兰州市大气颗粒物污染特征分析

李晓红，程慧波，2，王莉娜

1.甘肃省环境监测中心站，甘肃 兰州 730000 2.兰州大学资源环境学院，甘肃 兰州 730000

当今社会，环境问题成为了全世界瞩目的焦点问题，颗粒物污染是空气中最重要的污染物之一，中国大多数地区空气首要污染物就是颗粒物。大气颗粒物对大气环境造成诸多不良影响，并危及人体健康，减少空气中颗粒物的浓度，让人们呼吸到清洁干净的空气是环保重要任务之一[1-4]。颗粒物有人为源和自然源之分，人为源主要是燃煤、燃油、工业生产过程等人为活动排放出来的；自然源主要有土壤、扬尘、沙尘经风力的作用输送到空气中而形成的[5-10]。在最近的科学研究中, 环境空气中颗粒物的浓度已被证明是反应大气污染的一个重要因子和指示器[11-13]。兰州市大气颗粒物主要污染因子有TSP和PM10，针对2011—2012年兰州市大气颗粒物的监测数据，对兰州市大气污染颗粒物特征进行分析，为兰州市大气污染治理方案及不同季节对大气污染的防治提供科学的技术支撑。

1 数据来源及监测方法

1.1 数据来源

数据来源于国家沙尘天气影响环境空气质量监测站点兰州站监测结果，该站点位于东经103°54′36″，北纬36°2′50″。地处兰州市主导风向的下风向，监测数据能够充分反映兰州市大气颗粒物的污染情况。

1.2 仪器

TEOM 1400A PM10自动监测仪器(美国)，Thermo FH 62 C-14 TSP(美国)，Belfort Model 6000能见度仪(美国)，气象五参数仪器(美国)。

1.3 颗粒物沙尘天气分级

根据颗粒物浓度小时限值对沙尘天气的划分[14]，见表1。

表1 颗粒物浓度沙尘天气分级

2 结果与讨论

2.1 颗粒物浓度

2011、2012年颗粒物监测的统计资料见表2，从表1、表2可以看出，2011年2月25日，PM10小时浓度最大值为2.079 mg/m3，TSP小时浓度最大值为2.465 mg/m3，是2011年全年PM10和TSP小时浓度的最大值。同时，该日天气为2011年兰州市首次沙尘暴天气；2012年4月11日， PM10浓度值最高值为1.746 mg/m3，TSP最高值为2.006 mg/m3，该日天气为兰州市的扬沙天气。

表2 2011、2012年兰州市各月颗粒物浓度及能见度

2011、2012年颗粒物浓度分布见图1。可以看出，每年5—10月，是兰州市月平均小时颗粒物浓度值较低的时间段，2011年9月，PM10月平均小时浓度值为0.092 mg/m3，TSP为0.129 mg/m3，为月平均PM10小时浓度值最低月；2012年7月，PM10月平均小时浓度值为0.099 mg/m3，TSP为0.111 mg/m3，为月平均PM10小时浓度值最低月。兰州市颗粒物浓度范围的高峰在2、3、4月份和11、12月份出现。前者出现的主要原因是该时间段是春季沙尘暴的高发期，局地扬尘和远方传输过来的沙尘在大风的作用下，使颗粒物浓度升高，能见度降低；后者出现的原因是兰州市冬季燃煤以及汽车尾气的排放在静风作用下不利于污染物扩散致使空气中颗粒物浓度升高。2012年兰州市各月颗粒物平均小时浓度值(PM10和TSP)均低于2011年，这和2012年兰州市降雨量增加，气象因素有利于污染物的扩散和去除有着密切的关系。另外，也同2012年兰州市政府落实机动车尾气治理、林业生态增容减污、工业污染治理、燃煤供热锅炉治理以及扬尘污染治理等工作密切相关。

图1 2011、2012年兰州市颗粒物浓度分布

2.2 沙尘天气污染特征

2011、2012年兰州市沙尘天气主要发生在2—4月、3—4月。2011—2012年沙尘天气发生情况见表3。

表3 兰州市沙尘天气发生情况

沙尘天气污染具有以下特征：1)季节性强，以3、4月出现的频率最高; 发生时间具有随机性，在某一天的各个时间段都有可能发生；天气影响特征明显，常伴有大风， 与天气过程直接相联系。2)沙尘天气具有连续性，常出现连续几天的重污染日；在沙尘天气发生重污染日PM10浓度在总悬浮颗粒物颗粒物(TSP)中的含量很高，如2011年2月26日0：00—5：00，PM10在TSP中的含量达到了80%左右。3)沙尘天气表现形式多样，大多数严重沙尘天气发生时候伴随有大风，但也有在较稳定的天气条件下发生的。2011年2月26日发生的沙尘天气伴随有大风发生，2012年4月27日发生的沙尘天气未伴有大风发生。4)浓度值高，在2011年和2012年发生沙尘天气期间，PM10浓度值高， PM10最大浓度超标倍数均在超过国家环境空气质量二级标准10倍左右。

2.3 PM10在TSP中所占比例

现今，空气污染对健康影响的焦点是大气颗粒物，PM10在环境空气中持续的时间很长，对人体健康和大气能见度影响都很大。一些颗粒物来自污染源的直接排放，比如燃煤燃油工业锅炉、饮食业油烟排放以及车辆尾气排放，另一些则是由环境空气中硫的氧化物、氮氧化物、挥发性有机化合物及其它化合物互相作用形成的细小颗粒物。该文通过对2011年和2010年兰州市颗粒物的连续监测，针对PM10在TSP中所占比例选取不同时段的典型时间段的监测数据进行分析说明，如表4所示。在沙尘天气发生的典型时段(2011年2月26日、3月13日和2012年3月15日、4月11日)PM10在TSP中的比重相对偏高；而夏秋季节的典型时段(2011年6月14日、2012年10月27日)PM10在TSP中的比重相对偏低。这是因为当沙尘天气发生时，TSP颗粒物因为重力作用自然沉降，而空气中PM10颗粒物因干燥的自然环境悬浮于环境空气中久久未能散去，此时，可吸入颗粒物PM10占环境空气颗粒物的主要成分，PM10在TSP中占有很大比例；在夏秋季节，兰州市环境空气质量状况相对较好，颗粒物小时浓度值整体偏低，颗粒物成分主要以动力学当量直径在10～100 μm之间的颗粒物为主，因此PM10在TSP中的含量较低。

表4 典型时间段PM10在TSP中的比重

续表4

时间2011-02-262011-03-132011-06-142012-03-152012-04-112012-10-2712:0089.0585.0021.2479.0078.7756.7313:0087.6080.6935.7798.1371.4947.9514:0079.3274.2736.4494.2261.6653.4215:0092.0390.5051.2584.9775.9365.7916:0083.7293.9141.8490.3165.0963.2417:0084.0967.8344.7193.0437.9864.5718:0082.9880.8252.1693.4253.0966.3019:0081.8578.3955.4194.9578.5768.1620:0079.7752.6724.4493.1961.2455.2121:0085.7861.3711.6293.9672.8256.6622:0089.2252.5012.8483.4777.3547.0723:0090.0059.3317.3782.2277.6758.58

3 结论

兰州市颗粒物浓度的峰值出现在2—4月，TSP浓度最大值可达到2.465 mg/m3，PM10最大值可达到2.079 mg/m3，2012年PM10和TSP平均浓度值均低于2011年，大气颗粒物环境质量状况明显改善。在春季沙尘天气发生时，PM10在TSP中的含量比较高，其他季节PM10在TSP中的含量较低，每年的11月份前后颗粒物月平均浓度出现了最高值。

兰州市颗粒物污染的季节性强，以3、4月出现的频率最高，发生时间具有随机性。因春季沙尘天气的发生，往往会伴随大风等天气不稳定的天气现象，表明了大气环境中PM10浓度的高低和风速有着密切的相关关系。

沙尘天气具有连续性, 常出现连续几天的重污染日，在沙尘天气发生重污染日PM10浓度值很高。每年的11月份以后颗粒物月平均浓度小时值出现了高值，表明居民采暖期以及冬季逆温效应致使颗粒物浓度持续保持在一个高值，环境空气质量低于二级标准。

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