＊孫丹 司堯迪 韓周洋

（江蘇省宿遷環(huán)境監(jiān)測中心 江蘇 223800）

引言

2019年，蘇皖魯豫交界區(qū)22城市PM2.5平均濃度為52μg/m3，超出全國平均水平0.43倍，已成為全國PM2.5污染最為嚴重的區(qū)域之一；由于緊鄰京津冀及周邊城市以及長三角地區(qū)，更是具有典型的區(qū)域性污染特征和明顯的傳輸影響[1]。宿遷市作為蘇皖魯豫交界城市，2020年P(guān)M2.5濃度降至45μg/m3，較2015年改善22.4%，但仍未達環(huán)境空氣質(zhì)量二級標準的年均限值要求，且改善幅度逐年縮小。宿遷市PM2.5濃度進一步壓降困難較大，整體大氣污染防治工作已進入深水區(qū)，下一步工作將面臨更多障礙和挑戰(zhàn)。

為幫助地方深入開展大氣污染防治，有效應(yīng)對污染過程，實現(xiàn)PM2.5濃度的持續(xù)下降，使用科學(xué)的源解析方法識別PM2.5來源是問題關(guān)鍵。單顆粒氣溶膠質(zhì)譜法（SPAMS）時間分辨率高，針對不同類型顆粒物質(zhì)譜信息豐富，便于開展常態(tài)化的源解析研究[2]。目前已有多個城市開展了在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜法（SPAMS）源解析研究，將PM2.5主要來源分為機動車尾氣源、燃煤源、工業(yè)工藝源、揚塵源、生物質(zhì)燃燒源等[3-4]。本文基于SPAMS對宿遷市污染期間PM2.5進行采樣分析，幫助找出該地區(qū)污染期間細顆粒物主要來源以及影響因素，以期為宿遷市大氣精細化管控提供有力依據(jù)。

1.數(shù)據(jù)和方法

(1)數(shù)據(jù)來源

大氣常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于宿遷市大氣國控站點2020年12月10日-13日期間的小時監(jiān)測數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)來源于宿遷市大氣國控站點氣象五參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及標準氣象站監(jiān)測數(shù)據(jù)。

(2)樣品采集

采樣點位位于宿遷市宿遷學(xué)院大氣國控站點，該站點南側(cè)為交通干道北京路，東南側(cè)有宿豫高新區(qū)等工業(yè)園區(qū)。采樣時間為2020年12月10日-13日。采用禾信在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀進行樣品連續(xù)采集以及實時在線分析。

(3)方法原理

禾信在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀主要分為進樣系統(tǒng)、測徑系統(tǒng)、電離系統(tǒng)和飛行時間質(zhì)量分析系統(tǒng)。主要工作原理為[5]，大氣顆粒物經(jīng)切割頭切割后進入真空系統(tǒng)，經(jīng)激光電離成正負離子，飛行時間質(zhì)量分析系統(tǒng)分析化學(xué)組成，再利用自適應(yīng)共振神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類法開展分類分析。

2.空氣質(zhì)量分析

根據(jù)2020年12月10日-13日期間的大氣常規(guī)六參數(shù)數(shù)據(jù)分析，宿遷市累計出現(xiàn)1天輕度污染，2天中度污染，1天重度污染，首要污染物為PM2.5。監(jiān)測期間濃度均值為141μg/m3，整體均處于持續(xù)污染狀態(tài)，小時濃度變化趨勢如圖1所示，峰值為222μg/m3，出現(xiàn)在12月12日5時。

圖1 采樣期間PM2.5小時濃度及污染等級變化

3.監(jiān)測結(jié)果分析

(1)PM2.5成分分析

①數(shù)量及質(zhì)譜信息

2020年12月10日-13日，儀器累計采集到194.4萬個具有測徑信息的顆粒物（SIZE），其中14.0萬個顆粒同時有正、負譜圖的顆粒（MASS）。期間采集的顆粒物平均質(zhì)譜圖如圖2所示，正譜圖中以C3+、K+等特征信號為主，負譜圖中以NO2-、NO3-、HSO4-等特征信號為主。

圖2 采樣期間顆粒物正、負質(zhì)譜圖

②PM2.5組分分類

使用自適應(yīng)共振神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法（Art-2a）對整體顆粒物進行了組分分類[6]，分類過程中使用的分類參數(shù)為：相似度0.75，學(xué)習(xí)效率0.05。考慮到盡量包含大氣顆粒物中的主要組分，有效幫助顆粒物的溯源的需求，顆粒物進行分類再合并后，確定了10種組分，其占比分別為：元素碳（50.3%）、有機碳（17.7%）、混合碳（10.2%）、礦物質(zhì)（7.0%）、重金屬（6.0%）、富鉀（5.7%）、左旋葡聚糖（2.0%）、高分子有機物（0.6%）、富鈉（0.4%）、其它（0.1%）。

③不同污染等級成分分布

基于SPAMS高時間分辨率的特性，結(jié)合細顆粒物數(shù)據(jù)，可以得到不同污染等級下顆粒物組分構(gòu)成，詳細變化情況如表1所示。根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量等級標準[7-8]，將PM2.5≤75μg/m3劃分為優(yōu)良、75μg/m3＜PM2.5≤115μg/m3劃分為輕度污染、115μg/m3＜PM2.5≤150μg/m3劃分為中度污染、150μg/m3＜PM2.5≤250μg/m3劃分為重度污染、250μg/m3＜PM2.5劃分為嚴重污染。

表1 不同污染等級組分比例統(tǒng)計

環(huán)境空氣質(zhì)量從優(yōu)至輕度污染過程中，PM2.5質(zhì)量濃度由30μg/m3升至97μg/m3，期間元素碳顆粒占比變化最大，由20.7%升至49.6%，顆粒物數(shù)濃度從165個/小時上升至1194個/小時，重金屬顆粒占比從3.8%上升至8.0%，顆粒物數(shù)濃度從30個/小時上升至194個/小時。

在輕度至中度污染過程中，PM2.5濃度從97μg/m3上升至140μg/m3，期間元素碳顆粒占比從49.6%上升至53.7%，顆粒物數(shù)濃度從1194個/小時上升至1050個/小時，混合碳顆粒占比從8.9%上升至9.9%，顆粒物數(shù)濃度從215個/小時上升至194個/小時。

從中度至重度污染過程中，PM2.5質(zhì)量濃度由140μg/m3升至193μg/m3，期間有機碳顆粒占比從15.2%上升至17.3%，顆粒物數(shù)濃度從298個/小時上升至348個/小時；富鉀顆粒占比從5.0%上升至6.3%，顆粒物數(shù)濃度從98個/小時升至128個/小時。

整體而言，采樣期間元素碳顆粒、有機碳顆粒、混合碳顆粒、富鉀顆粒、重金屬顆粒的增多是PM2.5濃度上升的主要影響因素。

(2)PM2.5來源分析

①采樣期間PM2.5來源解析

根據(jù)《大氣顆粒物來源解析技術(shù)指南》要求，結(jié)合分析結(jié)果，考慮宿遷市能源利用結(jié)構(gòu)以及污普數(shù)據(jù)對二次無機源進行再分擔(dān)，將宿遷市PM2.5污染來源分為7大類，如表2所示。采樣期間細顆粒物污染來源主要為機動車尾氣源（41.0%）、燃煤源（18.3%）、工業(yè)工藝源（14.5%）、其它（14.0%）、揚塵源（6.7%）、生物質(zhì)燃燒源（3.0%）、餐飲源（2.5%）。

表2 PM2.5來源分類

結(jié)合細顆粒物小時濃度，分析污染源構(gòu)成的逐時變化趨勢。由圖3可以看出，整體監(jiān)測期間幾乎均處于污染過程，以機動車尾氣源、燃煤源和工業(yè)工藝源為主的主要污染源顆粒物均明顯積聚。根據(jù)氣象資料，采樣期間宿遷市相對濕度較大；整體受均壓場控制，如圖4所示，水平擴散條件較差；根據(jù)徐州探空數(shù)據(jù)，還有明顯的貼地逆溫，垂直擴散條件也較差?？梢姼邼?、靜穩(wěn)、逆溫等不利擴散條件下污染物的積聚是污染主要成因。

圖3 源解析結(jié)果小時變化趨勢圖

圖4 12月11-12日徐州探空數(shù)據(jù)

②不同污染等級來源解析

環(huán)境空氣質(zhì)量從優(yōu)至輕度污染的過程中，PM2.5質(zhì)量濃度均值從30μg/m3上升至97μg/m3，期間機動車尾氣源占比從24.1%上升至39.6%，顆粒物數(shù)濃度從193個/小時上升至954個/小時，工業(yè)工藝源占比從11.5%上升至17.0%。

輕度污染到中度污染過程中，PM2.5質(zhì)量濃度均值從97μg/m3上升至140μg/m3，期間機動車尾氣源占比從39.6%上升至43.5%，顆粒物數(shù)濃度從954個/小時上升至851個/小時。

中度污染到重度污染過程中，PM2.5質(zhì)量濃度均值從140μg/m3上升至193μg/m3，期間燃煤源占比從17.0%上升至18.7%，顆粒物數(shù)濃度從332個/小時上升至377個/小時。

總體來看，監(jiān)測期間PM2.5的上升主要受機動車尾氣源、燃煤源、工業(yè)工藝源等主要污染源增多的影響。

表3 不同污染程度各污染源貢獻率統(tǒng)計

續(xù)表

4.結(jié)論

（1）監(jiān)測期間整體基本處于持續(xù)污染過程中，細顆粒物質(zhì)量濃度均值為141μg/m3。（2）PM2.5主要組分構(gòu)成為元素碳（50.3%）、有機碳（17.7%）、混合碳（10.2%）、礦物質(zhì)（7.0%）。細顆粒物等級上升過程主要受元素碳顆粒、有機碳顆粒、混合碳顆粒、富鉀顆粒、重金屬顆粒增多的影響。（3）來源主要為機動車尾氣源（41.0%）、燃煤源（18.3%）、工業(yè)工藝源（14.5%）、其它（14.0%）、揚塵源（6.7%）、生物質(zhì)燃燒源（3.0%）、餐飲源（2.5%）。上升過程主要受機動車尾氣源、燃煤源、工業(yè)工藝源增多的影響。（4）高濕、靜穩(wěn)、逆溫等不利擴散條件下污染物的積聚是污染主要成因，此外偏西北風(fēng)主導(dǎo)下北方污染物區(qū)域傳輸?shù)挠绊懸膊蝗莺鲆暋?/p>