武汉市6月PM10污染特征及成因分析

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摘 要：利用武汉2012年6月PM10浓度监测数据及相应气象资料，对武汉市该月PM10浓度进行了变化特征分析，并重点研究了高浓度的污染成因，结果显示：武汉PM10日均浓度范围为8.5～99.1μg/m3，月内PM10高污染时段为11日和15日，从污染源和动力气象方面分析其成因包括：北方小麦主产区焚烧秸秆为雾霾提供污染源；低空引导气流有利于污染物传输；逆温的出现不利污染物扩散。

PM10又称可吸入颗粒物，是指悬浮在空气中，空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒物。PM10作为空气污染的苇要影响成分，其复杂的理化组成、多相反应方式、纷繁的来源以及对人体和环境产牛的危害，成为近年来环境工作者共同关注的焦点[1，2]。

武汉市自2000年6月5日开始实施空气质量日报以来，可吸入颗粒物（pm10）一直是大气中的首要污染物[3，4]，其浓度水平受天气系统、自然和人为污染源以及城市下垫面等诸多因素的影响。6月11日～12日以及6月15日，异常雾霾天气二度突袭湖北地区，影响范围包括武汉、十堰、襄阳、随州、荆州、孝感、仙桃等多地，对公众出行、生活带来较大影响，成为社会各界共同关注的热点问题。

本文以武汉市2012年6月PM10监测数据为研究对象，分析了其浓度日变化和月变化特征，并结合气象资料，重点研究了6月11～12日和15日武汉市出现罕见灰霾天气过程时PM10高污染的成因，旨在对未来进一步区域大气污染物源解析和大气颗粒物防治提供理论基础。

一、数据来源

本文所使用的大气颗粒物浓度资料由湖北省气象局提供，数据为2012年6月1日至6月31日的每5分钟浓度数据，以及相应时间段的日均气象数据（包括气温、气压、相对湿度、风速、降水量）。

二、特征分析

武汉市地处北回归线，属亚热带季风性（湿润）气候，具有热量充足、雨热同季、四季分明等特点，同时，在地形上受鄂西山地与鄂东北同柏、大洪山的两山相夹，以及大别山、幕阜山脉的阻挡，是冷空气南下和东灌的通道[5]。由于武汉市天气形势变化剧烈，大气颗粒物浓度受扩散条件的影响明显。

1.监测实况

湖北省武汉2012年6月大气颗粒物监测统计数据见表1。武汉站三种粒径颗粒物日平均浓度范围分别为8.5～99.1μg/m3、7.9～92.2 μg/m3和7.9～92.0μg/m3。月平均浓度分别为25.1μg/m3、23.2 μg/m3、23.1μg/m3。可见，武汉站污染物以PM1.0为主，其占PM10的比率为92.0%。

表1 武汉6月大气颗粒物质量浓度统计表（μg/m3）

2.变化特征

武汉6月PM10浓度日变化曲线如图1所示。武汉颗粒物浓度全天浓度变化范围在17.8～31.9μg/m3；从00时开始浓度缓慢下降，04时为全天浓度最低时段，此后浓度快速上升，到11时达到较高值，后又波动变化，到17～18时达到全天浓度的最大值，然后又逐步下降。一般情况下，夏季PM10浓度较低，日变化不明显，但本次研究中虽然夏季的扩散条件较好，但依然有高污染时段出现，这与当时的天气系统[6]以及特殊污染事件相联系。

图1 武汉6月PM10质量浓度逐时变化图

武汉6月PM10浓度月内逐日变化曲线如图2所示。由图2可知，6月武汉日均浓度均呈波动变化，月间有2次明显的浓度变化，颗粒物浓度的最低值出现在26日，为8.5μg/m3，次低值在27日，为8.7 μg/m3；高值分别出现在11日（99.1μg/m3）和15日（58.4 μμg/m3）。

图2 武汉6月逐日平均PM10质量浓度变化

3.空气质量评价

根据国家环保总局制定的PM10的空气质量评定标准，空气质量分为5级，Ⅰ级为优，Ⅱ级为良，Ⅲ级为轻度污染，Ⅳ级为中度污染，Ⅴ级为重度污染。如图3所示，6月武汉市郊区空气质量以优为主，各等级所占比率分别为Ⅰ级89.7 %、Ⅱ级10.3 %。

图3 武汉6月不同等级空气质量日数

三、成因分析

6月间由于夏季气温的逐步升高，大气湍流运动增强，污染物扩散较快，因此总体上颗粒物浓度比春季有所降低。武汉6月降水主要出现在6日、22日以及26～28日，由于有效降水对大气中的污染物有较好的清除作用，因此降水过程内颗粒物浓度明显较低，尤其是26～27日的强降水过程（日降水量分别为28.0mm、102.8mm），对应PM10日均浓度为月内低值。

6月11～12日和15日，湖北省出现两次严重雾霾天气，11日和15日最为严重，PM10浓度分别为99.1μg/m3、58.4μg/m3。其重污染原因分析如下：

1.北方小麦主产区焚烧秸秆为雾霾提供污染源

6月以来，北方小麦主产区相继进入收割期，许多秸秆被人为焚烧，产生了大量的大气颗粒物，为雾霾发生提供了污染源。根据环保部卫星热源点监测，11、15日，北方小麦主产区河南、山东、安徽、江苏等省出现大量热源点（表1），特别11～13日河南、山东、安徽、江苏4省份热源点分别达到627、447、759和295个。

表1 湖北省及周边省份秸秆焚烧遥感监测热源点统计

2.低空引导气流有利于污染物传输

利用美国国家环境预报中心（NECP）/美国国家大气研究中心（NCAR）提供的FNL全球分析资料（10点）分析925hpa风场（图4）。11日925百帕引导气流，湖北东部为东北气流，处于弱高压的中东部，利于秸秆焚烧产生的颗粒物向南传输并在武汉下沉堆积。15日武汉市上空仍为东北气流，有利于北方颗粒物向武汉的传输。

图4 6月11日（左）和6月15日（右）925hpa风场分布

3.逆温的出现不利污染物扩散

此外，11日和15日武汉市均出现了逆温现象，根据FNL资料（10点）沿31°N温度坡面图（图5），11日的逆温层底部位于700m附近，较为稳定；15日逆温层高度较低，顶部在300m左右，底部几乎接地。逆温层结不利污染物扩散，造成颗粒物累积，浓度快速上升。

四、结论

通常，城市大气污染物主要来源于本地排放和其他地区污染物的平流输送，与武汉市地形、气候特点，天气系统影响等密切相关，假定某一段时间地形和污染物的排放量相对稳定，此时影响武汉市空气质量的主要因子就是气象条件[7]。

通过对武汉市2012年6月份PM10浓度分析显示，月内PM10出现2次高污染时段11日和15日，对应着湖北省出现的两次严重雾霾天气，其成因主要包括：北方小麦主产区焚烧秸秆为雾霾提供污染源；低空引导气流有利于污染物传输；逆温的出现不利污染物扩散。

图5 11日（左）和15日（右）逆温层分布

参考文献

[1]Qian Zhengmin，He Qingci，Lin Hung Mo，et a1.Association of daily cause-specific mortality with ambient particle air pollution in Wuhan，China[J]，Environmental Research，2007，105（3）：380—389.

[2]张燕萍，张志琴，刘旭辉等. 太原市颗粒物空气污染与人群每日死亡率的关系[J]，北京大学学报，2007，39（2）：153～157.

[3]朱志超，孔玲莉，夏锴. 武汉市PM10源解析及其对策研究[J]，环境科学与技术，2009，32（9）：64～67.

[4]李海波，余祺，沈建军.武汉市城区空气质量特征及控制对策分析[J]，工业安全与环保， 2007，33（2）：46～48.

[5]李兰，危万虎，魏静等.武汉市空气污染状况及其与气象条件的关系[J].湖北气象，2004，3：18～22.

[6]李兰，魏红明，魏静，姜明兰等. 武汉市PM10污染日变化及其高污染时段特征[J]，环境科学与技术，2007，30（1）：39～41.

[7]朱敏，陈海字，张骁君. 上海市青浦区PM10污染状况及其与气象要素的关系[J]，中国环境管理，2012，1：7～11.