江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心 汪琦，袁琦，秦艷紅，徐政，秦瑋

隨著工農(nóng)業(yè)發(fā)展、城市化進(jìn)程加快及大量化石燃料的使用，我國大氣污染問題仍較為突出，尤其是細(xì)顆粒物(PM2.5)，已成為當(dāng)前影響我國空氣質(zhì)量的重要因素。根據(jù)我國生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中國生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》，2019年我國 337個地級及以上城市發(fā)生重度及以上污染 1849 天次，以 PM2.5為首要污染物的天數(shù)占重度及以上污染天數(shù)的比例高達(dá) 78.8%。研究表明，PM2.5對生態(tài)環(huán)境、氣候變化和人體健康等均存在較大的負(fù)面影響[1-4]，水溶性離子、含碳?xì)馊苣z（一般分為：有機(jī)碳OC和元素碳EC）、無機(jī)元素是PM2.5的主要組成部分，水溶性離子中的硫酸鹽和硝酸鹽具有較強(qiáng)消光效應(yīng)，會導(dǎo)致大氣能見度降低，導(dǎo)致霧霾天氣發(fā)生；OC中含有多種致癌物質(zhì),可對人體健康造成極大危害、EC具有較強(qiáng)的吸收特性,會吸收太陽輻射,加熱大氣,影響大氣能見度甚至全球氣候變化。此外，PM2.5中的一些重金屬元素，盡管含量較低，但是對環(huán)境危害極大。因此，研究PM2.5及其化學(xué)組分特征對于大氣污染成因分析和大氣污染控制意義重大

江蘇省是我國東部經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、人口密集，同時大氣污染問題較為嚴(yán)重的地區(qū)。近年來，許多學(xué)者對江蘇省內(nèi)PM2.5及其主要化學(xué)組分進(jìn)行過相關(guān)研究[5-6]，這些研究主要集中在南京、蘇州等部分大城市，缺乏對省級尺度的系統(tǒng)分析。本文基于江蘇省8個典型城市空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站點(diǎn)的常規(guī)參數(shù)逐時數(shù)據(jù)、超級站顆粒物在線數(shù)據(jù)，對省內(nèi)PM2.5及其主要化學(xué)組分的污染特征進(jìn)行系統(tǒng)分析，以期為制定更有針對性的大氣污染防治政策提供參考。

一、數(shù)據(jù)與方法

本文選取江蘇省徐州、連云港、南通、鎮(zhèn)江、常州、無錫及蘇州8個典型城市為研究對象，對2020年1-10月空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)及顆粒物組分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行研究。基于常規(guī)六參數(shù)、氣象五參數(shù)和顆粒物特征組分?jǐn)?shù)據(jù)，對分析時段的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行初審和復(fù)審，確保研究數(shù)據(jù)質(zhì)量的可靠性。

顆粒物源解析技術(shù)是對大氣環(huán)境中顆粒物的來源進(jìn)行定性或定量研究的技術(shù)，是顆粒物污染防治工作中所應(yīng)用的重要技術(shù)手段，可以全面地建立顆粒物源排放和大氣環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)系。利用源解析的結(jié)果指導(dǎo)顆粒物污染治理工作，可以提高污染物治理工作的科學(xué)性、合理性和針對性。隨著源解析研究的深入發(fā)展和相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，當(dāng)前顆粒物來源解析方法主要分為排放清單法、擴(kuò)散模型和受體模型三大類。

本文基于受體點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)，主要采用PMF受體模型對江蘇省顆粒物的來源結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析。

二、結(jié)果與分析

（一）PM2.5濃度變化特征分析

圖1為2020年1-10月江蘇省各城市PM2.5月均濃度分布情況。由圖可以看出，不同月份各城市PM2.5的質(zhì)量濃度波動較為明顯，冬季（1-2月）PM2.5濃度值普遍較高，夏季（6-8月）PM2.5濃度值最低。同時，空間分布也較為明顯，徐州、宿遷等蘇北地區(qū)PM2.5濃度明顯高于其他城市，蘇州、無錫、南京等蘇南地區(qū)PM2.5濃度處于較低水平。同時，東部沿海地區(qū)PM2.5濃度要低于西部地區(qū)，這種空間分布差異與當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、工業(yè)布局、氣象條件等因素關(guān)系密切。

（二）PM2.5主要化學(xué)組分分析

分析江蘇省8個城市的PM2.5的化學(xué)組成以及各組分濃度累積情況可知，1-10月各組分平均累積濃度范圍在27.11μg/m3-48.25μg/m3之間，其中徐州的濃度最大，其次是南京、常州和無錫，除鎮(zhèn)江外，蘇州的濃度最小。從組成上看，各城市均以水溶性離子為主，尤其是連云港，水溶性離子占比變化范圍為60.0%（蘇州）-73.7%（連云港）；其次均為OM，占比從21.1%（常州）-33.4%（蘇州）；EC以及無機(jī)元素占比變化范圍分別為2.4%（徐州）-6.3%（常州）和2.0%（蘇州）-5.1%（徐州）。各城市水溶性離子在不同季節(jié)均為PM2.5的主要組分，且呈現(xiàn)冬季大于春、夏、秋季的特征，除鎮(zhèn)江外其次均為OM，OM季節(jié)特征不顯著，無錫秋季以及蘇州秋季OM占比較大，分別為61.6%和45.4%。

進(jìn)一步探究二次有機(jī)氣溶膠的分布特征，徐州和無錫不同月份之間SOC濃度波動較大，徐州1月和2月份SOC濃度突出，占累計(jì)濃度的比值分別為63.6%和72.1%，蘇州4月份SOC占比顯著高于其他月份，達(dá)97.0%，光化學(xué)反應(yīng)劇烈。連云港和常州1-2月的POC相較于其他月份明顯上升，特別是2月時連云港的POC濃度超過了SOC，占比為56.3%，南通和南京POC濃度較為穩(wěn)定。

2020年1-10月4城市無機(jī)元素總濃度均值為1.52μg/m3。其中徐州的無機(jī)元素總體濃度最高，蘇州最低（徐州和蘇州均缺測地殼元素重要組分Al和Si，可能導(dǎo)致其總體濃度偏低）。其中徐州市Cu元素濃度水平最高，F(xiàn)e和Zn相較于其他城市也處于較高水平，這與徐州的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有關(guān)，徐州礦產(chǎn)資源豐富，是我國重要的工業(yè)基地之一，轄區(qū)內(nèi)有多家大型鋼鐵機(jī)械加工企業(yè)。南京和無錫濃度較高的元素種類均為Al、Si和Fe，主要來自土壤源。蘇州（Al和Si缺測）濃度較高的元素僅為Fe。

4城市無機(jī)元素濃度均在春季達(dá)到最高值，與春季沙塵天頻發(fā)，地殼元素等物種濃度較高有關(guān)。徐州市無機(jī)元素中以Fe和Cu為主要組分，F(xiàn)e和Sn濃度在春冬季明顯升高，Cu濃度較為穩(wěn)定；南京和無錫主要組分為Fe、Al和Si；蘇州主要組分為Fe。

（三）PM2.5來源分析

分析江蘇省碳質(zhì)氣溶膠的主要來源，結(jié)果表明：徐州冬季的碳質(zhì)氣溶膠主要來源于燃煤排放，其他季節(jié)還包含少量移動源排放和生物質(zhì)燃燒排放；連云港、南通、南京、無錫及蘇州碳質(zhì)氣溶膠的主要來源均為移動源排放和燃煤排放；常州碳質(zhì)氣溶膠主要來源于移動源排放，燃煤排放較少。

借助NO3-和SO42-的質(zhì)量比來判斷環(huán)境大氣中N、S固定排放源和移動排放源的相對重要性，所有城市的NO3-/SO42-質(zhì)量比均大于1，表明這些城市機(jī)動車相比固定源對NO2和SO2有更高的貢獻(xiàn)。其中連云港N/S值最高，這與其擁有連云港港這一江蘇最大海港或有直接關(guān)系，輪船及港口作業(yè)機(jī)械燃料多為柴油，使用過程中會產(chǎn)生明顯的氮氧化物排放。

借助金屬元素之間的相關(guān)性判定其主要來源，發(fā)現(xiàn)徐州Cu、Ni、Co和Zn相關(guān)性顯著，Mn和V相關(guān)性較高，均指向工業(yè)排放，F(xiàn)e和Ti之間相關(guān)顯著，共同來自土壤源。南京Mn、Fe、Cr和Ni相關(guān)性較高，可能來自冶金工業(yè)，F(xiàn)e、Si、Ti和Se有明顯的相關(guān)性，均主要來自土壤揚(yáng)塵。無錫Hg與Ni、Cu、Au、Zn、Pb等元素相關(guān)性顯著，表明工業(yè)排放是這些組分的主要來源，F(xiàn)e、Mn、Cr和Ni具有良好的相關(guān)性，可能來自鋼鐵冶煉。蘇州Fe、Mn、Cr和Ni之間相關(guān)性較好，均主要來自鋼鐵冶煉。

三、結(jié)束語

江蘇省不同月份PM2.5的質(zhì)量濃度波動較為明顯，冬季（1-2月）PM2.5濃度值較高，夏季（6-8月）PM2.5濃度值最低。PM2.5濃度空間分布特征明顯，蘇北地區(qū)PM2.5濃度高于蘇南地區(qū)，西部地區(qū)PM2.5濃度高于東部地區(qū)。蘇州、無錫、南京PM2.5濃度處于較低水平。冬季，徐州碳質(zhì)氣溶膠的主要來源為燃煤排放，連云港、南通、南京、無錫及蘇州主要來源均為移動源排放和燃煤排放。

相關(guān)鏈接

細(xì)顆粒物又稱細(xì)粒、細(xì)顆粒、PM2.5。細(xì)顆粒物指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的顆粒物。它能較長時間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴(yán)重。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣質(zhì)量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。

2013年2月，全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會將PM2.5的中文名稱命名為細(xì)顆粒物。細(xì)顆粒物的化學(xué)成分主要包括有機(jī)碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、鈉鹽（Na+）等。

顆粒物的成分很復(fù)雜，主要取決于其來源。主要有自然源和人為源兩種，但危害較大的是后者。在學(xué)術(shù)界的分為一次氣溶膠（Primary aerosol）和二次氣溶膠（Secondary aerosol）兩種。

自然源包括土壤揚(yáng)塵（含有氧化物礦物和其他成分）海鹽（顆粒物的第二大來源，其組成與海水的成分類似）、植物花粉、孢子、細(xì)菌等。自然界中的災(zāi)害事件，如火山爆發(fā)向大氣中排放了大量的火山灰，森林大火或裸露的煤原大火及塵暴事件都會將大量細(xì)顆粒物輸送到大氣層中。