北京地區降塵季節特點及測定條件研究

陸皓昀，劉保獻，沈秀娥，安欣欣，馬騰飛，張 章，劉兆瑩

（1. 北京市生態環境監測中心，北京 100048；2. 大氣顆粒物監測技術北京市重點實驗室，北京 100048）

降塵量的變化容易受到季節、地理位置、自然環境條件、排放狀況和氣象因素的制約。大氣降塵在一定程度上指示著大氣污染的程度，大氣降塵量的變化可作為評價空氣質量優劣的一個重要指標。降塵沉降量、化學組成和各成分含量能夠反映大氣環境質量、組分特征和物理形態特征，可進一步用于污染物源解析分析[1?5]。因此近年來，降塵監測越來越受到生態環境監測部門的重視。由于降塵污染較難從法律角度給予確切定義并執行污染程度的劃分，所以世界各國或地區使用的降塵標準多為推薦標準而非強制標準。不同地區的標準主要集中在5～10 t/km2·30 d，這一濃度范圍分別代表最佳的期望值（即宜人環境）和城市的中等水平（即最大可接受程度）[6]。

我國幅員遼闊，不同城市的降塵特點受地域影響有顯著的差異。武漢等典型中部內陸城市的春季降塵污染最重，秋、冬季的降塵污染相對較輕[7]。烏魯木齊等典型的西北部城市的春季降塵污染最重，夏季降塵污染最輕，而集中采暖使得秋、冬季的降塵污染也較高[8]。新疆伊寧雖然與烏魯木齊是西北部城市，但其近年來夏季降塵污染最重，其次為春季，冬季則因積極的城市管理污染最輕[9]。鎮江等典型的南方長江中下游城市，降塵特點是夏高冬低，但季節性差異小，其主要來源是本地源[10]。

本研究通過對北京地區降塵季節性特點進行分析，根據城市特點，為本地降塵監測、管理提供了具有季節針對性的管理手段。

1 實驗部分

1.1 降塵樣品采集及測定方法原理

對降塵樣品采集及測定采用了我國降塵現行的國標方法，即《環境空氣 降塵的測定 重量法:GB/T 15265—94》[11]。標準規定了采用乙二醇水溶液做收集液的濕法采樣方法，用重量法測定環境空氣中的降塵。其方法檢出限為0.2 t/km2·30 d。

1.2 主要儀器及試劑

D350-D 型石墨電熱板、DHG-9053A 型電熱鼓風干燥箱、3-550PD 型馬弗爐、集塵缸、瓷坩堝、乙二醇（優級純）和蒸餾水。

2 結果與討論

2.1 北京市降塵污染變化規律

點位布設與采集方式：北京的西城、東城、朝陽、昌平、海淀、石景山、順義、懷柔、豐臺、門頭溝、房山、通州、大興、平谷、密云和延慶等16 個區，共布設了33 個點采樣點。每個采樣點選用雙缸平行方式采樣，每月采集1 次，見圖1。

圖1 2018～2020 年北京市降塵量變化規律

圖1 可知，北京市降塵量2019 年（5.6 t/km2·30 d）比2018 年（7.5 t/km2·30 d）下降了25.3%，2020 年（5.0 t/km2·30 d）比2019 年（5.6 t/km2·30 d）下降了10.7%，呈現整體下降趨勢。2018、2019 和2020 年的全年降塵量最低時期分別為11、12 和1 月，均處于冬季。2018、2019 和2020 年的全年降塵量最高時期為4 和5 月，均處于春季。

從逐月降塵量可知，2020 年5 月（12.2 t/km2·30 d）較2019 年5 月（8.6 t/km2·30 d）顯著增高41.8%，2020 年10 月（ 4.3 t/km2·30 d） 較2019 年10 月（3.1 t/km2·30 d）顯著增高38.7%。2020 年5 月和10 月的特點是比前一年同期有更大規模的沙塵。

2.2 北京市春季降塵的特點及測定條件

近年北京春季（3～5 月）季節特點是大風沙塵頻發，而北京地區其他季節沙塵發生的頻率和程度較小。如2019 年，北京市全年共發生13 次顯著沙塵天氣，其中春季沙塵7 次，占比53.8%；而2020年，北京市全年共發生11 次顯著沙塵天氣，其中春季沙塵6 次，占比54.5%，且春季沙塵的規模遠超其他月份。

在2020 年4 月，實驗組對通州東關、東城東四和延慶石河營進行了每日連續降塵監測，對北京市春季影響降塵量的因素進行了進一步研究，見圖2。

圖2 沙塵對降塵量的影響

圖2 可知，沙塵過境是造成北京春季降塵量顯著增高的主要因素。如果遇到大規模施工，施工期間降塵量也會明顯提高。

2020 年4～5 月，實驗組在通州東關、東城東四和延慶石河營3 點進行了沙塵過程單獨采樣，與當月降塵樣品進行了比較研究，見表1。

表1 大風沙塵過境對北京市降塵污染的影響

表1 可知，沙塵過程對當月沙塵貢獻率很大。在2020 年4～5 月的沙塵高峰期，當月沙塵期貢獻率均＞50%。

2019 年3 月和6 月，實驗組選取四季青、大興朱莊2 個監測點進行了沙塵期及非沙塵期、不同高度采樣點的比對研究，其中大興朱莊點位的特點為周圍裸地面積大，四季青點位的特點為周圍道路交通密集，見表2。

表2 同地理環境、不同高度的采樣點在風沙期、非風沙期的差異

表2 可知，四季青監測點，沙塵期的2019 年3 月，1～11 m 不同高度點的月均降塵量沒有顯著差異；非沙塵期的2019 年6 月，1～11 m 不同高度點的月均降塵量沒有顯著差異。大興朱莊監測點，沙塵期的2019 年3 月，1～11 m 不同高度點的月均降塵量，隨采樣高度的逐步升高而逐步降低；非沙塵期的2019 年6 月，1～11 m 不同高度點的月均降塵量沒有顯著差異。分析其主要原因是大風沙塵期間，二次揚塵將造成周圍裸地面積較大且高度較低點位的降塵量顯著增高。因此，整體上減少裸地面積、加強對裸地地區的清潔，可以減少大風沙塵期降塵中的揚塵污染。

2.3 北京市夏、秋季降塵的特點及測定條件

北京夏、秋季降塵特點是樣品缸內的異物相對其他季節更多，其主要的異物種類是植物類、蟲類和鳥類。這主要是因為北京夏、秋季動植物活動非常旺盛。國標要求在測定前將缸中的異物挑揀排除，但有些種類的異物會溶解于乙二醇水溶液中無法通過挑揀剔除，動植物類的異物在降塵缸中時間保留越久，對降塵樣品的污染程度越大，見表3。

實驗組選取車公莊20 m 高度的樓頂采樣點，利用干燥少雨、動植物活動較少的2018 年12 月采集樣品，研究了本底試劑中蒸餾水加入量對降塵樣品的影響。表3 可知，蒸餾水本身的加入對降塵總量的影響很小。實驗組在落葉較多的2019 年7 月進行了腐葉影響條件實驗。實驗加入相同重量的梧桐落葉，將降塵缸置于室內以剔除其他外界條件的干擾，以此分析腐葉對降塵樣品的影響，見表4。

表3 降塵蒸餾水影響條件實驗

表4 降塵腐葉影響條件實驗

表4 可知，純乙二醇試劑的抗腐能力遠強于乙二醇與蒸餾水混合試劑。當降塵缸中同時存在水和植物類異物時，降塵總量受植物類異物腐爛的影響會隨時間的延長快速增長。

北京地區在夏季雨水多、鳥蟲活動較多的夏季，以及易產生大量落葉的秋季，盡量減少蒸餾水的加入量或不加入蒸餾水，可以減少易腐化污染物對降塵樣品的影響。如果采樣期間有較大的降雨量，盡快巡檢并剔除植物類異物也可以有效控制易腐化污染物對降塵樣品的影響。但由于異物本身攜帶了一定的塵粒，即使掉入異物的當天即刻將其挑揀出，也不能完全剔除異物掉入對降塵樣品的影響。

2.4 北京市冬季降塵的特點及測定條件

北京冬季降塵量隨氣溫的降低，降低至全年最低值。這一點不同于一些典型的內陸城市冬季降塵污染因采暖期的到來而上升，分析認為主要是由于以下3 點原因：1）北京近年的電氣化改造大大減少了冬季燃煤的使用，進而減少燃煤污染對降塵污染的貢獻；2）北京地區冬季氣溫較低、動植物類異物影響較少，減少了腐化異物對降塵污染的貢獻；3）北京春節前大量流動人口返鄉，城市生產活動降至全年最低水平，減少了建筑施工、交通揚塵等方面對降塵污染的貢獻，見表5。

表5 乙二醇濃度與冰點關系

北京冬季雨水很少且氣溫較低。乙二醇水溶液的冰點低于純乙二醇溶液，接近50%比例的乙二醇水溶液擁有更好的防凍能力，因此可根據冬季樣品采集期的實際氣候情況，合理增加本底試劑中蒸餾水的加入比例，以防止結冰。

3 結論

2018～2020 年，北京市降塵量總體呈下降態勢，且具備明顯的季節變化規律。從季節規律上看，北京市降塵量自3 月起，隨著春季風沙的到來持續上升至5 月；在動植物活動旺盛、雨水充沛的夏季維持高位；自8 月起隨氣溫的逐步轉冷、動植物活動降低而持續下降至10 月；于春節前大量流動人口返鄉，城市生產活動降至全年最低水平的1 月前后達到谷底位，至次年2 月冬季結束。

針對北京地區的降塵監測，春季應注意配合大風沙塵的跟蹤監測進行研究、加強裸地管理，同時可以配合沙塵期單獨采樣比對掌握當月沙塵影響程度，以客觀反映當月非沙塵期的降塵水平；夏、秋季應加強采樣巡檢頻率，及時清理異物，減少動植物活動對降塵樣品造成的污染和影響，并應在雨季減少本底試劑中蒸餾水的加入比例以防止落入缸中的異物腐化污染；冬季應注意根據氣溫變化，考慮增加本底試劑中蒸餾水的加入比例，以防止結冰。降塵監測受季節環境、地理環境條件的影響巨大，不同地區應根據該地區的具體情況進行合理管控，以減少自然環境變化對降塵監測的影響。