潮州市城区大气颗粒物的移动监测与分析_黄仲文.pdf

第 51 卷第 2 期2023 年 1 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.2Jan.2023潮州市城区大气颗粒物的移动监测与分析黄仲文,唐柳玲,何明珠,冼思敏,黄浦城,何 洲(韩山师范学院化学与环境工程学院,广东 潮州 521041)摘 要:2020 年 9 月、10 月和 11 月利用车载 Sniffer4D 灵嗅大气移动监测设备对潮州市城区的大气颗粒物进行移动监测,分析了颗粒物的时空变化情况。结果表明,潮州市城区的 PM2.5日均浓度范围是 15.80 60.80 g/m3,与潮州市国控站点相比偏高,但变化趋势基本一致;PM1.0、PM2.5和 PM10三者的日均浓度变化趋势高度相似,PM1.0/PM2.5比值在 66%-74%之间,PM2.5/PM10比值在 86%以上;城区 PM2.5的空间分布差异显著,路口、小巷子、施工区域、南堤路和绿榕南路等机动车车流多的地方,PM2.5的浓度普遍偏高。关键词:大气颗粒物;移动监测;时空变化中图分类号:X831 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)02-0165-03 基金项目:潮州市科技计划项目(2018GY03);韩山师范学院 2021 年省级大学生创新创业训练项目(S202110578006)。第一作者:黄仲文(1985-),男,博士,讲师,从事环境科学与工程的教学与科研工作。Movement Monitoring and Analysis of Atmospheric Particulatesin Urban Area of Chaozhou CityHUANG Zhong-wen,TANG Liu-ling,HE Ming-zhu,XIAN Si-min,HUANG Pu-cheng,HE Zhou(School of Chemistry and Environmental Engineering,Hanshan Normal University,Guangdong Chaozhou 521041,China)Abstract:In September,October,and November 2020,the airborne particles in the urban area of Chaozhou Citywere monitored using the onboard Sniffer4D olfactory atmospheric mobile monitoring equipment,and the temporal andspatial changes of the particles were analyzed.The result showed that the daily average concentration of PM2.5in the urbanarea of Chaozhou City ranged from 15.80 to 60.80 g/m3,slightly higher than that of the national control station inChaozhou City,but the changing trend was generally the same.The average daily concentration trends of PM1.0,PM2.5,and PM10were highly similar.The ratio of PM1.0/PM2.5was between 66%and 74%,and the ratio of PM2.5/PM10wasabove 86%.In addition,the spatial distribution of PM2.5in urban areas was significantly different.The concentration ofPM2.5was generally high at intersections,alleys,construction areas,Nandi Road,Lvrong South Road,and other placeswith a lot of motor vehicle traffic.Key words:atmospheric particulates;mobile monitoring;temporal and spatial changes大气环境是我们赖以生存的环境,近几十年来,随着工业化进程的加快,中国的经济水平有着突飞猛进的上升,与此同时也带来了严重的大气环境污染问题。其中,我国城市区域的大气颗粒物污染中主要以 PM2.5和 PM10为代表1。有研究表明部分城市和城市群均出现了 PM2.5的重污染天气2。为了防治大气颗粒物污染,2008 年欧盟颁布和规定了 PM2.5的年均浓度限值3。2012 年我国颁布的国家空气质量标准中,规定了PM2.5浓度限值,将 PM2.5列为常规监测污染因子4。潮州市城区住宅区密集,机动车交通繁忙,且周围环绕着工厂,这些都是大气颗粒物污染的潜在来源。大气颗粒物污染对潮州市城区暴露人群的健康造成威胁,通过规划路线对潮州市城区的大气颗粒物进行移动监测和分析研究,了解潮州市城区大气颗粒物污染状况和道路交通污染源等对其影响程度,为潮州市大气颗粒物污染防治提供一定的参考意见,保障潮州人民的身体健康。1 研究方法1.1 监测设备和方法本研究采用的是 Sniffer4D 灵嗅超本地大气移动监测设备系统(图 1),深圳市可飞科技有限公司生产的一种专业便捷的监测仪器,该大气监测系统配备智能可视化分析软件,可以实时获取精确的空气污染空间分布的信息,为环保、巡检、应急和科研等行业提供及时有效的决策支持。该监测系统的结构组成包含主数据处理单元、数据传输电台系统、高精度的卫星定位、大气颗粒物等检测模块传感器、高强度轻量化碳纤维外壳、进风系统、供电系统、Sniffer4D Mapper 数据可视化和分析软件。166 广 州 化 工2023 年 1 月如图 1 所示,该设备系统固定在汽车前方上,随汽车移动而进行移动监测。在实验开始前要将仪器预热半小时或以上,使其稳定,仪器设备通过无线数据传输电台系统与信号接收手机或电脑相连,这样监测数据的网格图便可直观的显示在电脑或手机上,车辆按照路线以平均 20 km/h 的时速行驶,在移动监测过程中,观察大气颗粒物浓度随时间和空间的变化规律,以及在不同的环境条件下,如周围的绿化情况,施工情况等因素下颗粒物浓度的变化情况。图 1 Sniffer4D 灵嗅大气移动监测系统Fig.1 Sniffer4D olfactory atmospheric mobile monitoring system1.2 移动监测路线和时间本研究的移动监测路线如图 2 所示,箭头为前进方向,从南堤立交桥为起点经过潮州市中心医院再经过潮州西湖,再从潮州西湖回到潮州市中心医院,一路出发途径绿榕北路,绿榕南路,粤运汽车总站等等,最后绕回南堤路,以南堤立交桥为终点,全长约 48 公里。选择这个路线的原因主要有:一是该路线能较好地覆盖潮州市城区的大部分面积;二是具有典型性,该路线途径了南堤路,绿榕南路等机动车流量大的公路,此外路线覆盖居民区、村庄、商业区、工厂、小巷和施工路段,能较好的反映潮州市城区区整体的大气颗粒物污染状况,移动监测数据具有一定的参考价值。监测时间分别为2020 年9 月21-27 日、10 月15-21 日和 11 月 12-18 日,每天下午移动监测一次,时间为下午 14:30-17:30。图 2 移动监测路线图Fig.2 Mobile monitoring road map1.3 数据处理本研究主要是借助 Sniffer4D 灵嗅超本地大气移动监测系统本身配备的 Sniffer4D Mapper 数据可视化与分析软件,对移动监测数据进行初步直观判断分析,利用软件自带的 2D 网格图查看范围内的数据变化,所监测的数据导出后使用 Excel 和Origin 绘图软件进行分析研究,并与潮州市国控站点 PM2.5和PM10日均浓度数据进行对比分析。2 结果与讨论2.1 大气颗粒物时间变化特征图 3 为 2020 年 9 月、10 月和 11 月研究期间每天在沿线移动监测所得的 PM2.5质量浓度分布情况,图中的小提琴图显示每日 PM2.5基本呈现正态分布,但部分数据浓度较高,远离95%分位数,可能原因是部分路段施工导致机动车轮胎带起的扬尘多,拥堵路段或十字路口等红绿灯时前车尾气增多引起的颗粒物浓度快速上升。监测区域的 PM2.5浓度总体上达到了环境空气质量二级标准 75 g/m3,但仍有部分地点的数据超标,存在一定程度的健康风险。何仁江等人在对泸州城区大气细颗粒物研究中得出 PM2.5具有“周末效应”,本研究发现潮州市城区每日移动监测的 PM2.5浓度的 95%、50%和 5%分位数呈上下波动状态,但对应周一至周日数据,并没有发现周末 PM2.5浓度显著高于工作日5。9 月 24 日潮州市城区 PM2.5各百分位数质量浓度相比前一天大幅度下降,移动监测和潮州市国控点的 PM2.5、PM10平均浓度也下降许多(图 4),可能原因是当天上午潮州市小雨,雨水冲刷大气颗粒物湿沉降导致下午 PM2.5和 PM10的浓度数值低。图 3 城区 PM2.5浓度分布图Fig.3 Distribution of PM2.5concentration in urban areas图 4 监测区域与潮州市国控点颗粒物浓度比较Fig.4 Comparison of particulate matter concentrations betweenmonitoring areas and national control station in Chaozhou City图 4 可看出利用 Sniffer4D 灵嗅超本地大气移动监测系统移动测得的9 月、10 月和11 月监测区域的 PM2.5平均浓度范围是15.80 60.80 g/m3,达到了 PM2.5国家二级标准 75 g/m3。城区移动监测 PM2.5平均浓度高于潮州市国控站点,但变化趋势第 51 卷第 2 期黄仲文,等:潮州市城区大气颗粒物的移动监测与分析167 基本相同。监测区域的 PM10平均浓度范围是 18.24 68.53g/m3,符合 PM10二级标准 150 g/m3。然而,监测区域的PM10平均浓度与潮州市国控站点的数据有部分出入,且变化趋势不一致。造成数据浓度偏差的可能原因如下:国控站点的数据是 24 h 监测所得的日均浓度数据,而本研究是几个小时的移动监测数据平均;此外,监测传感器距离地面距离约 1.2 m,移动监测数据受城市道路交通污染源影响。PM10受到地面扬尘和汽车尾气的影响比较大。2.2 PM1.0、PM2.5和 PM10的浓度比值分析图 5 展示了 研究期间潮州市城区 PM1.0、PM2.5、PM10的日均浓度变化情况,以及 PM1.0/PM2.5,PM2.5/PM10的比值变化。如图 5(a)所示,三种大气颗粒物的日均浓度变化趋势高度相似,这是因为 PM10包含 PM2.5和 PM1.0,粒径小的颗粒在一定条件下可以向粒径大的颗粒物转化。从图 5(b)中可以看到潮州市城区的大气颗粒物污染主要成分是 PM2.5,PM2.5/PM10比值范围为 86%92%,高于北京秋冬季的 PM2.5/PM10比例(59%和 66%)6和南京市平均值 75.9%7,并略高于广州市街道的平均值 85%8。可见,南方城市的大气 PM2.5/PM10的比值相对较高。此外,PM1.0/PM2.5的比值范围在 66%74%,与合肥市的 68%73%接近9。此外,潮州市城区PM2.5/PM10比值变化趋势与 PM10浓度变化趋势基本一致,说明 PM10浓度