上海市大气中PM10浓度的统计分析.pdf

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1、第 3 6 卷第 6 期 2 0 1 1 年 6月 环境科学与管理 ONMENTAL SCI ENCE A=ND M ANAGEM口 NT Vo L3 6 N 6 J u n e2 Ol l 文章编号：1 6 7 4 6 1 3 9(2 0 1 1)0 6-0 0 2 3一o 4 上海市大气中 P Ml o 浓度的统计分析 任屹罡，牛晓霞，郭怡，杨艳琴，叶长明，周军(郑州轻工业学院 材料与化学工程系。河南 郑州 4 5 0 O 0 2)摘要：以上海市2 0 0 2 年 一 2 0 0 9 年的P M 1 0 实测数据和同步气象资料为研究对象进行上海市P M。o 污染分析研 究。对2 0 0 2

2、年 一 2 0 0 9 年的监畏 l 数据进行分析、归蚋，得到了上海市可吸入颗粒物(P M。)浓度的季节变化规 律、每 日小时变化规律以及上海市不同地区可吸入颗粒物(P M。)浓度的分布特征，并对这种特征及变化规律 进行 了详尽地分析。研 究表明上海市空气环境质量在逐年好转，其标志是累计超标污染天数每年减少5天；在 一年当中，污染天数最多的是冬季，其次是春季，最少的是夏季；在空气环境质量逐年好转的大趋势下，针对其 产生的原因进行了分析。关键词：可吸入颗粒物(P M1 0)；空气污染指数(X P I)；统计分析 中圈分类号：X 8 2 3 文献标识码：A S t a ti s t i c a l

3、 An a l y s i s o f Ai r P MI O C o n c e n t r a t i o n i n S h a n g h a i Re n Yi s a n s，Ni u Xi a o x i a，G u o Yi，Ya n g Ya n q i n，Ye C h a n g mi n g，Z h o u J u n (D e p a r t m e n t o f M a t e r i a l a n d C h e m i c a l E n g i n e e r i r l g，Z h e n o u U n i v e r s i t y o f L i

4、g h t I n d u s t r y，Z h e h o u 4 5 0 0 0 2，C h i n a)Ab s t r a c t：P M1 0 p o l l u ti o n a n a l y s i s of s h Was c o n d u c t e d w i t h P MI O me a s u r e d d a t a a n d s y n c h r o n o u s me t corol o g t e al d a ta f r o m 2 0 0 2 t o 2 0 0 9 8 s r e s e a r c h t a r g e t s Th

5、e a n a l y s i s an d B 1 mm1 a r y of mo n i t o ri n g d a t a f r o m S hng h ai a i r a u t o mo ti v e mo n i t o ri n g s y s-t e rn d u r i ng 2 0 0 22 0 0 9 co n c l u d e d the sea s o n a l，d a i l y a n d e v e r y h o u r i n h ala b l e p a r t i c u l a t e ma t t e r con c e n t r a

6、ti o n reg ula ri t y a n d d i s-t r i b u fi o n c h a r a c t e ri s ti c s of i n h ala b l e p a r t i c ula t e ma t t e r c o n c e n t r a ti o n s i n d i ff e ren t p a r t s o f s h a n g I l 8 i De t a i l e d a n a l y s i s of the c h a r-a c t e r i s t i c 8 a n d v a r i a t i o n r

7、eg u l a r i ti e s e n a b l e d mo r e a c c u r a t e a i r q u a l i t y f o rec a s t i n S h ,h aiBe tt e r ma s t e r y of S h a n g h a i air p o i l u-t i o n s ta t u s p r o v i d e s s u p por t t o a i r poH u ti o n p r e v e n ti o n R e sea r c h res ult s s h o w tha t air e n v i r

8、 o n me n t q u 8 l i t y i mp r o v e d y e a r b y y e ar ma r k e d b y a n n u a l a v e r a g e 5 d a y s red u c ti o n of c u mula ti v e e x c e s s i v e po ll u ti o n d a y Mo s t pol l u t ed d a y s a r e i n w i n t e r，f o ll o wed b y s p rin g。a n d l e a s t i n s u mme r ms p a p

9、e r a n a l y s e s the e a u g e 8 f o r y e a r l y i mp rov e me n t o f air e n v i ronm e n t q u a l i t y K e y w o r d s：i n h al a b l e p a r t i c ul a t e m a t t e r(P MI o)；a i r poll u ti o n i n d e x()；s t a t i s t i c a l ana l y s i s 前言 P M1 0(s u s p e n d e d p a r t i c u l a

10、 t e ma t t e r w i t h a e r o d y。n a m i c d i a m e t e r l e s s t h a n 1 0 脚)也称可吸人颗粒物(i n h l a h l e p a r t ic u l a t e m a t te r)，是指空气动力学直径 小于或等 1 0 的大气颗粒物。主要来源于人类 活动如工厂、家庭、交通运输、建筑施工等产生的废 气、烟尘、扬尘等。有关的流行病学和毒理学研究表 明，P M 。与医院就诊率、呼吸器官疾病发病率乃至死 亡率等关系密切，即使较低的 P M 。浓度也能引起肺 收稿 日 期：2 0 1 1 0 1 2 4

11、 项 目来豫：郑州轻工业学院青年教师教改重点项 目；郑州轻工业学院 青年硕士基金项 目 作者筒介：任屹罡(1 9 7 9一)，男，硕士，讲师；研究方向：环境影响评价 和环保催化材料。功能异常，导致心血管和呼吸道(哮喘)疾病增加。因此，P M 。是评价大气质量的重要指标，成为近年来 国际大气环境研究的前沿课题。根据国家环保总局 发布的中国环境状况公报，中国的 P M 。污染较为严 重，P M 。已经连续多年成为影响中国城市空气质量 的首要污染物。因此，控制 P M。污染对于当前中国 的大气污染防治工作有重要意义。1 研究区和资料来源 上海市作为长江三角洲的经济、金融、贸易中 心，在城市不断高速发

12、展的同时常常会面临可能越 来越严重的大气污染问题。从 2 0 0 1 年 5月开始，上 海市环境监测中心开始在网上发布空气质量日报和 预报，指标为二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物 P M。，其中P M。为对人类健康影响较大的空气质量 2 3 第3 6卷第 6 期 2 0 1 1 年6 月 任屹罡等 上海市大气中P M10 浓度的统计分析 V o L 3 6 N 6 J u n e 2 0 1 1 指标。上海市 P M 。浓度较高，除了和上海市机动车数 量较多(2 0 0 4年末，上海市民用机动车保有量为 2 0 2 1 8 5 万辆)有关外，和上海市煤炭燃烧也有很 大的关系 I 3】。上海市规

13、则矿物颗粒数量较多的原 因可能与上海市煤炭燃烧量巨大，产生的S O：较多，S 0 2 浓度较高，相对湿度较大，容易发生大气二次反 应有关。可见上海市可吸人颗粒物中的颗粒物类型 深受煤炭燃烧的影响 J。上海市的主要气候特征：冬冷夏热，四季分明，但 冬季常有寒流；雨热同季，降水充沛，但变率较大；光 温协调，日照较多，但年际多变。据上海(1 8 7 3 1 9 9 4)年气象资料统计；全年平均气温 1 5 5，以 1 月 最冷，平均气温 3 4；7月最热，平均气温 2 7 5。全年降水总量平均为l 1 4 9 8 毫米，降水 日数 1 3 1 天。4 月至9 月平均各月雨量都在 1 0 0毫米以上，

14、这 6 个 J j 的总雨量约 占全年总量 的 7 0。6月和 9月是两 个明显的多雨月份，月雨量都达到 1 5 0毫米以上。分 别是由梅雨和秋雨(包括热带气旋)造成的。l 0月气 耋 薹 童 候凉爽，晴多雨少，昼夜温差较大。2 结果与分析 由图 1 可见，上海市空气质量状况随季节有较 大变化，气候条件会影响到大气污染物的扩散和削 减，即城市空气质量状况在不同季节有所不同。见 图 1 显示在每年的8月至 9月，污染物的数值都较 低，空气质量状况为良好；1 0月至次年 1 月数值则 较高，空气状况多为轻度污染。影响空气质量的气 象因素很多，如气温、水汽压、相对湿度、风速等与空 气污染为负相关，气

15、压与空气污染为正相关 一 J。每年 6月至 l 0月是上海的多雨季节，雨水可 以吸收 空气中 S O：，N O：污染物，降低 1 s P数目，这使得该 时期空气质量状况在一年中为最佳。而 1 1 月至次 年 1 月这段时期干燥少雨，并经常有从内陆刮来的 西北风，造成浮尘和扬沙，而大量树木因落叶而降低 了去尘效果，因此空气中颗粒悬浮物增多，再加上冬 季城市的逆温现象和锅炉取暖，使得大气污染程度 进一步加剧。八 九 十十一 十二 m on t h 圈 l 秋冬季空气中P M。浓度年均值变化趋势 受气象条件等多种因素的影响，不同月份之间 P M。浓度存在着明显的差异，夏季低，冬春季偏 高 I 9】。

16、P M 。浓度 的月均最 小值和最大值 相差 2 4 8 倍，分别出现在 9月和 l 1 月。2月和 5月 一 9 月 P M 。浓度的月均值较低。3 月 一 4 月正好是北方沙尘暴频发期，受此沙尘 天气的影响，P M。月均值偏高。5月 一 1 0月太阳辐射强，气温较高，大气对流活 动旺盛、逆温少、大气扩散条件好。降雨 日多量大，对污染物质清除作用明显。主导风向是来自东海海 面的东南风，海面上吹来的清洁空气将本地的污染 物稀 释，使环境空气中 P M，。污染水平整体 显著 较低。2 4 1 1 月 一 1 月气温较低、逆温频率高强度大、静风 频率高、大气对流不活跃，降水减少，不利于污染物 扩散

17、，且主导风向是来 自于内陆地区的东北 到西北 风，北方地区排放的大气污染物经过长距离传输影 响上海市，导致环境空气中 P M 。污染水平整体偏 高，超标较严重。2月风速较大，降雨量偏多，所以比1 1 月 1 月 的 P M1o 浓度低。节假日 造成的空气污染亦不可忽视，主要是居民 生活及旅游客流量造成环境大气污染。旅游环境污 染是在旅游资源开发及旅游经营过程中对环境造成 的污染。随着中国旅游业的快速发展，旅游环境问题 亦变得越来越严重，迅速增多的宾馆酒店设施及车辆；g 5 8 2 ；8 f 矗；衢 第 3 6卷第6期 2 0 1 1 年6月 任屹罡等 上海市大气中P M I o 浓度的统计分析

18、、3 6 N 仉6 J u n e 2 O l l 交通工具所排放的大量废气污染物往往使旅游地的 大气成分发生变化，有时甚至造成严重的污染，危及 游客的身心健康。旅游地所接待的游客数量、游客的 年际、季节变化及日 活动规律会引起旅游地能源用量 的变化，并由此导致旅游地大气污染物浓度呈现出一 定的变化规律。受气候舒适期及节假 日、假期等因素 的影响，旅游地在不同季节所接待的游客数量差异较 g 苫 S a 8 宝 芒 大，由此产生淡旺季影响外，还受战争、治安状况、国 家政策、地方流行疾病、地震、火山爆发、洪灾、森林火 灾等多种社会和自然因素的影响。这些因素对旅游 地造成的影响往往持续时间较长，少则

19、 1 年，多则数 年甚至数十年，由此产生旅游地游客数量的年际变 化。旅游地游客数量的年际变化必然引起旅游地大 气污染物排放量的年际变化。(见图2 一 图3)一月 二月 三月 四 月 五月 六月 七月 八月 九月 十月。卜 月 卜=：月一 mo nt h 田2 空气中 I M。o 浓度月均值变化趋势 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 O 0 4 2 0 0 5 2 O O 6 2 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 y e ar 圈3 节假 日与非节假 日年均值比较 0 3 -8 0 5-4 0 6-1 2 0 8-8 图 4 2 0 0 2 年-2 0

20、 0 9年节假日与非节假日月均值比较 如图4所示工作 日比节假 日空气中 P M 。浓度 动污染源，导致其各年的指数有所变化。上海市机，高，这是因为对于 P M。来说，其污染源不仅包括电 动车仅于 2 0 0 3 年初起实施欧洲 lI 号排放标准，在用 厂及其他工业排污等固定污染源，还包括交通等流 车还缺乏有效的排放检查和维护保养的手段。机动 2 5 伯 2 ：2 暑=暑 u a o u 叼：l l d 暑、r O O O 0 O O O O n加9 8 7 6 5 4 I I o t l。-D 3。_ 芷 第3 6卷第 6 期 2 0 1 1 年 6 月 任屹罡等 上海市大气中P h i l

21、o 浓度的统计分析 V o 1 3 6 N o 6 J u n e 2 0 1 1 车尾气的排放除了与机动车本身的性能有关外，还 取决于道路状况。由于目前上海市交通道路状况尚 有许多不尽如人意之处，导致出现机动车频繁加减 车速等现象出现的机率增加，同时由于近年来上海 市机动车拥有量不断增加，特别是汽车消费已开始 逐步进入私人消费领域，从而使机动车废气的排放 量有所增加。非节假日期间人们出行的时间明显多 于节假 日，由于中心市区道路拥挤，交通流量长期处 于饱和状态，尤其是在上下班时间，各种车辆混行，车辆减速、怠速运行的时间长，导致油耗增多，发动 机燃烧也不充分，废气排放量大。6 0 40 20

22、O 图 5 2 0 0 2年 一 2 0 0 9年 P M1 0 超标天数 比较 如图 5所示，2 0 0 2年 一2 0 0 9年上 海市空气 中 P M。浓度(A P I 指数)超标天数呈递减趋势，2 0 0 4 年、2 0 0 8 年有反复现象，且 2 0 0 4 年超标天数仅次于 2 0 0 2年，主要因为 2 0 0 4年上海市大气污染完成从 煤烟型污染到煤烟型和石油型并重的复合型污染的 转化过程。从2 0 0 8 年 1 月 1 0日 开始全国大部分地区受持 续冷空气影响，出现大范围持续低温雨雪冰冻天气，全国平均降水量为 1 7 6 m m，较常年 同期(1 2 1 m m)偏多5

23、 5 m m，且雨雪天气较多，降水量较大，对 空气污染物清除作用明显，使空气污染程度相对减 轻。上海空气污染指数在 1 月 l 0日第一次雨雪天 气过程开始前超过国家二级标准。1月 1 0日至 l 6 日 全国出现了明显的雨雪天气过程，到 1 月 1 3日为 止，上海空气污染指数与雨雪天气之前相比，有一定 程度的下降。从下降的幅度来看，虽然 1 月 1 3日以 后降水还在持续，但上海空气污染指数却有一定程 度的反弹。1 月 1 8 E l 至2 6日全国出现了第二次明 显的雨雪天气过程，上海在 1 月 l 8日至 2 0日降水 量较大，空气污染指数也不同程度的下降。1 月 2 1 日至2 6日

24、，上海空气污染指数先上升后下降。与过 去六年同时期空气污染监测数据相比较，2 0 0 8年 1 月全国出现了大范围持续低温雨雪冰冻天气，这一 2 6 天气过程使得上海空气质量优良天数有一定程度的 增加。连续降水前期，污染物浓度值下降。I M 。浓 度值与降水量的关系不是简单线性关系。如2 o 0 6 年 1 月 1 9日的降水量达到4 1 0 In m，但是 P M 。浓度 值没有达到最低，最低值出现在两天后。阶段连续 降水对 P M 。的湿清除能力存在一最低极限。超过 一定的极限后，降水对 P M 。的清除作用减弱，P M。浓度值有可能增加。3 结论 不同季节 P M。浓度差异的显著程度。其

25、中，一 季度(1 2 月 一 2月)与其它三个季度的浓度差异均 为极显著，而其它三个季度之间差异不显著。造成 一季度P M 。浓度最高的主要原因是：一季度上海市 已全面进入采暖期，除各种工业生产用锅炉外，生活 采暖锅炉也大量同时起用，燃煤量剧增；特别是上海 市的集中供热尚未完全解决，许多居民区分散采暖，这些导致大气 P M 。浓度明显高于其它季节。相反，其它三个季节为非采暖期，除第一季度的 l 2月外，其它月份只有工业锅炉运行使用，产生的 P M，。数量 必然会少。造成第三季度 P h i，。浓度最低的主要原 因除第三季度为非采暖期以外，还与上海市的自然 气候条件有关。上海市第三季度(6月 一

26、 8月)东南 季风较强，降雨量较大，净化了空气中的部分 P M。，所以三季度 P M。浓度相对最低。参考文献：1 刘昶，徐渭芳，王书惠 上海城市交通与机动车排气 污染调查 J 上海环境科学，1 9 9 9，1 8(1 2)：5 5 4 5 5 7 2 陈明华，陈静森，李德 上海市大气颗粒物高浓度区 污染物的源解析 J 上海环境科学，1 9 9 7，1 6(1 0)：1 5 1 7 3 章树荣 上海能源消费对环境污染程度的探析 j 能源技术，1 9 9 8(3)：58 4 郑小红 上海市环境空气质量时间变化规律及其成 因分析 J 干旱环境监测，2 0 0 5，1 9(1)：1 6 1 9 5 钱

27、华，王冰 妍 上 海大 气环境 质量影响 因素分析 J 环境与职业医学，2 0 0 4，2 1(3)：2 4 5 2 4 7 6 郝吉明，马广大，俞珂，等 大气污染控制工程 M 北京：高等教育出版社，1 9 9 8：2 6 7 9 7 孟燕军，程丛兰 影响北京大气污染物变化的地面 天气形势分析 J 气象，2 0 0 2，2 8(4)：4 2-4 7 8 杨书中，邵龙义，李卫军，等 上海市冬季可吸入颗 粒物微观形貌及粒度分布 J 环境科学，2 0 0 7，2 8(1)：2 o 一2 5 9 杨书申 中国典型城市2 0 0 4 年大气质t及颗粒物浓 度与气象条件关系分析 J 北京：中原工学院学报，2 0 0 5，5 (1 6)：5 9 苦 口Ho o量l I