天水市大氣常規污染物變化特征分析

楊璐

（天水市環境監測中心，甘肅 天水 741000）

隨著工業化及城鎮化速度的不斷加快，天水市受到空氣環境污染的程度也越來越重[1]，本文利用安裝在城區的兩個國控環境空氣自動監測系統數據，對常規污染因子的污染特征進行了分析，為天水市大氣環境的治理提供一定的技術支持[2]。

1 監測點位和數據來源

1.1 監測點位

天水市兩個環境空氣監測點位分別是秦州區公園小學和麥積區國土局和仙人崖，連續自動監測，數據通過VPN通道同時發送中國環境監測總站、甘肅省生態環境廳和天水生態環境監測中心，數據有效性由總站審核。

1.2 數據來源

選取三個站點2020-2021 年春、夏、秋、冬四個季節有代表性月份月平均濃度進行統計分析。文章統計分析的數據均從自動監測數據庫中隨機選取，主要保證所選數據在一天內是完整有效的，不帶任何傾向性。（時段和處理方法后面文章中均有詳細描述）

2 大氣常規污染物特征分析

對秦州區公園小學和麥積區國土局兩個國控點的環境六要素觀測結果進行分析，并與仙人崖區域背景點進行對比。

2.1 冬季

選 取2020 年 冬 季12 月1 日-2021 年1 月31 日期間環境空氣質量數據，其中進步巷、文化館及仙人崖站點PM10月平均質量濃度分別為86.0±34.1、107.2±44.2 和35.7±16.9μg/m3，麥積區質量濃度最高，秦州區次之，仙人崖背景區城明顯低于城市中心區域。細顆粒物PM2.5濃度的分布趨勢與PM10基本一致，3 個站點月平均濃度分別為50.3±22.0、68.1±28.9 和24.1±13.4μg/m3，同樣也是背景區城明顯低于城區，秦州城區低于麥積城區，說明城區中不同區域受排放源、擴散條件、地形地貌等影響，顆粒物濃度存在顯著的局地變化。根據環境空氣質量二級標準，PM10日均質濃度應不超過150μg/m3，PM2.5日均質量濃度應不超過75μg/m3。秦州區公園小學和麥積區國土局PM10日均濃度均達標，最高值分別是140.0 和144.8μg/m3。秦州公園小學站點的PM2.5出現兩次污染過程，日均濃度超標天數為2，分別是12 月14 日和12 月24 日，超標率為6.45%，最高值達到93.8μg/m3。麥積文化館站PM2.5出現4 次污染過程，分別是12 月4-5 日、12月8-14日、12月21-24日和12月27-29日，日均濃度超標天數為12,超標率為38.71%，最高值達到106.17μg/m3，出現在12 月24 日。秦州區和麥積區的PM2.5雖均有超標日出現，但均無重度污染發生。所有PM2.5超標日均發生在不利于污染物擴散的均壓場控制的靜穩天氣條件下?？偟膩砜?，天水市主城區PM10達標情況較好，PM2.5超標率高于PM10，麥積區超標率高于秦州區，城市背景區域空氣質量較好。天水市主城區冬季大氣污染以細顆粒物污染為主導，且各城區有明顯的差別，不利的天氣條件是污染物積累的主要外部驅動因子。

分析氣態污染物濃度，兩個站點臭氧濃度呈現明顯日夜變化，而背景站變化幅度較小。進步巷站點、文化館站點及仙人崖站點O3濃度分別為21.6±23.7、19.4±18.1 和53.9±16.7μg/m3。三個站點NO2的月均值濃度分別為57.2±19.8、50.5±17.1 和11.4±7.1μg/m3。秦州站NOx濃度略高于麥積站。背景站NOx維持在較低水平。S02和CO與NOx具有相似的分布趨勢。

2.2 春季

選取2020年4月1-5月6日期間環境空氣質量數據，公園小學、國土局及仙人崖站點PM10月平均質量濃度分別為53.2±25.7、69.5±40.5 和29.5±16.3μg/m3，兩城區均高于背景區域，麥積區質量濃度最高，秦州區次之，仙人崖區域明顯低于城市中心區域。細顆粒物PM2.5濃度的分布趨勢與PM10基本一致，但明顯春季PM10波動范圍較大。3個站點PM2.5月平均濃度分別為21.5±9.08、27.1±10.9 和14.5±6.2μg/m3，同樣也是背景區域明顯低于城區，秦州城區低于麥積城區。

秦州區和麥積區的PM10日均濃度均達標，最高值分別是100.6 和128.1μg/m3。秦州公園小學的顆粒物出現兩次污染過程，分別是4 月15日和4月17日。不同的是，麥積國土局顆粒物出現3 次污染過程，除與秦州城區相同的典型過程外，其5月1日至5月5日PM10濃度居高不下，小時值最高一度達到328μg/m3。這表明麥積區有較強的局地污染過程，也有可能受到春季頻發的浮塵天氣影響。秦州區和麥積區的PM2.5雖均有污染過程出現，但均無重度污染發生。所有污染過程的發生均處在不利于污染物擴散的靜穩天氣條件下?？偟膩砜?，天水市主城區顆粒物達標情況較好，麥積區整體濃度高于秦州，城市背景區域空氣質量較好，但在污染過程中也在一定程度上受到了的城市區域傳輸影響。天水市主城區春季大氣污染以PM10污染為主導，且各城區有明顯的差別。

兩站點臭氧濃度呈現明顯日夜變化，且由4-5月有明顯的逐日增加趨勢。在麥積城區5月初污染過程中，其夜間顆粒物在日間的迅速清除為臭氧生成提供了良好條件，使近期O3質量濃度達到高值。而背景站O3濃度更高體現出強烈的光化學反應過程。公園小學、國土局及仙人崖O3濃度分別為68.5±38.5、63.4±9.4和99.6±34.3μg/m3。三個站點NO2的月均值濃度分別為33.8±23.8、35.1±18.1 和6.1±2.2μg/m3。秦州區NOx濃度略低于麥積區，背景點NOx維持在較低水下。S02和CO 在冬季采暖過后均體現出較低的濃度水平。

2.3 夏季

選取2020 年7 月1-31 日期間環境空氣質量數據，夏季由于良好的天氣擴散條件及濕沉降條件，整體污染物濃度維持在較低水平。公園小學、國土局及仙人崖站點PM10月平均質量濃度分別為22.6±14.4、24.7±16.4 和15.7±7.6μg/m3，兩城區均高于背景區域，麥積區質量濃度最高，秦州區次之，仙人崖區域明顯低于城市中心區域。細顆粒物PM2.5濃度的分布趨勢體現出與PM10顆粒物的一致性，但夏季細顆粒物始終維持較低的質量濃度。3個站點PM2.5月平均濃度分別為PM10月平均質量濃度分別為8.6±5.6、7.5±4.1 和9.1±4.2μg/m3，在較低濃度下三站點細顆粒物濃度相近。

兩個站點臭氧濃度呈現明顯日夜變化，在顆粒物維持較低水平的同時，臭氧在夜間由于溫度影響也保持在一定濃度。在良好的光照條件下，其與前體物氮氧化物的反相關性體現得更加明顯。在城區7 月26 日至28 日污染過程中，O3濃度貢獻明顯。其公園小學、國土局及仙人崖站點O3濃度分別為68.5±31.1、63.9±31.4 和60.8±22.8μg/m3。三個站點NO2的月均值濃度分別為20.1±8.9、16.1±9.9和3.0±1.2μg/m3。秦州區站點NOx濃度略低于麥積區站點，背景站NOx維持在較低水平。S02和CO在仍然體現出較低的濃度水平。城市站點臭氧濃度高于背景站點濃度，其前體物的轉化對臭氧的生成產生了較大影響。

2.4 秋季

選取2020 年9 月20-10 月27 日期間環境空氣質量數據，對比春夏兩季顆粒物濃度有明顯提升。公園小學、國土局及仙人崖站點PM10月平均質量濃度分別為40.7±25.7、49.1±36.0和17.9±12.4μg/m3，兩城區均高于背景區域，麥積區質量濃度最高，秦州區次之，仙人崖區域明顯低于城市中心區域。細顆粒物PM2.5濃度的分布趨勢體現出與PM10顆粒物的一致性，秋季整體顆粒物濃度呈現出增加趨勢。3個站點PM2.5月平均濃度分別為17.3±9.7、22.3±12.2和10.8±5.2μg/m3，背景站細顆粒物濃度無較大變化，在城市站體現出逐步累積的特征。

在10 月12-13 日顆粒物濃度突然增高，AQI 指數升高，天水市主城區整體出現較高的顆粒物污染，但持續時間較短，受局地排放影響較大。在10 月15 日之后，由于不利的氣象條件影響，各項污染物均有不同程度累積，顆粒物及氮氧化物污染積聚明顯?？偟膩砜?，秋季天水市麥積區整體污染物濃度高于秦州，城市背景區域空氣質量較好，但在污染過程也受到了一定程度上的城市區域傳輸影響。

分析氣態污染物濃度，背景站點與夏季情況相同，不存在排放影響，但城市地區均有不同程度的增高。其進步巷、文化館及仙人崖站點O3濃度分別為37.1±22.4、43.9±22.2 和25.9±20.5μg/m3。O3濃度水平青景站點高于城市站點，這是由于城市站點顆粒物的增加導致了臭氧前體物的減少。S02和CO出現一定程度累積。

2.5 四個季節對比

圖1為天水市主城區及背景點不同季節符合污染物平均日變化特征，由圖可知，冬季除O3外，其余污染物均呈現出雙峰形態日變化特征。在日平均態中我們可以看出，第一個污染物累積過程發生在早6:00—10:00點時間段，人為活動及早高峰對污染物累計貢獻較大；第二個污染物累積過程發生在16:00-20:00 且斜率明顯大于早高峰過程，這說明在混合層湍流減弱的過程中，人為排放的污染物更易于累積并達到整體高值。春季，由于日照時數的增多，邊界層能量交換加劇，不同污染物呈現出不同日變化特征。污染物夜間擴散能力也明顯優于冬季。對于顆粒物來說，夜間仍存在一定累積，但相較于冬季16:00-20:00 峰值并不存在，氮氧化物夜間累積更加明顯。夏季污染物濃度進-步降低，這是由良好的氣象條件和豐富的降水及進一步加劇的邊界層能量交換協同作用導致。除臭氧外，顆粒物及氮氧化物仍在夜間有所累積，其他污染物變化不明顯并處于全年低值。秋季污染物日變化呈現出與冬季一樣的雙峰形趨勢，但整體波動范圍較小。對背景站點來說，受局地人為排放影響較小，全年不存在雙峰形態污染物日變化。整體濃度維持在大氣背景水平。夏季由于人為排放的影響，城市區域的O3光化學反應更加劇烈，其整體濃度高于背景區域，其他季節背景區城臭氧濃度均高于城市地區。

圖1 天水市城區四季大氣常規污染物平均日變化特征

3 結論

天水市主城區不同區域大氣常規污染物的整體季節變化特征：顆粒物及空氣質量指數均體現出冬季＞春季＞夏季＞秋季的特征，三個站點除細顆粒物夏季較為接近以外，其他均為麥積區濃度大于秦州區，并遠高于背景區域；對SO2來說，冬季整體出現高值，這可以歸因于燃煤排放的影響，在春、夏、秋三季城市站與背景站濃度差異并不大，體現出城市冬季燃煤的主要需求；而氮氧化物排放秦州區總體高于麥積區，秦州區更應注重機動車輛排放污染的治理；臭氧的變化特征不同于其他污染物，在背景區域由于顆粒物濃度較低提供給了臭氧更好的光化學反應環境，使得背景站點的臭氧與城區濃度接近甚至超過城區站點。在整個城市環境下，不同污染物均存在相互作用及相互影響，各類污染物的協同治理尤為重要。