引言
颗粒物污染是导致中国多数城市空气污染的首要因素[1-2],尤其是小颗粒物(PM10和PM2.5) 因其粒径较小和比表面积较大,更容易富集有毒物质,比大颗粒物(TSP)具有更大的危害[3-4]。近年来国内外对中国大气PM10浓度所进行的一系列的试验和监测结果表明[5-6]。城市PM10污染有加剧的趋势。通过研究分析济宁市近3年采暖期和非采暖期内PM10的浓度以及PM10与气象条件的关系,力图反映出济宁市PM10的污染状况和影响PM10浓度的主要因素,为整体衡量济宁市PM10的污染状况提供理论支持,为空气质量预报、防治大气污染提供理论依据。
1 研究区域和数据来源
济宁市位于山东省南部,地处苏鲁豫皖四省结合部,属鲁南泰沂低山丘陵与鲁西南黄淮海平原交接地带,是山东省经济发展最快的地区之一。随着经济的发展,城市化、工业化发展迅猛,机动车拥有量、建筑工地扬尘量和工业耗煤量、工业废气排放量都在不断增加,使该地区具有典型的煤烟型污染特征[7-9],大气污染状况越来越严重。同时,中心城区面积101.3 km2、人口为93.6万人,人口密度为9240人/ km2[10]。这样人口密集的地区,空气质量特别值得关注。
20102012年PM10的观测资料由济宁市环境监测中心提供、同期气象资料由济宁国家气象观测站提供。同时规定10月次年3月为采暖期,49月为非采暖期[11]。
2 采暖期和非采暖期的PM10分布特征
2.1 PM10的月变化特征
根据2010年1月2012年12月PM10的日平均监测数据,计算出PM10日平均浓度的月平均值;图l为PM10月平均浓度分布状况。PM10浓度最大值出现在12月份,为0.120 mg/m3,其次是1月份,为0.118 mg/m3;最小值出现在6月份,为0.081mg/m3,年平均浓度为0.103 mg/m3。其中,10月次年3月(采暖期)的月平均浓度为0.111mg/m3,49月(非采暖期)的月平均浓度为0.091mg/m3。采暖期的平均浓度整体大于非采暖期。其原因是冬季的太阳辐射弱,气温、气压低,降雨量小,大气稳定度好,不易对流,颗粒物的扩散困难,并且冬季采暖燃料的使用量大,其中最典型的就是12月和1月,这段时间气温较低,用于居民采暖的燃煤量比较大,PM10的浓度水平达到最高,而到了春季气温相对略高,燃料的使用量也相对减少,PM10的浓度有所降低。在非采暖期PM10的月平均浓度整体变小,这是因为太阳辐射逐渐增强,温度和气压升高,降雨逐渐增多,大气不稳定,容易发生对流,颗粒物较易扩散。
3 PM10浓度与气象要素的关系
气象因子是影响PM10质量浓度水平的重要因素之一。由于受多种气象因子的综合影响以及各气象因子之间的相互作用,PM10浓度与气象条件的关系比较复杂。
3.1 风与PM10浓度的关系
风是边界层内影响污染物扩散的重要动力因子,其中风向决定PM10的输送方向,风速则决定PM10浓度的扩散速度。特别是低层(200m以下)风速、风向的变化直接影响PM10浓度的聚散及各处的浓度分布。济宁不仅有大气候背景的盛行风,即春季最多风向为S风,夏季为SW风,秋季为E风,冬季为N风,也有热岛环流,城市内部还受高楼风、街道风等局地环流的影响。
经统计2010-2012年平均风速资料和相应的PM10浓度资料,得到图3,由图可以看出,PM10浓度与风速呈现出较好的反相关,即风速越大,污染物浓度越小,相关系数达到0.97;但风速达到4m/s时, PM10与风速呈正相关,相关系数为0.89,两者均通过了信度为0.05的显著性检验。原因为大风可以引起二次扬尘增加了空气中颗粒物的含量。济宁采暖期的平均静风频率为11%,比非采暖期的6%高出5%,这也是济宁市在采暖期PM10污染较为严重的一个原因。
4 小结
(1) PM10在采暖期的月平均浓度(0.111mg/m3)整体大于非采暖期的月平均浓(0.091mg/m3),且日变化有明显的双峰型规律,在采暖期PM10浓度07时以后开始加重,0910时出现第一个峰值,12时以后污染减轻,1317时出现低谷,2021时出现第二个峰值。在非采暖期PM10浓度的两个峰值出现时间和采暖期相比,早晨提前3h,晚上推迟1~2h。
(2) PM10浓度与 4m/s 以下的风速呈现出较好的反相关,即风速越大,PM10浓度越小,但当风速达到 4m/s时, PM10与风速呈正相关;PM10的浓度与相对湿度呈显著的正相关,其浓度的最大值出现在 80%~90%区间;PM10浓度随热岛强度的增加而增加。