广州市PM25变化特征及影响因素探讨

Foshan University本科生毕业论文广州市 PM2.5变化特征及影响因素研究学 院 ： 环境与土木建筑学院 专 业 ： 环境工程 学 号 ： 2008754218 学生姓名 ： 指导教师 ： 二一二 年 六 月I摘 要本文选用广州市环境保护局 2012年 4月至 5月空气质量监测资料，采用相关系数法和单样本t检验对广州市 PM2.5各站点的差异性以及浓度变化特征与气象因素的相关性进行分析。为正确认识广州市大气污染状况提供重要基础数据和以后的对比研究和制定相应的污染控制措施提供参考数据。结果表明 ： 监测站点间 PM2.5的日变化趋势保持一致，个别站点出现微小差别；PM 2.5与 PM10比值为0.54，是可吸入颗粒物的主要来源；温度、风速、气压、相对湿度等气象因素是影响 PM2.5的重要因素，PM 2.5质量浓度与温度、风速、相对湿度呈正相关，与气压呈负相关。在所收集的广州市PM2.5数据中，PM 2.5并未出现超标状况还与降雨有关，雨水湿沉降是去除 PM2.5的主要方式。PM 2.5最主要的来源是人为产生的，由煤炭、石油及其它矿物燃烧产生的工业废气，以及机动车产生的尾气排放，工业扬尘以及建筑工程都会造成 PM2.5污染。针对 PM2.5的治理，必须从污染来源和污染路径入手，双效治理。关键词 ： PM2.5；变化特征；气象因素；防治对策IIGuangzhou PM2.5 Change Characteristic and Influence Factor Research Yang XueweiAbstractThis article selects Guangzhou Environmental protection Bureau from April.2012 to May air quality monitor material，analyzes the differences of the correlation coefficient method and the single-sample t test PM2.5 each site in Guangzhou City and the concentration variation and correlation of the meteorological factors. To correctly understand air pollution conditions in Guangzhou City， provide an important basis of the data and the subsequent comparative studies and the development of corresponding pollution control measures to provide reference data. Results show that consistent monitoring PM2.5 trend between sites.Individual site appear small differences；Ratio of PM2.5 and PM10 is 0.54，are a primary source of respirable particles；Meteorological factors such as wind speed， pressure，temperature，relative humidity is an important factor influencing PM2.5. PM2.5 mass concentration and temperature， wind speed， relative humidity was positively correlated， a negative correlation with air pressure. Guangzhou PM2.5 data collected，PM 2.5 does not appear related to overweight status and rainfall， rain main method of wet deposition is removal of PM2.5. The pm2.5 the most important source of artificially produced by industrial emissions generated by burning coal，oil and other minerals，as well as motor vehicle emissions. The industry raises the dust as well as the architectural engineering can cause the PM2.5 pollution. For the governance，PM 2.5 must be from sources of contamination and pollution path，starting with double-action treatment.Key words： PM2.5；Variation characteristics；Meteorological factors；Preventing and controlling countermeasureIV目 录1绪论 .11.1研究背景及意义 .11.2广州市 PM2.5污染概况 .11.3国内 外研究现状 .21.3.1国外研究现状 .21.3.2国内研究现状 .21.4研究内容及研究目标 .32基本思路与方法 .32.1研究思路 .32.2.1趋势分析法 .32.2.2折线统计图 .42.2.3相关系数法 .42.2.4单样本 t检验 .53PM2.5的基本情况及标准 .63.1PM2.5的定义 .63.2PM2.5的基本组成 .63.3PM2.5的来源 .63.3.1一次粒子 .73.3.2二次粒子 .73.4各国 PM2.5的标准 .83.4.1世界卫生组织 PM2.5标准 .83.4.2美国 PM2.5标准 .83.4.3欧盟 PM2.5标准 .83.4.4我国的 PM2.5国家安全合格标准 .84广州市 PM2.5变化特征及影响因素分析 .94.1广州市 PM2.5的污染情况 .94.1.1广州市 PM2.5的质量浓度 .94.1.2广州各站点的差异性分析 .104.2PM2.5的影响因素特征分析 .114.2.1PM2.5与 PM10的相关性分析 .114.2.2气温与 PM2.5质量浓度的相关性 .174.2.3PM2.5与风速的相关性 .174.2.4PM2.5与气压的相关性 .184.2.5相对湿度对 PM2.5质量浓度的影响 .19IV4.2.6降水对 PM2.5质量浓度的影响 .214.2.7影响 PM2.5质量浓度的主要影响因素 .215广州市 PM2.5的成因及其危害提出治理及预防途径 .225.1广州 PM2.5的成因 .225.2PM2.5的危害 .225.2.1引发呼吸道阻塞或炎症 .225.2.2致病病毒搭“顺风车”入体内致癌 .235.2.3影响胎儿发育造成缺陷 .235.2.4PM2.5颗粒物可通过气血交换进入血管 .235.3控制 PM2.5的途径分析 .235.3.1政策措施 .235.3.2控制污染路径 .一次粒子的控制 .二次粒子的控制 .控制前体物 .控制二次粒子生成与累积的途径 .245.3.3广州市防治措施 .改善工业布局 .加快交通和道路建设 .树立生态设计观念 .重视绿地系统和水面的规划及生态廊道建设 .255.3.4对今后大气污染控制研究的一点思考 .256结论 .256.1结论 .256.2存在的问题 .26参考文献 .26致 谢 .2811 绪论1.1 研究背景及意义PM2.5是指大气中直径小于或等于 2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的 1/20。虽然 PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM 2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。2012 年 2月，国务院同意发布新修订的环境空气质量标准增加了 PM2.5监测指标。目前，细微颗粒物已成为国际上大气污染研究领域的热点和前沿。自八十年代起，美国和一些欧洲国家对 PM2.5开展了广泛的研究 ： 美国更是于 1997年制定了关于 PM2.5的环境空气质量标准。我国对大气颗粒物的研究仍主要集中在总悬浮颗粒物（TSP）和可吸入颗粒物（IP） ，而对 PM2.5则研究甚少。同时，我国城市 PM2.5的污染问题正引起越来越多的关注，有关部门正在开展或计划开展这方面的研究工作。PM 2.5的组成复杂且多变，采样与分析技术要求高且有待于完善，这给研究工作带来许多困难和不确定性。随着珠江三角洲城市群经济的快速发展，城市化水平的不断提高，城市大气环境问题也日益突出。广州作为珠三角地区最大的城市，细颗粒物(PM 2.5)的污染问题正引起越来越多的关注高浓度的PM2.5不仅会影响人体健康，还会影响区域气候和大气能见度。国内有限的 PM2.5研究表明城市 PM2.5污染有加剧的趋势，因此在广州开展 PM2.5的研究可为开展 PM2.5的防治提供参考数据。1.2 广州市 PM2.5 污染概况随着经济社会的快速发展，以汽油为主的能源消耗大幅攀升，机动车保有量急剧增加，经济发达地区 NOX和 VOCS排放量显著增长 O3和 PM2.5污染加剧。O 3污染和颗粒物污染通过光化学烟雾联系起来，高臭氧浓度增强大气氧化性，使得 SO2、NO X、VOCS 等迅速转化为 PM2.5，表现为大气能见度下降。在 PM10(直径小于或等于 2.5微米的颗粒物)和总悬浮颗粒物(TSP)污染还未全面解决的情况下，京津冀、长江三角洲、珠江三角洲等区域 PM2.5和 O3污染加重，每年出现灰霾污染的天数达100天以上，个别城市甚至超过 200天 1。PM2.5污染水平较高。监测数值表明，广州市为 4550 微克/立方米，与世界卫生组织环境空气质量指导值（10 微克/立方米)相比，广州市超标 4.55 倍。即便与世界卫生组织环境空气质量第一阶段目标值(35 微克/立方米)相比，广州市超标 0.30.4 倍 2。颗粒物是空气污染的重要成分，我国的颗粒物污染相当严重，中国四大城市调查显示 TSP几乎全年超过我国空气质量二级标准 3，1996 年我国颁布了 PM10空气质量标准，并逐渐用 PM10监测代替了总悬浮颗粒物(TSP)，以该标准衡量，广州市的 PM10日均值超标率达到 9.68%77.1% 4。PM 2.5是构成 PM10的主要部分，在 PM10中约占 72%5。机动车尾气颗粒物粒径一般在 0.030.5m 之间，在机动车尾气型污染为主的城市，尾气颗粒物是 PM2.5的主要来源。随着机动车拥有量的增加，PM2.5的污染会越来越严重。研究显示广州市交通干道旁 PM2.5污染相当严重，以美国 EPA颁布的 PM2.5空气质量标准(日均值 0.065mg/m3)衡量，45 月份 PM2.5超标率达到 100%，9 月份超标率为 90%；日均值超标 0.882.98 倍。由 PM2.545 月、9 月份的浓度可见，45 月份污染超标倍数高于 9月份，提示广州市 PM2.5春季污染较重，秋季较轻。 6春季污染较重可能与该季节较干燥、少雨或逆温天气，污染物难以扩散有关。随着 PM2.5吸入增多，PM 2.5有机物刺激时间延长以及气道内含量的逐渐升高，气道内炎性因子的量也增加，吸引大量的炎性细胞释放炎性介质，从而形成气道炎症损2伤，并可以导致哮喘的发生。PM2.5污染形势不容乐观。2011 年 9月，世界卫生组织公布的一项以 PM10为代表的全球城市空气污染报告表明，我国在参与排名的 91个国家中位居第 77位。我国 31个省会及直辖市，94的人口暴露在 PM10年平均浓度 70微克/立方米(世界卫生组织第一阶段目标值)以上的空气中，严重影响城市居民健康。尽管我国没有 PM2.5监测数据，由于 PM2.5约占 PM10的 5060，上述排名也可以一定程度上反映我国 PM2.5的污染形势 2。1.3 国内外研究现状1.3.1 国外研究现状20世纪 90年代，美国和一些欧洲国家开展了大规模的 PM2.5研究，主要涉及 PM2.5质量浓度的时空分布、排放清单、排放特征谱、源解析以及 PM2.5对大气能见度和人体健康影响等方面 7。美国加州地区是进行细微颗粒物研究最多的地方，研究表明 ： PM2.5浓度取决于源排故、化学变化以及气象条件、地理条件等复杂因素的交织作用；在某一地区，PM 2.5及其二次粒子的前体物的浓度主要受地区性和区域性的源排放与气象条件的影响；城区一次颗粒物(元素碳、有机碳)的浓度要高于周围农村地区，而二次颗粒物在地区性的空间分布上则相对均匀；PM 2.5的浓度具有周期性的日变化且随季节不同而有所不同。PM 2.5与 PM10的质量浓度比率通常在 1/24/5 之间。不同地区可能有所不同 ： 就季节而言，这一比率在秋季要高于夏季。微细粉尘 PM2.5成因分析及控制技术研究 7。PM2.5的标准，是由美国在 1997年提出的，主要是为了更有效地监测随着工业化日益发达而出现的、在旧标准中被忽略的对人体有害的细小颗粒物。PM 2.5指数已经成为一个重要的测控空气污染程度的指数。到 2010年底为止，除美国和欧盟一些国家将 PM2.5纳入国标并进行强制性限制外，世界上大部分国家都还未开展对 PM2.5的监测，大多通行对 PM10进行监测。 美国国家航空航天局（NASA）2010 年 9月公布了一张全球空气质量地图，专门展示世界各地PM2.5的密度。由加拿大达尔豪斯大学的两位研究人员制作。他们根据 NASA的两台卫星监测仪的监测结果，绘制了一张显示出 2001年至 2006年 PM 2.5平均值的地图。 在这张图上红色（即 PM2.5密度最高)，出现在北非、东亚和中国。中国华北、华东和华中 PM2.5的密度，指数甚至接近每立方米 80微克，甚至超过了撒哈拉沙漠。在这张 2001-2006年间平均全球空气污染形势图上，全球 PM2.5最高的地区在北非和中国的华北、华东、华中全部。图 11 全球空气污染形势图31.3.2 国内研究现状我国对大气颗粒物的研究仍主要集中于总悬浮颗粒物（TSP）和可吸入颗粒物(PM 10)，而对PM2.5的研究甚少。同时，我国城市 PM2.5的污染问题正引起越来越多的关注，有关部门正在开展或计划开展这方面的研究工作。根据中国人民大学法学院与公众环境研究中心(IPE)于 2011年 1月发布的城市空气质量信息公开指数(AQTI)评价报告显示，北京、上海、广州、重庆等 20个国内评价城市普遍未开展细颗粒物监测。值得注意的是，伦敦、巴黎、纽约等对 PM2.5进行频密监测和发布的国际城市，其污染水平也相对较低，与此同时，不少发展中国家的大城市如墨西哥城和新德里等城市，也早已开展了PM2.5的频密监测和发布。2011年 1月 1日开始，环保部发布的环境空气 PM10和 PM2.5的测定重量法 （以下简称测定 ）开始实施。 测定首次对 PM2.5的测定进行了规范，但在环保部近期进行的环境空气质量标准修订中，PM 2.5并未被纳入强制性监测指标。我国对 PM2.5的监测是零散的、间断的，得到的结果也是局域性的，数据的系统性较差，有限的观测结果还不能全面地反映中国细颗粒物污染的整体状况，无法进行深入分析和比较，只有进行系统的、大规模的研究，才能对我国 PM2.5污染状况有清楚的认识，这对制定相应的标准也有重要的指导意义，因此，我国应该重视 PM2.5的研究，在对 TSP和 PM10污染和控制进行研究的同时，还要重点对细颗粒物的污染状况和污染特征进行研究，并开展更多成分分析、源解析和系统监测工作，从而为大气污染控制和开展进一步流行病学研究提供基础 8。1.4 研究内容及研究目标近年来广州经济的高速发展和人口的快速增长，给广州市的环境带来巨大的压力。据吴兑等 9的研究发现，近年来珠江三角洲地区由于大气气溶胶污染日益严重，灰霾天气的发生率很高，就广州而言，出现灰霾天气的天数，2001 年为 64d，2002 年为 85d，2003 年为 98d，2004 年达到142d，2005 年为 132d，2006 年为 123天。大气颗粒物污染已经直接影响到了市民的日常生活和身体健康。目前关于大气 PM2.5的分布特征及其影响因素等的研究仍是国际上大气环境与大气化学的研究热点与研究趋势，广州市作为新兴的一个高度人口密集的区域，相关研究尚未开展。4根据广州市环境保护局发布的 PM2.5质量浓度数据，分析广州市大气中 PM2.5污染程度及分布特征，评价广州市 PM2.5的污染水平；根据同步记录的气象数据，分析评价气象因子对大气 PM2.5质量浓度的影响。为正确认识广州大学城区的大气 PM污染状况，为以后的对比参考提供重要基础数据和制定相应污染控制措施提供参考依据。本文研究内容主要分为以下几个方面：（1）分析广州市 PM2.5污染现状；（2）分析 PM2.5来源的主要成分；（3）分析各站点 PM2.5区域性差异；（4）分析 PM2.5数值与 PM10、温度、风速、气压、降雨及相对湿度的相关性；（5）分析 PM2.5主要气候影响因素；（6）结论。2 基本思路与方法2.1 研究思路通过广州市环境保护局空气质量状况、PM 2.5实时监测数据、天气在线-中国广州天气预报、广州历史天气预报（http ： //comm/apidate.asp、http ： /16： 8080/gzaqi/、http//China/Guangzhou.htm、http//wea_history/59287.htm）获取广州市各监测站点的 PM2.5、PM 10质量浓度及气温、风速、气压、相对湿度，原始数据见附表，再对有关数据进行整理。分析广州市 PM2.5的变化特征及影响因素，为 PM2.5的对比参考提供重要基础数据和制定相应污染控制措施提供参考依据。2.2.1 趋势分析法趋势分析法又叫比较分析法、水平分析法，趋势分析法总体上分四大类 ： (一）纵向分析法；(二）横向分析法；(三）标准分析法；(四）综合分析法。此外，趋势分析法还有一种趋势预测分析。趋势预测分析运用回归分析法、指数平滑法等方法来对数据进行分析预测，分析其发展趋势，并预测出可能的发展结果。趋势分析(Trend Analysis)最初由 Triggs提出，采用 Triggs轨迹信号(Triggs Tracking Signal)对测定方法的误差进行监控。此种轨迹信号可反映系统误差和随机误差的共同作用，但不能对此二者分别进行监控。其后，Cembrowski 等单独处理轨迹信号中的两个估计值，使之可对系统误差和随机误差分别进行监控，其即为“准确度趋势”(均数)指示系统Triggs 平均数规则，其二即为反映随机误差的“精密度趋势”(标准差)指示系统Triggs 方差卡方规则。趋势分析与传统的 Shewhart控制图在表面上有类似之处，即用平均数来监测系统误差而用极差或标准差来监测随机误差。然而，在趋势分析中，平均数(准确度趋势)和标准差(精密度趋势)的估计值是通过指数修匀(exponential smoothing)方法获得的。指数修匀要引入权数来完成计算，而测定序列的每一次测定中，后一次测定的权数较前一次为大，因此增加了对刚刚开始趋势的响应，起到了“预警”和“防微杜渐”的作用。趋势分析在日常生活中使用较广泛，多用于会计财务统计、股市、各种商品、地震等等。本文主要使用多项式多阶趋势分析，把数据点用平滑线连接起来，根据线的走向添加趋势线，并显示趋势公式和方差的平方，分析空气质量变化的趋势。52.2.2 折线统计图折线统计图不仅能看出数量的多少，还能清楚的看出数量变化的趋势。复