廣州市PM10 的時(shí)空變化特征分析[J].doc

-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-廣州市PM10的時(shí)空變化特征分析沈家芬1,2，馮建軍3，謝春玲4，莫測(cè)輝5*1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,廣東廣州510642；2.廣州市白云山風(fēng)景名勝區(qū)管理局，廣東廣州510500；3.廣州市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東廣州510515；4.廣州市流溪河國(guó)家森林公園，廣東廣州510960；5.暨南大學(xué)，廣東廣州510632摘要：廣州市的空氣顆粒物污染呈逐年加重趨勢(shì)，因此利用20012004年廣州市空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(國(guó)控點(diǎn))監(jiān)測(cè)的PM10日平均質(zhì)量濃度資料，分析了廣州市PM10的時(shí)空變化特征。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，廣州市PM10年平均質(zhì)量濃度逐年遞增，月平均質(zhì)量濃度和季節(jié)變化趨勢(shì)也較明顯，秋冬季節(jié)污染較重，春夏季節(jié)污染較輕；污染較重的是海珠區(qū)和黃埔區(qū)，污染較輕的為越秀區(qū)、天河區(qū)和花都區(qū)；主成分分析顯示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)廣州市PM10污染的貢獻(xiàn)相當(dāng)，不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間PM10質(zhì)量濃度的變化主要受大尺度上的天氣現(xiàn)象影響。關(guān)鍵詞：PM10；大氣污染；時(shí)空變化；主成分分析；廣州中圖分類號(hào)：X513文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-2175（2008）02-0553-07PM10（Suspendedparticulatematterwithaer-odynamicdiameterlessthan10m）也稱可吸入顆粒物（inhalableparticulatematter），是指空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于或等于10m的大氣顆粒物。主要來源于人類活動(dòng)如工廠、家庭、交通運(yùn)輸、建筑施工等產(chǎn)生的廢氣、煙塵、揚(yáng)塵以及自然起源如火山噴發(fā)、森林火災(zāi)、海水泡沫而進(jìn)入大氣的火山灰、煙塵、鹽粒和被風(fēng)吹起的揚(yáng)塵等1。有關(guān)的流行病學(xué)和毒理學(xué)研究表明，PM10與醫(yī)院就診率、呼吸器官疾病發(fā)病率乃至死亡率等關(guān)系密切，即使較低的PM10質(zhì)量濃度也能引起肺功能異常，導(dǎo)致心血管和呼吸道（哮喘）疾病增加2,3。另外，環(huán)境空氣中的顆粒物還會(huì)引起大氣能見度降低4,5，對(duì)全球氣候變化也有著嚴(yán)重影響6。因此，PM10是評(píng)價(jià)大氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，成為近年來國(guó)際大氣環(huán)境研究的前沿課題7。根據(jù)國(guó)家環(huán)保總局發(fā)布的20012004年的中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)，我國(guó)的PM10污染較為嚴(yán)重，PM10已經(jīng)連續(xù)4年成為影響我國(guó)城市空氣質(zhì)量的首要污染物。廣州市PM10的污染狀況也不容樂觀，20012004年各年度首要污染物為PM10的天數(shù)分別占總監(jiān)測(cè)天數(shù)的63.3%、69.0%、86.2%和64.9%（數(shù)據(jù)來源于20012004年廣州市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書）。可見，PM10已成為廣州市的主要大氣污染物之一，控制PM10污染對(duì)于當(dāng)前廣州市大氣污染防治工作有重要意義。本文對(duì)廣州市PM10的時(shí)空分布特征進(jìn)行分析，為有效地控制PM10污染提供科學(xué)依據(jù)。1數(shù)據(jù)與分析1.1數(shù)據(jù)來源本文收集廣州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站提供的2001年1月1日至2004年12月31日的PM10日平均質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，分析廣州市PM10在時(shí)間上的變化；收集廣州市9個(gè)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（表1）2003年1月1日到2004年12月31日的PM10日平均質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，分析PM10在空間上的變化。PM10的分析儀器為650PM10自動(dòng)分析儀，分析方法為射線法，最低檢出限為0.001mgm3。1.2分析方法1.2.1PM10日平均質(zhì)量濃度的分級(jí)統(tǒng)計(jì)根據(jù)國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3095-1996，廣州市為二類區(qū)，執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（PM10年平均質(zhì)量濃度0.10mgm-3，日平均質(zhì)量濃度0.15mgm-3）。為了了解廣州市PM10污染狀況，按GB3095-1996中PM10日平均質(zhì)量濃度的各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值（一級(jí)0.05mgm-3，二級(jí)0.15mgm-3，三級(jí)0.25mgm-3），將PM10日平均質(zhì)量濃度劃分為4個(gè)區(qū)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：(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種將多個(gè)指標(biāo)化為少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的綜合指標(biāo)（即所謂主成分）的統(tǒng)計(jì)分析方法。它對(duì)于分析多指標(biāo)的大量數(shù)據(jù)以了解指標(biāo)或數(shù)據(jù)間的關(guān)系與趨勢(shì)是一種很有用的方法。主成分分析采取一種降維的方法，找出幾個(gè)綜合因子來代表原來眾多的變量，使這些綜合因子盡可能地反映原來變量的信息量，而且彼此之間互不相關(guān)，從而達(dá)到簡(jiǎn)化的目的。本文運(yùn)用主成分分析方法分析9個(gè)PM10監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的相互關(guān)系，以了解9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在區(qū)域?qū)V州市PM10污染的影響。554生態(tài)環(huán)境第17卷第2期（2008年3月）2結(jié)果與討論2.1PM10的時(shí)間變化特征2.1.1PM10的年變化20012004年廣州市的PM10年平均質(zhì)量濃度分別為(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)，都低于我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值（0.10mgm-3），表明廣州市PM10的污染狀況尚不嚴(yán)重。但近4年來PM10年平均質(zhì)量濃度上升趨勢(shì)明顯，從2001年的0.073mgm-3上升到2004年的0.099mgm-3，已臨近二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，表明廣州市的PM10污染狀況不容樂觀，也比同處于珠江三角洲的香港、珠海等城市高8，9。但比我國(guó)北方城市如北京和沈陽等要低10，11。2.1.2PM10的月、季變化圖1是廣州市PM10月平均質(zhì)量濃度在20012004年的變化趨勢(shì)。PM10月平均質(zhì)量濃度最低的月份是6月或7月，最高的月份是3月（2001）、12或1月（2002-2004），變化趨勢(shì)較明顯，總體上表現(xiàn)為17月污染程度逐漸下降，812月污染程度逐漸上升。各年度的最低月平均質(zhì)量濃度、最高月平均質(zhì)量濃度和全年月平均質(zhì)量濃度均呈逐年上升趨勢(shì)。從季節(jié)上來看，廣州市PM10污染程度由輕到重依次為夏（0.071mgm-3），春（0.088mgm-3），秋（0.092mgm-3），冬（0.101mgm-3）。廣州PM10質(zhì)量濃度呈現(xiàn)出冬高夏低的分布趨勢(shì)與廣州特殊的氣候條件有關(guān)。廣州屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，受季風(fēng)的影響，夏季來自海洋的暖氣流形成高溫、高濕、多雨的氣候，有利于污染物的擴(kuò)散與沉降；冬季來自北方大陸的冷風(fēng)形成低溫、干燥、少雨的氣候，不利于污染物的擴(kuò)散，且冬季較易出現(xiàn)逆溫，逆溫層的出現(xiàn)會(huì)直接影響污染物的擴(kuò)散，導(dǎo)致污染物質(zhì)量濃度的增加。3.1.3PM10的日變化PM10日平均質(zhì)量濃度變化幅度較大，最大值達(dá)0.422mgm-3（2003年11月2日），超過二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值1.8倍，最小值為0.008mgm-3（2004年1月19日），只有二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的5%。表1廣州市9個(gè)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本情況Table1Relatedinformationfor9monitoringsitesinGuangzhoucity編號(hào)測(cè)點(diǎn)名稱經(jīng)緯度地址行政區(qū)123456789廣雅中學(xué)第5中學(xué)廣東商學(xué)院市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心天河職中幼兒園麓湖公園第86中學(xué)番禺中學(xué)花都師范學(xué)校東經(jīng)1131401，北緯230831東經(jīng)1131535，北緯230615東經(jīng)1132112，北緯230531東經(jīng)1131535，北緯230759東經(jīng)1131902，北緯230809東經(jīng)1131650，北緯230925東經(jīng)1132554，北緯230618東經(jīng)1132114，北緯225705東經(jīng)1131240，北緯232330西灣路1號(hào)南村路32號(hào)侖頭路21號(hào)吉祥路95號(hào)體育東路體育西橫街221號(hào)麓湖路11號(hào)大院黃埔區(qū)大沙西路5號(hào)番禺區(qū)市橋鎮(zhèn)康樂路116號(hào)云山大道65號(hào)荔灣區(qū)海珠區(qū)海珠區(qū)越秀區(qū)天河區(qū)天河區(qū)黃埔區(qū)番禺區(qū)花都區(qū)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)圖1廣州市2001-2004年P(guān)M10月平均質(zhì)量濃度Fig.1MonthlyaveragemassconcentrationsofPM10inGuangzhouduring2001-2004沈家芬等：廣州市PM10的時(shí)空變化特征分析555按國(guó)家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3095-1996中PM10日平均質(zhì)量濃度的3級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，廣州市20012004年P(guān)M10日平均質(zhì)量濃度按各年度各月份統(tǒng)計(jì)分布結(jié)果見圖2。2001年未曾出現(xiàn)超三級(jí)污染，雖然1、2、3、4和11月份出現(xiàn)了三級(jí)污染，但天數(shù)很少，其中1、2、11月只出現(xiàn)1d，3月和4月出現(xiàn)4d。2002年的11和12月出現(xiàn)了超三級(jí)污染，但分別只出現(xiàn)了1d和2d。三級(jí)污染出現(xiàn)的月份增多，有1、3、7、9、10、11和12月，有些月份出現(xiàn)的天數(shù)也增加到5-6d（1、11、12月）。2003年出現(xiàn)超三級(jí)污染月份有1、11和12月，其中1月出現(xiàn)天數(shù)達(dá)7d，三級(jí)污染則除了6、7和8月外其余各月均有出現(xiàn)，出現(xiàn)天數(shù)也多達(dá)9d（2、10月）。2004年超三級(jí)污染雖然只出現(xiàn)在12月，也只有2d，但三級(jí)污染除了7月外其余各月均有出現(xiàn)，出現(xiàn)天數(shù)也多達(dá)10d（12月）?？傮w上看，廣州市PM10日平均質(zhì)量濃度超標(biāo)（三級(jí)污染或超三級(jí)污染）的月份數(shù)和各月份出現(xiàn)的天數(shù)，從2001年到2004年均呈上升趨勢(shì)。20012004年廣州市PM10日平均質(zhì)量濃度各年度各月份也均有低于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值（(PM10)0.05mgm-3）天數(shù)出現(xiàn)，2001年低于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的天數(shù)超過6d的月份有1、2、4、5、6、7、8和12月，其中超過10d的月份有2、6、7、8和12月。2002年超過6d的月份有1、4、5和6月，其中后3個(gè)月超過10d。2003年超過6d的月份有7、8、9和11月，其中超過10d的只有7月。2004年超過6d的只有1和7月，沒有超過10d的月份。以上表明，低于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值所出現(xiàn)月數(shù)和天數(shù)從2001到2004年明顯下降。從此也可看出，廣州市PM10的污染狀況在逐年加重。從圖2看，2001年污染最輕的月份是6、7、8月，污染最重的月份是3、4月；2002年污染最輕的是4、5、6月，最重的是11、12月；2003年污染最輕的是6、7、8、9月，最重的是1、11、12月；2004年污染最輕的是7月，最重的是1、2、12月。因此，PM10日平均質(zhì)量濃度分布狀況也顯現(xiàn)出春夏污染較輕、秋冬污染較重的特點(diǎn)。2.2PM10的空間變化特征2.2.1PM10年平均質(zhì)量濃度的空間變化20032004年廣州市9個(gè)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM10年平均質(zhì)量濃度見圖3。2003年P(guān)M10年平均質(zhì)量濃度較高的監(jiān)測(cè)點(diǎn)是番禺中學(xué)（0.115mgm-3）、第五中學(xué)、廣東商學(xué)院和第86中學(xué)（均為0.109mgm-3），均超過了二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值（0.10mgm-3），其次是廣雅中學(xué)和麓湖公園，均為0.098mgm-3，臨近二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，較低的是市環(huán)境監(jiān)測(cè)站、天河職中幼兒園和花都師范學(xué)校，在0.0820.087mgm-3之間，均低于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。最高的番禺中學(xué)比最低的天河職中幼兒園高出約40%。2004年P(guān)M10年平均質(zhì)量濃度超過二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的監(jiān)測(cè)點(diǎn)是廣東商學(xué)院（0.135mgm-3）、第86中學(xué)（0.116mgm-3）和第5中學(xué)（0.110mgm-3），臨近二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的是番禺中學(xué)和天河職中幼兒園，最低的是麓湖公園（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月一級(jí)二級(jí)三級(jí)超三級(jí)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月一級(jí)二級(jí)三級(jí)超三級(jí)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月一級(jí)二級(jí)三級(jí)超三級(jí)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月一級(jí)二級(jí)三級(jí)超三級(jí)圖2廣州市20012004年各月份PM10日平均質(zhì)量濃度分級(jí)統(tǒng)計(jì)Fig.2FrequencydistributionofdailyPM10massconcentrationsdividedintofourleversforeachmonthintheyearperiod(20012004)556生態(tài)環(huán)境第17卷第2期（2008年3月）mgm-3）。2004年不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間PM10質(zhì)量濃度的差異性比2003年大，尤其是最高點(diǎn)幾乎比最低點(diǎn)高1倍。PM10年平均質(zhì)量濃度在2年中均超過或臨近二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的有第5中學(xué)、廣東商學(xué)院、第86中學(xué)和番禺中學(xué)，說明這4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM10污染較重。廣雅中學(xué)、市環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)、天河職中幼兒園、麓湖公園和花都師范學(xué)校5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)2年中PM10年平均質(zhì)量濃度均低于國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，說明這5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM10污染程度較輕。從各監(jiān)測(cè)點(diǎn)所屬行政區(qū)來看（表1），海珠區(qū)、黃埔區(qū)和番禺區(qū)污染較重，荔灣區(qū)、越秀區(qū)、天河區(qū)和花都區(qū)污染較輕。黃埔區(qū)和番禺區(qū)是廣州市的新興工業(yè)區(qū)，工業(yè)污染排放源多且相對(duì)集中，有火力發(fā)電廠、石油化工廠、鋼鐵廠、化工原料廠等；海珠區(qū)四周為珠江環(huán)繞，而珠江口兩岸有較多的大型火力發(fā)電廠，這些工廠會(huì)排放大量的煙塵以及烴類化合物、金屬粒子和因燃燒化石原料而產(chǎn)生的二氧化硫等。固體顆粒物等直接影響PM10的質(zhì)量濃度，而二氧化硫氣體可能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)形成二次粒子也直接或間接影響PM10的質(zhì)量濃度。9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM10質(zhì)量濃度在2年中呈上升的有廣東商學(xué)院、天河職中幼兒園、市環(huán)境監(jiān)測(cè)站和第86中學(xué)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，升幅分別為24%、15%、10%和6%?；境制降挠械?中學(xué)和花都師范學(xué)校2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，呈下降趨勢(shì)的有麓湖公園、番禺中學(xué)和廣雅中學(xué)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，下降幅度分別為30%、14%和9%。2.2.2PM10月平均質(zhì)量濃度的空間變化20032004年9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM10月平均質(zhì)量濃度的變化見圖4。從圖4可以看出，9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM10月平均質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)大致相同，從1月至7月呈逐漸下降趨勢(shì)，7月達(dá)到最低，之后從8月到12月呈逐漸上升趨勢(shì)，但在11月均下降至10月以下。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM10月平均質(zhì)量濃度均為7、8月（夏季）最低，除第5中學(xué)和花都師范學(xué)校2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均為10月最高外，其余7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均為1月、12月（冬季）最高。所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)11月的PM10月平均質(zhì)量濃度均比10月低，可能是由于11月的降雨量和降雨天數(shù)比10月多（2003年11月總降雨量為31mm，而10月份僅有3.3mm，2004年11月的降雨天數(shù)為4d而10月只有1d