杭州市灰霾天氣特征及大氣顆粒物污染來源解析

杭州市灰霾天氣特征及大氣顆粒物污染來源解析

灰雨天氣是指大量細(xì)的干灰塵均勻地漂浮在空中，水平能見度小于10km?；姻蔡鞖馄陂g,空氣普遍混濁,遠(yuǎn)處光亮物微帶黃、紅色,黑暗物微帶藍(lán)色。近年來,我國灰霾天氣發(fā)生頻率劇增,嚴(yán)重影響了人們的正常生活,灰霾粒子通過對太陽光的吸收、散射和折射,使大氣混濁、視野模糊并導(dǎo)致地面能見度急劇降低,影響公路、水路和機(jī)場運(yùn)輸安全。此外,灰霾天氣發(fā)生時(shí),空氣中集聚的大量細(xì)顆粒物可深達(dá)人體肺泡并形成沉積,進(jìn)而進(jìn)入血液循環(huán),導(dǎo)致心肺功能疾病,誘發(fā)鼻炎、支氣管炎等呼吸道疾病。筆者根據(jù)浙江省近50年的霾天氣統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),總結(jié)了浙江省灰霾天氣特征。并以杭州市為例,從杭州市地形地貌、氣候因素和污染物排放因素3方面分析了杭州市灰霾天氣成因,結(jié)合分析結(jié)果,提出杭州市灰霾天氣的防控對策。1浙江省10個(gè)異地灰病日期年均值改革開放以來,隨著城市化、工業(yè)化迅猛發(fā)展,機(jī)動(dòng)車擁有量、工業(yè)耗煤量和工業(yè)廢氣排放量不斷增加,導(dǎo)致浙江省各地灰霾天氣發(fā)生頻率明顯上升。1960—2008年浙江省歷年灰霾天數(shù)統(tǒng)計(jì)見圖1。由圖1可見,1960—2000年浙江省灰霾天數(shù)年均值為7d,2000—2008年,灰霾天氣發(fā)生頻率迅速增長,灰霾天數(shù)年均值增加到40d。為具體分析浙江省灰霾天氣的地域特征和季節(jié)特征,對浙江省11個(gè)地級市灰霾天數(shù)與灰霾天數(shù)月變化分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果見圖2、圖3。由圖2可見,浙江省11個(gè)地級市1960—2008年灰霾天數(shù)年均值均低于1999—2008年灰霾天數(shù)年均值。其中,衢州市1960—2008年、1999—2008年灰霾天數(shù)年均值均位于11個(gè)地級市前列,這可能與衢州市多年來發(fā)展重工業(yè)相關(guān)。杭州市1999—2008年灰霾天數(shù)年均值最高,遠(yuǎn)高于其1960—2008年灰霾天氣年均值,這可能與杭州市近年來能源消耗量、汽車保有量大幅增加有關(guān)?？傮w上來講,浙江省灰霾天氣的地域特征基本表現(xiàn)為大城市高于中小城市,中小城市高于周邊縣市,內(nèi)陸城市高于沿海城市。由圖3可見,浙江省11個(gè)地級市的灰霾天數(shù)均呈現(xiàn)出冬、春季節(jié)高于夏、秋季節(jié)的特點(diǎn)。這一結(jié)果與我國廣州、武漢、蘭州、重慶等城市灰霾天氣的季節(jié)性變化特征相類似。2杭州灰病天氣概況從浙江省近幾年灰霾天氣統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看,杭州市是灰霾天氣高發(fā)區(qū)域,同時(shí),杭州市作為浙江省省會(huì)城市,對浙江省灰霾天氣研究具有一定的代表性。1960—2008年杭州市歷年灰霾天數(shù)統(tǒng)計(jì)見圖4。以下從杭州市地形地貌、氣候因素和污染物排放因素3方面簡要分析杭州市灰霾天氣的成因。2.1西部揚(yáng)塵帶的自然因素杭州自西向東地貌依次為山地、丘陵、平原,西部地區(qū)植被完好,東部平原地區(qū)地勢平坦,河網(wǎng)交叉,植被覆蓋指數(shù)較低,人為活動(dòng)相對頻繁和集中,在濕度、風(fēng)力條件適宜的情況下,東部地區(qū)是揚(yáng)塵的主要發(fā)生地帶。從地形上看,杭州市區(qū)西面三面環(huán)山,地勢自西南向東北傾斜,夏季盛行西南風(fēng),冬季盛行西北風(fēng),這種地形與盛行風(fēng)向不利于大氣污染物向外擴(kuò)散。特別在西南風(fēng)條件下,杭州市區(qū)處于背風(fēng)坡,類似盆地(見圖5)。2.2近地面氣流的自然影響靜風(fēng)和近地面逆溫是造成大氣污染物累積的主要?dú)庀髼l件,杭州市區(qū)靜風(fēng)和早晚逆溫頻率相對較高。近年來,隨著城市化進(jìn)程的加速,近地面氣流流經(jīng)城區(qū)的頻率明顯減弱,城區(qū)靜風(fēng)頻率超過20%,秋、冬季節(jié)最高可達(dá)24%,其中地形條件起了一定的作用。另據(jù)統(tǒng)計(jì),杭州城區(qū)7時(shí)和19時(shí)逆溫頻率平均達(dá)到60.5%和39.5%,逆溫作用如同“鍋蓋”覆蓋在城市上空,導(dǎo)致大氣污染物滯留。2.3機(jī)動(dòng)車消耗量和汽資源量從人類活動(dòng)因素考慮,污染物的排放是導(dǎo)致杭州市區(qū)大氣灰霾天氣發(fā)生頻率升高的直接原因。城市快速發(fā)展導(dǎo)致人口集聚、城市化程度提高與不合理的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),造成汽車尾氣、道路揚(yáng)塵、建筑粉塵等大量顆粒物無組織排放,這都是灰霾天氣的重要誘因。城市的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平與該城市的機(jī)動(dòng)車保有量、能源的消耗量等直接相關(guān)。表1對杭州市區(qū)近幾年來機(jī)動(dòng)車保有量、原煤消耗量、汽油消耗量、柴油消耗量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并與杭州灰霾天數(shù)變化進(jìn)行了比較。由表1可知,杭州市1995年的機(jī)動(dòng)車保有與原煤消耗量均位于低水平,當(dāng)年沒有灰霾天氣發(fā)生,隨著杭州經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,杭州市機(jī)動(dòng)車保有量、能源消耗量均大幅增加,2003年后杭州市灰霾天數(shù)均達(dá)150d以上,由此可知,杭州市區(qū)灰霾天氣發(fā)生與社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)。3杭州大氣顆粒物污染杭州市灰霾天數(shù)的增加與顆粒物排放量的增加有著直接的關(guān)系。杭州市環(huán)境監(jiān)測站于2001年2月至2002年4月在杭州市臥龍橋空氣質(zhì)量監(jiān)控點(diǎn)對PM2.5和PM10進(jìn)行了同步質(zhì)量濃度監(jiān)測,結(jié)果表明,杭州市區(qū)大氣顆粒物濃度以細(xì)微顆粒PM2.5為主,PM2.5日均質(zhì)量濃度為19～209μg/m3,年均質(zhì)量濃度為68μg/m3。以美國環(huán)境保護(hù)署1997年提出的PM2.5空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(日均質(zhì)量濃度為65μg/m3,年均質(zhì)量濃度為15μg/m3)來衡量,杭州市PM2.5日均值超標(biāo)率為53.4%,年均值是美國標(biāo)準(zhǔn)的4.53倍。杭州市PM2.5與PM10日均濃度比值在0.31～0.95,PM2.5和PM10月均濃度比值最小出現(xiàn)在4月(0.51),最大出現(xiàn)在6月(0.80)。杭州市大氣顆粒物中,5種水溶性離子的濃度排序?yàn)镾O2?442->NO?33->NH+44+>Cl->F-,其中,NH+44+主要是以(NH4)2SO4,NH4HSO4和NH4NO3的形式存在。研究人員在杭州市云棲、朝暉2個(gè)采樣點(diǎn)采集PM2.5樣品,并對樣品中的碳組分進(jìn)行分析,結(jié)果表明PM2.5中有機(jī)碳濃度高于元素碳濃度。以上現(xiàn)象說明,杭州市大氣污染類型已逐漸從早期的煤煙型污染轉(zhuǎn)變成復(fù)合型污染。對城區(qū)PM10成分進(jìn)行源解析,發(fā)現(xiàn)道路建筑塵貢獻(xiàn)率為22.5%,燃煤塵貢獻(xiàn)率為26.2%,汽車尾氣塵貢獻(xiàn)率為20.8%,其他二次粒子貢獻(xiàn)率為22.3%。近年來,汽車尾氣塵的比重迅速增加,而燃煤塵的比重明顯降低。分析結(jié)果表明,隨著杭州城市化的進(jìn)展,大氣中顆粒物的性質(zhì)也在發(fā)生著變化,因此對大氣污染防治對策也需作相應(yīng)的調(diào)整。4杭州中小型油氣環(huán)境污染防控建議(1)浙江省灰霾天氣出現(xiàn)頻率顯著升高,其地域特征表現(xiàn)為大城市高于中小城市,中小城市高于周邊縣市,內(nèi)陸城市高于沿海城市。季節(jié)特征呈現(xiàn)出冬、春季節(jié)大于夏、秋季節(jié)的特點(diǎn)。(2)杭州市地形地貌、氣候因素和污染物排放因素都會(huì)影響杭州市灰霾天氣發(fā)生,其中污染物排放是導(dǎo)致灰霾天氣發(fā)生頻率升高的直接因素。(3)杭州市大氣顆粒物中細(xì)微顆粒物占了主導(dǎo)地位,PM2.5超標(biāo)嚴(yán)重,大氣顆粒物中的水溶性離子主要為SO2?442-、NO?33-和NH+44+,且有機(jī)碳濃度一般高于元素碳濃度,表明杭州市大氣污染類型已逐漸從煤煙型污染轉(zhuǎn)變成復(fù)合型污染。源解析結(jié)果表明杭州城區(qū)大氣顆粒物中汽車尾氣塵的比重增加,而燃煤塵的比重降低明顯。針對杭州市大氣污染現(xiàn)狀,為改善空氣環(huán)境質(zhì)量,初步提出以下幾方面防控措施:一是深入開展灰霾天氣機(jī)制的研究,建立大氣氣溶膠-能見