广州市PM10 的时空变化特征分析[J].doc

-专业文档，值得下载!-专业文档，值得珍藏！-广州市PM10的时空变化特征分析沈家芬1,2，冯建军3，谢春玲4，莫测辉5*1.华南农业大学资源环境学院,广东广州510642；2.广州市白云山风景名胜区管理局，广东广州510500；3.广州市林业科学研究所，广东广州510515；4.广州市流溪河国家森林公园，广东广州510960；5.暨南大学，广东广州510632摘要：广州市的空气颗粒物污染呈逐年加重趋势，因此利用20012004年广州市空气自动监测点(国控点)监测的PM10日平均质量浓度资料，分析了广州市PM10的时空变化特征。统计结果表明，广州市PM10年平均质量浓度逐年递增，月平均质量浓度和季节变化趋势也较明显，秋冬季节污染较重，春夏季节污染较轻；污染较重的是海珠区和黄埔区，污染较轻的为越秀区、天河区和花都区；主成分分析显示各监测点对广州市PM10污染的贡献相当，不同监测点之间PM10质量浓度的变化主要受大尺度上的天气现象影响。关键词：PM10；大气污染；时空变化；主成分分析；广州中图分类号：X513文献标识码：A文章编号：1672-2175（2008）02-0553-07PM10（Suspendedparticulatematterwithaer-odynamicdiameterlessthan10m）也称可吸入颗粒物（inhalableparticulatematter），是指空气动力学直径小于或等于10m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、扬尘以及自然起源如火山喷发、森林火灾、海水泡沫而进入大气的火山灰、烟尘、盐粒和被风吹起的扬尘等1。有关的流行病学和毒理学研究表明，PM10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PM10质量浓度也能引起肺功能异常，导致心血管和呼吸道（哮喘）疾病增加2,3。另外，环境空气中的颗粒物还会引起大气能见度降低4,5，对全球气候变化也有着严重影响6。因此，PM10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7。根据国家环保总局发布的20012004年的中国环境状况公报，我国的PM10污染较为严重，PM10已经连续4年成为影响我国城市空气质量的首要污染物。广州市PM10的污染状况也不容乐观，20012004年各年度首要污染物为PM10的天数分别占总监测天数的63.3%、69.0%、86.2%和64.9%（数据来源于20012004年广州市环境质量报告书）。可见，PM10已成为广州市的主要大气污染物之一，控制PM10污染对于当前广州市大气污染防治工作有重要意义。本文对广州市PM10的时空分布特征进行分析，为有效地控制PM10污染提供科学依据。1数据与分析1.1数据来源本文收集广州市环境监测中心站提供的2001年1月1日至2004年12月31日的PM10日平均质量浓度数据，分析广州市PM10在时间上的变化；收集广州市9个空气自动监测点（表1）2003年1月1日到2004年12月31日的PM10日平均质量浓度数据，分析PM10在空间上的变化。PM10的分析仪器为650PM10自动分析仪，分析方法为射线法，最低检出限为0.001mgm3。1.2分析方法1.2.1PM10日平均质量浓度的分级统计根据国家环境空气质量标准GB3095-1996，广州市为二类区，执行二级标准（PM10年平均质量浓度0.10mgm-3，日平均质量浓度0.15mgm-3）。为了了解广州市PM10污染状况，按GB3095-1996中PM10日平均质量浓度的各级标准值（一级0.05mgm-3，二级0.15mgm-3，三级0.25mgm-3），将PM10日平均质量浓度划分为4个区间进行统计：(PM10)0.05mgm-3，0.05mgm-3(PM10)0.15mgm-3，0.15mgm-3(PM10)0.25mgm-3，(PM10)0.25mgm-3。1.2.2主成分分析主成分分析方法是一种将多个指标化为少数几个不相关的综合指标（即所谓主成分）的统计分析方法。它对于分析多指标的大量数据以了解指标或数据间的关系与趋势是一种很有用的方法。主成分分析采取一种降维的方法，找出几个综合因子来代表原来众多的变量，使这些综合因子尽可能地反映原来变量的信息量，而且彼此之间互不相关，从而达到简化的目的。本文运用主成分分析方法分析9个PM10监测点之间的相互关系，以了解9个监测点所在区域对广州市PM10污染的影响。554生态环境第17卷第2期（2008年3月）2结果与讨论2.1PM10的时间变化特征2.1.1PM10的年变化20012004年广州市的PM10年平均质量浓度分别为(0.0730.034)mgm-3(2001年)、(0.0820.044)mgm-3(2002年)、(0.0990.060)mgm-3(2003年)、(0.0990.046)mgm-3(2004年)，都低于我国环境空气质量二级标准值（0.10mgm-3），表明广州市PM10的污染状况尚不严重。但近4年来PM10年平均质量浓度上升趋势明显，从2001年的0.073mgm-3上升到2004年的0.099mgm-3，已临近二级标准值，表明广州市的PM10污染状况不容乐观，也比同处于珠江三角洲的香港、珠海等城市高8，9。但比我国北方城市如北京和沈阳等要低10，11。2.1.2PM10的月、季变化图1是广州市PM10月平均质量浓度在20012004年的变化趋势。PM10月平均质量浓度最低的月份是6月或7月，最高的月份是3月（2001）、12或1月（2002-2004），变化趋势较明显，总体上表现为17月污染程度逐渐下降，812月污染程度逐渐上升。各年度的最低月平均质量浓度、最高月平均质量浓度和全年月平均质量浓度均呈逐年上升趋势。从季节上来看，广州市PM10污染程度由轻到重依次为夏（0.071mgm-3），春（0.088mgm-3），秋（0.092mgm-3），冬（0.101mgm-3）。广州PM10质量浓度呈现出冬高夏低的分布趋势与广州特殊的气候条件有关。广州属亚热带海洋性季风气候，受季风的影响，夏季来自海洋的暖气流形成高温、高湿、多雨的气候，有利于污染物的扩散与沉降；冬季来自北方大陆的冷风形成低温、干燥、少雨的气候，不利于污染物的扩散，且冬季较易出现逆温，逆温层的出现会直接影响污染物的扩散，导致污染物质量浓度的增加。3.1.3PM10的日变化PM10日平均质量浓度变化幅度较大，最大值达0.422mgm-3（2003年11月2日），超过二级标准值1.8倍，最小值为0.008mgm-3（2004年1月19日），只有二级标准值的5%。表1广州市9个空气自动监测点基本情况Table1Relatedinformationfor9monitoringsitesinGuangzhoucity编号测点名称经纬度地址行政区123456789广雅中学第5中学广东商学院市环境监测中心天河职中幼儿园麓湖公园第86中学番禺中学花都师范学校东经1131401，北纬230831东经1131535，北纬230615东经1132112，北纬230531东经1131535，北纬230759东经1131902，北纬230809东经1131650，北纬230925东经1132554，北纬230618东经1132114，北纬225705东经1131240，北纬232330西湾路1号南村路32号仑头路21号吉祥路95号体育东路体育西横街221号麓湖路11号大院黄埔区大沙西路5号番禺区市桥镇康乐路116号云山大道65号荔湾区海珠区海珠区越秀区天河区天河区黄埔区番禺区花都区0.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.18001-0102-0103-0104-0105-0106-0107-0108-0109-0110-0111-0112-0101-0202-0203-0204-0205-0206-0207-0208-0209-0210-0211-0212-0201-0302-0303-0304-0305-0306-0307-0308-0309-0310-0311-0312-0301-0402-0403-0404-0405-0406-0407-0408-0409-0410-0411-0412-04月份(PM10)/(mgm-3)图1广州市2001-2004年PM10月平均质量浓度Fig.1MonthlyaveragemassconcentrationsofPM10inGuangzhouduring2001-2004沈家芬等：广州市PM10的时空变化特征分析555按国家空气质量标准GB3095-1996中PM10日平均质量浓度的3级划分标准，广州市20012004年PM10日平均质量浓度按各年度各月份统计分布结果见图2。2001年未曾出现超三级污染，虽然1、2、3、4和11月份出现了三级污染，但天数很少，其中1、2、11月只出现1d，3月和4月出现4d。2002年的11和12月出现了超三级污染，但分别只出现了1d和2d。三级污染出现的月份增多，有1、3、7、9、10、11和12月，有些月份出现的天数也增加到5-6d（1、11、12月）。2003年出现超三级污染月份有1、11和12月，其中1月出现天数达7d，三级污染则除了6、7和8月外其余各月均有出现，出现天数也多达9d（2、10月）。2004年超三级污染虽然只出现在12月，也只有2d，但三级污染除了7月外其余各月均有出现，出现天数也多达10d（12月）。总体上看，广州市PM10日平均质量浓度超标（三级污染或超三级污染）的月份数和各月份出现的天数，从2001年到2004年均呈上升趋势。20012004年广州市PM10日平均质量浓度各年度各月份也均有低于一级标准值（(PM10)0.05mgm-3）天数出现，2001年低于一级标准值的天数超过6d的月份有1、2、4、5、6、7、8和12月，其中超过10d的月份有2、6、7、8和12月。2002年超过6d的月份有1、4、5和6月，其中后3个月超过10d。2003年超过6d的月份有7、8、9和11月，其中超过10d的只有7月。2004年超过6d的只有1和7月，没有超过10d的月份。以上表明，低于一级标准值所出现月数和天数从2001到2004年明显下降。从此也可看出，广州市PM10的污染状况在逐年加重。从图2看，2001年污染最轻的月份是6、7、8月，污染最重的月份是3、4月；2002年污染最轻的是4、5、6月，最重的是11、12月；2003年污染最轻的是6、7、8、9月，最重的是1、11、12月；2004年污染最轻的是7月，最重的是1、2、12月。因此，PM10日平均质量浓度分布状况也显现出春夏污染较轻、秋冬污染较重的特点。2.2PM10的空间变化特征2.2.1PM10年平均质量浓度的空间变化20032004年广州市9个空气自动监测点的PM10年平均质量浓度见图3。2003年PM10年平均质量浓度较高的监测点是番禺中学（0.115mgm-3）、第五中学、广东商学院和第86中学（均为0.109mgm-3），均超过了二级标准值（0.10mgm-3），其次是广雅中学和麓湖公园，均为0.098mgm-3，临近二级标准值，较低的是市环境监测站、天河职中幼儿园和花都师范学校，在0.0820.087mgm-3之间，均低于二级标准值。最高的番禺中学比最低的天河职中幼儿园高出约40%。2004年PM10年平均质量浓度超过二级标准值的监测点是广东商学院（0.135mgm-3）、第86中学（0.116mgm-3）和第5中学（0.110mgm-3），临近二级标准值的是番禺中学和天河职中幼儿园，最低的是麓湖公园（0.069A2001年0%20%40%60%80%100%1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月一级二级三级超三级B2002年0%20%40%60%80%100%1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月一级二级三级超三级C2003年0%20%40%60%80%100%1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月一级二级三级超三级D2004年0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月一级二级三级超三级图2广州市20012004年各月份PM10日平均质量浓度分级统计Fig.2FrequencydistributionofdailyPM10massconcentrationsdividedintofourleversforeachmonthintheyearperiod(20012004)556生态环境第17卷第2期（2008年3月）mgm-3）。2004年不同监测点之间PM10质量浓度的差异性比2003年大，尤其是最高点几乎比最低点高1倍。PM10年平均质量浓度在2年中均超过或临近二级标准值的有第5中学、广东商学院、第86中学和番禺中学，说明这4个监测点的PM10污染较重。广雅中学、市环境监测点、天河职中幼儿园、麓湖公园和花都师范学校5个监测点2年中PM10年平均质量浓度均低于国家二级标准值，说明这5个监测点的PM10污染程度较轻。从各监测点所属行政区来看（表1），海珠区、黄埔区和番禺区污染较重，荔湾区、越秀区、天河区和花都区污染较轻。黄埔区和番禺区是广州市的新兴工业区，工业污染排放源多且相对集中，有火力发电厂、石油化工厂、钢铁厂、化工原料厂等；海珠区四周为珠江环绕，而珠江口两岸有较多的大型火力发电厂，这些工厂会排放大量的烟尘以及烃类化合物、金属粒子和因燃烧化石原料而产生的二氧化硫等。固体颗粒物等直接影响PM10的质量浓度，而二氧化硫气体可能发生光化学反应形成二次粒子也直接或间接影响PM10的质量浓度。9个监测点的PM10质量浓度在2年中呈上升的有广东商学院、天河职中幼儿园、市环境监测站和第86中学4个监测点，升幅分别为24%、15%、10%和6%。基本持平的有第5中学和花都师范学校2个监测点，呈下降趋势的有麓湖公园、番禺中学和广雅中学3个监测点，下降幅度分别为30%、14%和9%。2.2.2PM10月平均质量浓度的空间变化20032004年9个监测点PM10月平均质量浓度的变化见图4。从图4可以看出，9个监测点的PM10月平均质量浓度变化趋势大致相同，从1月至7月呈逐渐下降趋势，7月达到最低，之后从8月到12月呈逐渐上升趋势，但在11月均下降至10月以下。各监测点PM10月平均质量浓度均为7、8月（夏季）最低，除第5中学和花都师范学校2个监测点均为10月最高外，其余7个监测点均为1月、12月（冬季）最高。所有监测点11月的PM10月平均质量浓度均比10月低，可能是由于11月的降雨量和降雨天数比10月多（2003年11月总降雨量为31mm，而10月份仅有3.3mm，2004年11月的降雨天数为4d而10月只有1d