)定了PM2.5年平均及24小時(shí)平均二級(jí)濃度限值分別為 35 μg·m-3和 75 μg·m-3。PM10和PM2.5分別指空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于或等于10 μm和2.5 μm的大氣顆粒物。PM10也稱為可吸入顆粒物,世界衛(wèi)生組織 (WHO)則稱之為可進(jìn)入胸部的顆粒物;PM2.5因其能夠進(jìn)入人體肺泡,故被定義為可入肺顆粒物[6],其對(duì)人體健康、能見(jiàn)度和氣候變化等方面的危害已被國(guó)內(nèi)外學(xué)者證實(shí)[7-9]。在大氣環(huán)境問(wèn)題頻發(fā)以及公眾環(huán)境意識(shí)快速提高的背景下,大氣污染的研究受到了越來(lái)越多的關(guān)注,全球范圍內(nèi)開(kāi)展了一系列PM2.5觀測(cè)研究以了解其來(lái)源和影響因素[10-11]。研究標(biāo)明,氣象條件與大氣污染的程度密切相關(guān)。降水和強(qiáng)風(fēng)天氣過(guò)后空氣中大氣顆粒物的濃度一般較小,而連續(xù)的低壓、無(wú)風(fēng)、相對(duì)濕度較高的霧天大氣顆粒物的濃度相對(duì)較高。這是因?yàn)榻涤陮?duì)大氣懸浮顆粒物有較好的清除效果[12],或是顆粒物在強(qiáng)風(fēng)作用下能迅速擴(kuò)散。而在無(wú)風(fēng)、高濕的霧天,顆粒物多附著、溶解或混合于霧氣之中,不但得不到有效的擴(kuò)散和去除,還易與其他污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),增加二次氣溶膠產(chǎn)生的可能性[12]。然而,在中國(guó)有關(guān)大氣顆粒物觀測(cè)研究的記錄主要集中在經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的少數(shù)大城市和沿海地區(qū)[13-18],而在其它的城市研究記錄還非常稀少,為了減緩空氣污染對(duì)該類地區(qū)人體健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的負(fù)面影響,迫切需要對(duì)該類地區(qū)展開(kāi)有關(guān)大氣顆粒物的污染特征及其影響因素研究。
貴陽(yáng)位于貴州的中部,是貴州省省會(huì),曾是典型的以SO2污染為主的城市。然而隨著能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改變、機(jī)動(dòng)車保有量的快速增加,貴陽(yáng)市的空氣污染在新時(shí)期呈現(xiàn)出與以往不同的特征:按照國(guó)家新頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012),貴陽(yáng)市2013年的PM10和PM2.5均未達(dá)到國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),而其他的空氣質(zhì)量指標(biāo)如SO2、NO2、CO和O3均達(dá)到國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[19]。由此可見(jiàn)大氣顆粒物是影響貴陽(yáng)市空氣環(huán)境質(zhì)量的首要污染物。然而,貴陽(yáng)市有關(guān)PM2.5和 PM10污染的研究記錄仍非常稀少[20-24],且以往的研究主要局限于貴陽(yáng)的個(gè)別監(jiān)測(cè)點(diǎn),研究的時(shí)間尺度也比較短,很難對(duì)貴陽(yáng)市大氣顆粒物污染水平及特征進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間尺度的評(píng)價(jià)?;诖?,本研究利用貴陽(yáng)市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站自動(dòng)監(jiān)測(cè)的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù),研究貴陽(yáng)市大氣顆粒物 (PM2.5和PM10)的污染現(xiàn)狀和時(shí)空分布特征,并結(jié)合氣象資料分析大氣顆粒物污染的影響因素。本研究可以為貴陽(yáng)市大氣污染治理提供科學(xué)依據(jù),以及為區(qū)域的大氣污染防治措施的制定提供參考。
目前,貴陽(yáng)市共布設(shè)太慈橋、市環(huán)保站、冶金廳、鴻邊門、馬鞍山、小河、花溪、金陽(yáng)、烏當(dāng)、桐木嶺10個(gè)國(guó)控空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。但因建設(shè)需要,太慈橋自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)于2014年3月1日起停運(yùn)。剩余9個(gè)監(jiān)測(cè)站中,桐木嶺站位于花溪區(qū)的高坡民族中學(xué),花溪區(qū)站位于花溪區(qū)自來(lái)水廠,烏當(dāng)區(qū)站位于烏當(dāng)區(qū)行政中心,金陽(yáng)區(qū)站位于觀山湖區(qū)的貴陽(yáng)一中,馬鞍山站位于觀山湖區(qū)的黔靈山公園,鴻邊門站位于云巖區(qū)的貴陽(yáng)醫(yī)學(xué)院,小河區(qū)站位于小河區(qū)行政中心,市環(huán)保站位于南明區(qū)貴陽(yáng)市環(huán)保局,冶金廳站位于南明區(qū)貴州省環(huán)科院,空氣環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)具體位置見(jiàn)圖1。在貴陽(yáng)市的行政區(qū)中,云巖區(qū)和南明區(qū)為老城區(qū),小河區(qū)為國(guó)家級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū),工業(yè)占比較重,觀山湖區(qū)主要功能為商業(yè)區(qū)和行政中心,烏當(dāng)區(qū)和花溪區(qū)屬于郊區(qū)。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 (GB3095-2012),以上9個(gè)站點(diǎn)均屬于空氣環(huán)境質(zhì)量二類區(qū)。監(jiān)測(cè)站的布設(shè)滿足空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的要求,即距地面一定高度,四周通風(fēng)且無(wú)高大的建筑物和局地排放源,空氣可以自由流動(dòng),地形平坦,受局地環(huán)流的影響較小。大氣監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為HJ 618,自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法為微量振蕩天平法和β射線法。數(shù)據(jù)發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)為《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 (GB3095-2012)和《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù) (AQI)技術(shù)規(guī)定 (試行)》(HJ622-2012)的有關(guān)規(guī)定,發(fā)布的數(shù)據(jù)包括24 h日均值以及實(shí)時(shí)濃度值 (即1 h平均值)。本研究選取數(shù)據(jù)的時(shí)間范圍為2014年3月至2015年2月。
氣象條件對(duì)污染物的擴(kuò)散、稀釋和積累作用已得到普遍公認(rèn)。為研究貴陽(yáng)市氣象因素對(duì)大氣顆粒物污染的影響,本研究收集了貴陽(yáng)市部分氣象資料,包括氣溫 (℃)和降水量 (mm)。氣象數(shù)據(jù)摘自中國(guó)天氣網(wǎng) (http://www.weather.com.cn)。
圖1 貴陽(yáng)市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站分布圖Fig.1 Monitoring sites of air quality in Guiyang
本研究對(duì)貴陽(yáng)市各監(jiān)測(cè)站的PM10和PM2.5的24 h平均值數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均計(jì)算,求取貴陽(yáng)市PM2.5和PM10的24 h平均值;并選擇春夏秋冬各季中無(wú)突變天氣變化的時(shí)段,時(shí)間范圍為一周至半個(gè)月,對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)站一日中同一時(shí)刻的PM2.5和PM10進(jìn)行求平均,以獲取貴陽(yáng)市各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM2.5和PM10的1 h均值。通過(guò)時(shí)間序列分析法對(duì)篩選和整理過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,以查明貴陽(yáng)市PM2.5和PM10在一個(gè)自然年的年變化特征、各季的日變化特征和空間分布特征。
2.1.1 季節(jié)性質(zhì)量濃度變化特征及其分析 為敘述方便,首先把貴陽(yáng)市的四季劃分為春季、夏季、秋季和冬季。貴陽(yáng)市2014年3月1日至2015年2月28日PM2.5和PM10日平均值的變化范圍較大,分別為11~127和19~161 μg·m-3,最大值可達(dá)最小值的12倍。大氣顆粒物質(zhì)量濃度的變化趨勢(shì)顯示出顯著的冬春季和夏秋季2種季節(jié)性特征,冬春季PM10和PM2.5的值較大,污染較為嚴(yán)重,夏秋季PM10和PM2.5的值較小,污染較輕 (圖2)。
在冬春季又以冬季污染的最為嚴(yán)重,PM2.5的日均值達(dá)到60.64 μg·m-3,主要集中在15 ~127 μg·m-3,PM10的日均值達(dá)到了 83.92 μg·m-3,主要集中在20~161 μg·m-3;在夏秋季以夏季的污染最輕,PM2.5均值僅為28.79 μg·m-3,主要集中在 13 ~68 μg·m-3,PM10的日均值僅為 50.43 μg·m-3,主要集中在 21 ~106 μg·m-3(表 1)。貴陽(yáng)市大氣顆粒物濃度冬春季高于夏秋季,與北京、上海和廣州的研究結(jié)果相一致[13-14,16]。
圖2 貴陽(yáng)市2014年3月1日至2015年2月28日的PM2.5、PM10、PM2.5/PM10及AQI的逐日變化特征Fig.2 Daily variation of PM2.5,PM10,PM2.5/PM10and AQI during from 2014-03-01 to 2015-02-28 in Guiyang(虛線為《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的質(zhì)量濃度限值)
表1 貴陽(yáng)市春、夏、秋、冬季大氣顆粒物質(zhì)量濃度及空氣質(zhì)量指數(shù)的分布Table 1 Distribution of PM2.5,PM10,PM2.5/PM10mass concentration and AQI in spring,summer,autumn and winter seasons in Guiyang
貴陽(yáng)市大氣顆粒物質(zhì)量濃度的季節(jié)性差異主要受控于氣象條件變化。由表2可知,貴陽(yáng)市夏季太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈,地表溫度較高,近10年7月份日平均最高氣溫達(dá)到28.5℃,導(dǎo)致空氣對(duì)流與湍流強(qiáng),盛行上升氣流,風(fēng)速較大,不容易形成逆溫天氣,可以促使大氣顆粒物得到有效擴(kuò)散,尤其對(duì)PM2.5擴(kuò)散影響最顯著。另外,貴陽(yáng)夏季主要受海洋氣團(tuán)影響,盛行西南季風(fēng),風(fēng)中攜帶的顆粒物含量少,而且?guī)?lái)豐沛的降水,近10年7月份平均降水總量為156 mm,降水對(duì)大氣懸浮顆粒有較好的清除效果[12],起到自然凈化空氣的作用。冬季氣溫相對(duì)最低,近10年12月份日平均最低溫度僅為4℃,抑制了空氣對(duì)流,導(dǎo)致風(fēng)速較小,且受強(qiáng)冷高壓影響,冷空氣活動(dòng)頻繁,逆溫天氣發(fā)生的頻率高且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),不利于污染物擴(kuò)散。同時(shí)冬季盛行東北風(fēng),降水稀少,近10年12月份平均總降水僅為22 mm,對(duì)PM2.5的沖刷作用不明顯[12];另外,植被繁茂程度的不同也對(duì)污染產(chǎn)生重要影響。夏季,植被最為繁茂,葉面積顯著增加,濕潤(rùn)且具有一定粗糙度的葉片有利于PM2.5的捕獲,易于PM2.5的凈化[25]。同時(shí),植物的蒸騰作用可以增加空氣濕度,降低空氣溫度,形成有利于PM2.5沉降的有利氣候條件[26]。而冬季植被凋零,在四季中對(duì)粉塵的吸附最差。貴陽(yáng)市PM2.5/PM10在夏季的均值僅為0.57,而在冬季達(dá)到0.74(表1),顯示夏季大氣中細(xì)顆粒的含量相對(duì)冬季少,印證了空氣對(duì)流、植被吸附等因素對(duì)細(xì)顆粒物稀釋、擴(kuò)散及沉降的顯著效果。
表2 貴陽(yáng)市氣象要素2000-2010年累年平均值Table 2 Mean values of meteorological elements during 2000-2010 in Guiyang
2.1.2 污染特征及超標(biāo)情況 根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,居住區(qū)、商業(yè)交通混合區(qū)、文化區(qū)、工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)為為二類環(huán)境空氣功能區(qū),PM2.5污染物 24 h平均質(zhì)量濃度限值為 75 μg·m-3,PM10污染物24 h平均質(zhì)量濃度限值為150 μg·m-3[5]。本文選取的研究區(qū)域均屬于二類環(huán)境空氣功能區(qū),大氣顆粒物的質(zhì)量濃度限值應(yīng)為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量濃度限值。貴陽(yáng)市2014年3月1日至2015年2月28日的大氣顆粒物的污染特征如圖2所示,大氣顆粒物的日均質(zhì)量濃度的變化范圍較大,最高值出現(xiàn)在2014年12月26日,PM2.5和PM10分別為127 和161 μg·m-3。在一年中 PM2.5有 35 d 超過(guò)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的24 h平均質(zhì)量濃度限值75 μg·m-3,超標(biāo)率為9.7%;PM10只有4 d超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限制,超標(biāo)率為1.1%。PM2.5的年均值為43.2 μg·m-3,超過(guò)了二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的年平均質(zhì)量濃度限值35 μg·m-3,PM10的年均值為67.3 μg·m-3,在標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量濃度限值之內(nèi),未出現(xiàn)超標(biāo)。PM2.5在春、夏、秋、冬分別有4、0、5和26 d超標(biāo),超標(biāo)率分別為4.4%、0、5.5%和29.2%;PM10超標(biāo)僅發(fā)生在春季和冬季,春季為1 d,冬季為3 d。以上研究結(jié)果揭示了貴陽(yáng)市大氣顆粒物污染最嚴(yán)重的季節(jié)是冬季,且主要是PM2.5污染,春季污染程度次之,夏季最低。貴陽(yáng)市空氣環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)AQI呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性特征:冬季最大,AQI冬季的平均值為83.6,集中分布在24~169,夏季最小,AQI的平均值為49,集中分布在23 ~93(表1)。AQI與PM2.5、PM10呈現(xiàn)出協(xié)調(diào)同步變化的特征 (圖2),說(shuō)明AQI的變化受控于PM2.5和PM10的變化,證明了影響貴陽(yáng)市空氣環(huán)境質(zhì)量的首要因素是空氣中大氣顆粒物的質(zhì)量濃度。
選取無(wú)突變天氣的時(shí)段2014年4月14-23日、7月4-13日、10月5-12日、1月22-29日的PM2.5和PM10小時(shí)質(zhì)量濃度平均數(shù)據(jù)為代表,分別研究春、夏、秋、冬四季大氣顆粒物在1 d內(nèi)的逐時(shí)變化特征,結(jié)果顯示貴陽(yáng)市四季PM2.5和PM10的日變化呈現(xiàn)出顯著差異 (圖3)。春季,PM2.5的小時(shí)均值為42.45 μg·m-3,分布范圍為37.4 ~45.6 μg·m-3。PM10的小時(shí)均值為 75.48 μg·m-3,分布范圍為 58.3 ~ 90.1 μg·m-3。PM2.5的變化較為平緩,而PM10的變化幅度較大 (圖3a)。從0:00-6:00時(shí),PM2.5和PM10的值逐漸降低,至6:00-8:00時(shí)降至最低,隨著太陽(yáng)輻射的逐漸增加,空氣溫度升高,人類活動(dòng)逐漸加強(qiáng),污染排放開(kāi)始累積[18,27],導(dǎo)致 PM2.5和 PM10的質(zhì)量濃度也隨之增加,PM2.5在12:00時(shí)增加到最大,PM10在14:00時(shí)增加到最大。午后,太陽(yáng)輻射有所減弱,但大氣及地面累積的溫度繼續(xù)升高,局部溫度差異增大,逆溫層消失,空氣流動(dòng)性增強(qiáng),導(dǎo)致大氣顆粒物的濃度緩慢降低,在16:00時(shí)降低至最小值。從16:00時(shí)開(kāi)始,由于下班高峰的到來(lái),機(jī)動(dòng)車的排放量增加,顆粒物的污染再次呈現(xiàn)逐漸攀升的趨勢(shì),到約20:00時(shí)達(dá)到了一天中的第二個(gè)峰值,之后持續(xù)下降;夏季,PM2.5的小時(shí)均值僅為 28.4 μg·m-3,分布范圍為19.50 ~24.59 μg·m-3。PM10的小時(shí)均值為 46.57 μg·m-3,分布范圍為 36.90 ~58.60 μg·m-3。PM2.5和 PM10的日均值為四季中的最小值,污染最輕 (圖3b)。從0:00-8:00時(shí),大氣顆粒物的質(zhì)量濃度逐漸降低,其中PM10降低幅度相對(duì)較大,從8:00時(shí)開(kāi)始,PM2.5和PM10逐漸增加,至約10:00時(shí)達(dá)到最大,早于春季,這與夏季太陽(yáng)輻射較強(qiáng),逆溫層遭受破壞較早,逆溫層破壞之后,空氣流動(dòng)增強(qiáng)使大氣顆粒物進(jìn)一步擴(kuò)散[14]。10:00時(shí)之后逐漸下降,約17:00時(shí)降到最低,而后開(kāi)始逐漸增加,23:00時(shí)達(dá)到最大值,這與下午下班機(jī)動(dòng)車排放的積累、夜生活排放疊加及擴(kuò)散慢等因素有關(guān),夏季第二個(gè)“峰值”出現(xiàn)的時(shí)間在四季中最晚,可能是因?yàn)橘F陽(yáng)市夏季在四季中氣候最好,夜生活持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。
圖3 貴陽(yáng)市2014-2015年度春、夏、秋、冬季大氣顆粒物質(zhì)量濃度的日變化趨勢(shì)Fig.3 Diurnal variations of PM2.5and PM10mass concentration in spring,summer,autumn and winter seasons in Guiyang
秋季,貴陽(yáng)市大氣顆粒物質(zhì)量濃度的逐時(shí)變化特征與夏季相似,不同之處為達(dá)到第一個(gè)峰值的時(shí)間為11:00時(shí),早于夏季的10:00時(shí)(圖3 c)。這與秋季太陽(yáng)輻射的減弱,逆溫層遭受破壞較夏季晚有關(guān)系。另外,PM2.5和PM10達(dá)到一天中第二個(gè)峰值的時(shí)間為22:00時(shí),早于夏季的23:00時(shí),這與秋季城市夜生活的提早結(jié)束有關(guān)系;冬季,PM2.5的小時(shí)均值為 68.39 μg·m-3,分布范圍為58.00 ~ 85.33 μg·m-3。PM10的 小 時(shí) 均 值 為93.63 μg·m-3,分布范圍為 77.13 ~ 115.96 μg·m-3。總體上PM2.5和 PM10的小時(shí)日均值均最大,表明污染最為嚴(yán)重 (圖3d)。大氣顆粒物質(zhì)量濃度的日變化與夏秋類似,也顯示出“雙峰”的變化特征。不同的是達(dá)到最值的時(shí)間有所滯后,從0:00-9:00時(shí),大氣顆粒物質(zhì)量濃度逐漸下降,至9:00時(shí)點(diǎn)下降到最低,時(shí)間為四季當(dāng)中的最晚,從9:00時(shí)開(kāi)始,大氣顆粒物質(zhì)量濃度逐漸增加,到13:00時(shí)達(dá)到最大值,比其它3個(gè)季節(jié)滯后,主要原因是冬季太陽(yáng)輻射為四季中最弱,日照開(kāi)始的時(shí)間最晚,導(dǎo)致逆溫層破壞的時(shí)間也最晚[14]。從13:00-17:00時(shí)逐漸降低,17:00時(shí)之后逐漸升高,到約22:00時(shí)達(dá)到最大。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),PM2.5和PM10在春夏秋冬四季的特征均為“雙峰”型,這與趙晨曦和陳丹青的報(bào)道相一致[13,28]。但峰值在四季出現(xiàn)的時(shí)間有所不同,第一個(gè)峰值出現(xiàn)的時(shí)間在夏季最早,在冬季最晚;第二個(gè)峰值出現(xiàn)的時(shí)間為春季最早,夏季最晚,兩個(gè)“峰值”的產(chǎn)生的時(shí)刻不同主要源于各季城市出行高峰期時(shí)間的不同,人類活動(dòng)作息時(shí)段的不同,導(dǎo)致了機(jī)動(dòng)車尾氣排放及城市道路揚(yáng)塵的差異[18,27]。
研究結(jié)果顯示了貴陽(yáng)市大氣顆粒物污染主要為PM2.5污染,因此僅研究PM2.5的空間分布特征。通過(guò)對(duì)馬鞍山、市環(huán)保站、烏當(dāng)區(qū)、花溪區(qū)、小河區(qū)、鴻邊門、冶金廳和桐木嶺8個(gè)國(guó)控點(diǎn)的PM2.5記錄進(jìn)行分析對(duì)比 (金陽(yáng)新區(qū)國(guó)控點(diǎn)因收集的數(shù)據(jù)不全,暫不進(jìn)行對(duì)比),結(jié)果顯示8個(gè)國(guó)控點(diǎn)的PM2.5具有一致的變化趨勢(shì) (圖4),均表現(xiàn)為冬春季的PM2.5值大且波動(dòng)劇烈,污染較為嚴(yán)重;秋季除兩次顯著的污染事件之外其余污染較輕;夏季在四季中的PM2.5值最小且波動(dòng)最為平緩,指示污染最小,空氣質(zhì)量最好。
8個(gè)國(guó)控點(diǎn)PM2.5日均值的分布結(jié)果 (表3)顯示:在冬季,平均污染程度的從大到小的排列順序?yàn)槭协h(huán)保站>冶金廳>花溪區(qū)>小河區(qū)>鴻邊門>馬鞍山>烏當(dāng)區(qū)>桐木嶺;在夏季,平均污染程度從大到小的排列順序?yàn)轼欉呴T>冶金廳>小河區(qū)>市環(huán)保站>花溪區(qū)>烏當(dāng)區(qū)>馬鞍山>桐木嶺。無(wú)論在冬季還是夏季,桐木嶺PM2.5的日均值均為最低,冬季和夏季分別僅為為44.81 μg·m-3和17.32 μg·m-3,烏當(dāng)區(qū)和馬鞍山的PM2.5在冬季和夏季也均較低。除冬季的花溪區(qū)外,PM2.5的污染特征均顯示出離市區(qū)越近,污染越嚴(yán)重,反之則越輕的規(guī)律。這是因?yàn)殡x市區(qū)越近,人類活動(dòng)越強(qiáng),機(jī)動(dòng)車和燃煤等人為源的排放越強(qiáng)[18,27],在相同氣象條件的情況下,較強(qiáng)的人為排放源可以增大了PM2.5的質(zhì)量濃度。花溪區(qū)在冬季PM2.5相對(duì)較高,達(dá)到了 66.83 μg·m-3,在夏季較低,PM2.5為25.19 μg·m-3,可能與花溪大學(xué)城的建設(shè)、房地產(chǎn)的過(guò)快發(fā)展引發(fā)了拆遷,植被遭受破壞,揚(yáng)塵作用增強(qiáng)且在冬季尤其突出有關(guān)[26]。與其余7個(gè)國(guó)控點(diǎn)相比較,桐木嶺站點(diǎn)的PM2.5總體上最小。這主要是因?yàn)橥┠編X位于郊區(qū),人類活動(dòng)較弱,機(jī)動(dòng)車排放和燃煤排放強(qiáng)度較低,加上良好的植被覆蓋,有利于吸附大氣中的細(xì)顆粒物,從而降低PM2.5的質(zhì)量濃度[25-26]。8 個(gè)國(guó)控點(diǎn) PM2.5一致的變化趨勢(shì)揭示了其在大氣中的質(zhì)量濃度主要受到氣象條件的控制;從郊區(qū)到市區(qū),污染逐漸加重進(jìn)一步說(shuō)明除氣象因素外,人類活動(dòng)排放和局地的地理環(huán)境是影響PM2.5質(zhì)量濃度的重要原因。
圖4 貴陽(yáng)市2014-2015年度PM2.5的空間分布特征Fig.4 Spatial distributions of PM2.5mass concentration in Guiyang during 2014-2015 year①馬鞍山;②市環(huán)保站;③烏當(dāng)區(qū);④花溪區(qū);⑤小河區(qū);⑥鴻邊門;⑦冶金廳;⑧桐木嶺
表3 貴陽(yáng)市國(guó)控空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站春、夏、秋及冬季PM2.5日平均值的分布特征Table 3 Daily mean values of PM2.5mass concentration in spring,summer,autumn and winter seasons at Monitoring sites in Guiyang μg·m-3
1)于2014年3月1日至2015年2月28日階段,貴陽(yáng)市大氣顆粒物污染以細(xì)顆粒物PM2.5污染為主,呈現(xiàn)夏秋季和冬春季2種典型的季節(jié)性污染特征,夏季污染最小,PM2.5日平均值為28.79 μg·m-3,分布在13 ~ 68 μg·m-3,冬季污染最嚴(yán)重,PM2.5日均值為60.64 μg·m-3,分布于15 ~127 μg·m-3之間;
2)根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 (GB3095-2012),PM2.5在春、夏、秋、冬各季的超標(biāo)率分別為4.4%、0%、5.5%和29.2%;
3)四季PM2.5和PM10的日變化特征均顯示出“雙峰”型分布,第一個(gè)峰值出現(xiàn)在10:00-13:00時(shí),夏季達(dá)到峰值的時(shí)間最早,冬季最晚。第二個(gè)峰值出現(xiàn)在20:00-23:00時(shí),春季最早,夏季最晚。峰值發(fā)生的時(shí)間差異與各季太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化及居民生活節(jié)拍的差異有關(guān);
4)冬季和夏季,貴陽(yáng)市PM2.5的污染特征均顯示出從市區(qū)到郊區(qū)污染逐漸減小,反之增強(qiáng)的特征。在冬季,平均污染程度的順序?yàn)槭协h(huán)保站>冶金廳>花溪區(qū)>小河區(qū)>鴻邊門>馬鞍山>烏當(dāng)區(qū)>桐木嶺。在夏季為鴻邊門>冶金廳>小河區(qū)>市環(huán)保站>花溪區(qū)>烏當(dāng)區(qū)>馬鞍山>桐木嶺;
5)氣象條件是影響貴陽(yáng)大氣顆粒物污染程度的首要原因,其次為人類活動(dòng)排放和局地環(huán)境條件。
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