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采暖期与非采暖期秦皇岛市大气颗粒物 污染特征及与气象因素相关性分析 摘要：对秦皇岛市点位PM2.5和PM10进行了为期两个月的采样（采暖期一个月，非采暖期一个月），初步研究了秦皇岛市采暖期与非采暖期PM2.5和PM10的污染特征以及采暖期PM2.5质量浓度与气象因素的关系。研究结果如下：采暖期PM2.5的平均浓度明显高于非采暖期，约为非采暖期的1.13倍，采暖期PM2.5在PM10中比重也高于非采暖期PM2.5在PM10中的比重。 秦皇岛市PM10的污染较为严重，采暖期与非采暖期的日均值均相对于国家二级标准（150μg/m3分别超标12.7%和14.0%。采暖期与非采暖期PM2.5、PM10的日变化曲线均呈现“倒S”的变化趋势（即早晚各有峰值）。PM2.5质量浓度受多种气象因素的影响，其中与日平均相对湿度、蒸发量具有相关性关系。 关键词：秦皇岛市；采暖期；非采暖期；大气颗粒物；污染特征；气象因素
毕业论文英文摘要
Analysis on association between characteristic pollution of atmosphere particles in Heating season and Non-Heating season and meteorological factors in Qinhuangdao Abstract: In this paper, a monitoring of PM2.5 and PM10in two month（Heating season is one month ; Non-Heating season is one month） is given to show the changes in characteristic pollution of PM2.5and PM10 in heating season and non-heating season, and association between heating season’s PM2.5 and meteorological factors in Qinhuangdao. The results show that the average level of PM2.5 in heating season obviously higher, almost 1.13 times than in non-heating season. Moreover, the share of PM2.5 in PM10 during the heating season also higher than the non-heating season. Qinhuangdao has severe PM10 pollution. Daily average PM10 exceed the Secondary National Ambient Air Quality Standard of China 12.7% and 14.0% in heating season and non-heating season. The diurnal variations show an inverted“ S-curve” between PM2.5 and PM10 in heating season and non-heating season. (Show peak in morning and evening) PM2.5 influenced by various meteorological factors, and has show a good correlation of diurnal average relative humidity and evaporation capacity. Keywords: Qinhuangdao ; Heating season; Non-Heating season; atmosphere particles ;pollution characteristic; Meteorological factors 2
1 绪论
国际上把粒径小于10μm的颗粒物称为可吸入颗粒物，该粒径范围的颗粒物具有很大的比表面积，它们可以吸附大量的可溶性有机物，特别是那些易致突变致癌的物质。一旦这些颗粒物通过呼吸道进入人体，长久累积下来，便会产生遗传毒理作用，进而危害机体。国际辐射防护委员会（ICRP）的肺动力特性试验组研究报告提出：5～30μm粒径的颗粒物会沉积在鼻咽部和支气管上部；1～5μm粒径的颗粒物大部分沉积到支气管，少数进入肺部[1]。由此可见，PM2.5较PM10危害性更大。秦皇岛作为我国优秀旅游城市，其旅游业（第三产业）为当地的支柱产业之一，空气质量的好坏，直接决定着秦皇岛的经济发展。目前，对秦皇岛大气颗粒物污染物特征、与气象因素的关系等方面都有了一些研究，但只局限于PM10方面，对PM2.5污染程度以及与气象因素的关系方面的研究相对较少。本研究是对秦皇岛大气中的颗粒物进行实测，探寻秦皇岛大气颗粒物污染特征及PM2.5质量浓度与气象因素的关系，以期为秦皇岛的大气颗粒物污染防治提供对策。
2 采样方法与设备
2.1 采样地点与时间
采样地点位于海港区中国环境管理干部学院招待所三楼平台，距离地面约8米，周围无明显污染源，主要为文教及居民区。此采样点具有良好的代表性。
本研究的采样周期为采暖期和非采暖期两个月，秦皇岛的采暖期为每年的11月5日～4月5日，本研究采暖期的采样时间为2013年11月5日至2013年11月30日，非采暖期的采样时间为2014年4月6日至2014年4月30日。颗粒物日变化曲线的采样时间为2013年12月16日～17 日、2014年4月16日～17日进行。
2.2采样方法与设备
PM2.5采样参照《环境空气颗粒物（PM2.5）手工监测方法（重量法）技术规范》（HJ656-2013）进行[2]、PM10采样参照《环境空气PM10、PM2.5的测定 重量法》（HJ618-2011）进行[3]。
PM10、PM2.5采样器采用青岛崂山应用技术研究的崂应2050型空气/智能综合采样器,电子天平采用上海良平仪器仪表有限公司生产的FA1004型分析电子天平（ 可读性为0.1mg ，线性为小于等于0.2mg），滤膜采用青岛崂山应用技术研究生产的玻璃纤维滤膜。
气象资料来自中国气象科学数据共享服务网提供的秦皇岛的同期气象资料。
3 结果与讨论
3.1采暖期与非采暖期PM2.5、PM10的平均浓度水平
根据2013年11月（采暖期）及2014年4月（非采暖期）的日监测数据，通过计算得出采暖期与非采暖的日平均浓度以及比值，如表1所示。
表1 采暖期与非采暖期PM2.5和PM10平均浓度水平及比值变化特征统计 时间 采暖期浓度范围 非采暖期浓度范围 采暖期平均值 非采暖期平均值
PM2.5（μg/m3) 22-193 33-106 70 60
PM10(μg/m3) 78-320 119-282 169 171
PM2.5/PM10 0.28-0.60 0.28-0.38 0.41 0.35
PM2.5在采暖期的日均浓度大于非采暖期，其原因是由于太阳辐射低、降水量少、蒸发量较小、相对湿度较大、大气稳定性好、不易形成良好的扩散条件等诸多因素造成的，秦皇岛地处北方，2013年11月5日开始进行锅炉取暖，化石燃料的使用，也在一定程度上加剧了污染。PM10在采暖期与非采暖期都保持着较高的污染水平，非采暖期PM10的平均浓度更是超出采暖期的水平，其原因是本研究非采暖期的平均值仅是2014年4月日均值的月平均，不能很好的代表秦皇岛非采暖期PM10的平均浓度，非采暖期采样恰好处在秦皇岛的
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春季，春季秦皇岛多大风天气，西北地区的粉尘经大风长距离的输送到达本地，以及本地建筑企业粉尘的交加，致使秦皇岛春季表现出较高的粉尘浓度，粉尘中PM10 占了绝大多数。这与张宝贵等研究结果：秦皇岛春季多为沙尘，PM10的高值多出现在2月～5月，峰值出现在4月相一致[4]。因此秦皇岛春季表现出较高的PM10浓度。
据表一可知：采暖期PM2.5在PM10中的比重为0.41，非采暖期PM2.5在PM10中的比重为0.35，由此可以看出采暖期对于PM2.5贡献比较大。这与锅炉大量燃烧煤炭，产生大量的细微颗粒物及采暖期较差的空气扩散条件有关
3.2采暖期与非采暖期PM2.5、PM10日变化
采暖期与非采暖期PM2.5、PM10的日变化趋势，见图1所示。总体上，采暖期与非采暖期PM2.5和PM10均呈现“倒S”的日变化趋势（即早晚双峰），但采暖期与非采暖在变化幅度，峰值大小上有所差异，这与刘鲁宁的研究结果PM10的日变化趋势呈现早晚双峰的变化趋势相一致[5]。
采暖期PM2.5的峰值分别出现在8:00和20:00，最低值出现在14:00左右，峰值浓度分别为76μg/m3和90μg/m3；非采暖期PM2.5的峰值分别出现在8:00和22:00，最低值出现在14:00左右，峰值浓度分别为 53μg/m3和76μg/m3。从图一看出：6:00～8:00 PM2.5的质量浓度呈现增加的趋势，其原因与交通早高峰有关，此时段汽车排放大量的尾气，增加了空气中细微颗粒物的浓度。8:00以后PM2.5的质量浓度呈现下降的趋势，其原因为太阳辐射加强，大气的不稳定度增加，颗粒物扩散条件较好。傍晚后PM2.5呈现增加趋势，主要原因与交通晚高峰有关，此时汽车排放的尾气较多，这增加了空气中细微颗粒物的浓度。
采暖期PM10的峰值分别出现在8:00和20:00，最低值出现在14:00左右，峰值浓度分别为203μg/m3和155μg/m3;非采暖期峰值分别出现在8:00和0:00最低值出现在10:00，峰值浓度分别为210μg/m3和194μg/m3。PM10呈现与PM2.5相似的规律。
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100806040200PM2.5 采暖期PM2.5 非采暖期
250200150100500PM10 采暖期PM10 非采暖期
81:001:0041:0601:0802:0002:00200:02:00；040:060:000810:0014:0016:0018:0020:0022:00:0:002；004:006:0000
图1 采暖期与非采暖期PM2.5、PM10日均浓度变化
3.3 采暖期PM2.5的质量浓度与气象因素关系分析
采暖期的PM2..5质量浓度比非采暖期高，对采暖期的PM2..5进行综合研究有着更现实的意义。采暖期PM2..5质量浓度不仅受人为活动的影响，还会受到气象因素的影响。根据中国气象科学数据共享服务网提供的秦皇岛同期气象资料中的平均气压、平均气温、平均相对湿度、蒸发量、平均风速、最大风速、极大风速、日照时数、平均地表地温等9个气象因素，分析PM2..5的质量浓度与气象因素的关系。
通过研究发现，平均相对湿度、蒸发量与PM2..5的质量浓度有着较为密切的关系，而平均气温、平均风速、最高风速、极大风速、日照时数、平均地表气温等与质PM2..5量浓度关系不太密切。鉴于时间、设备等原因，本文只重点对采暖期PM2..5质量浓度与有着较为密切关系的气象要素进行分析，以后有时间，会对其余因素进行分析。
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3.3.1 PM2.5质量浓度与平均相对湿度的关系
PM2.5的质量浓度与平均相对湿度的关系，如图2所示。（图2所示数据均进行扣除了无效数据及偏离值的处理）平均相对湿度越大，PM2.5的质量浓度越大，可见平均相对湿度与PM2.5质量浓度存在正相关性关系。这与李凯等的研究结果PM2.5的质量浓度与日均相对湿度呈著的正相关相一致[6]。其原因是：当空气中的相对湿度较大时，某些颗粒物如：艾根核膜（Aitken）可以发生成核作用，即可以作为凝结核，促使饱和蒸汽在颗粒物上凝结为液滴（也就是说大气中的颗粒物附着在水汽上），蒸汽溶解在微粒中[7]，空气湿度大不利于颗粒物的扩散等原因造成的。
PM2.5的浓度（ug/m3)25020015010050002040日平均相对湿度/%60PM2.5的浓度
图2 PM2.5质量浓度与相对平均湿度的关系
3.3.2 PM2.5质量浓度与蒸发量的关系
PM2.5质量浓度与蒸发量的关系，如图3所示。（图3所示数据均进行扣除无效数据及偏离值的处理）蒸发量越大，PM2.5的质量浓度越小，不难看出蒸发量与PM2.5的质量浓度存在负相关性关系。这是因为：蒸发量与太阳辐射有着密切的关系，蒸发量大表明太阳辐射强，太阳辐射强，其近地面的温度较高，这加强了空气的垂直交换，空气的扩散能力在增强，细微颗粒物的浓度自然得到降低。蒸发量小时，太阳辐射较弱，空气的扩散能力下降，大气较稳定，不利于空气扩散，进而导致PM2.5的质量浓度增加
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100806040200012蒸发量/mm34PM2.5的浓度（ug/m3)PM2.5的浓度
图３ PM2.5质量浓度与蒸发量的关系
结 论
1．秦皇岛市采暖期PM2.5质量浓度明显高于非采暖期，约为1.13倍。采暖期PM2.5在PM10中的比重明显高于非采暖期PM2.5在PM10中比重，秦皇岛春季PM10污染较为严重。
2．PM2.5、PM10 在采暖期与非采暖期日变化均呈现“倒S”型（早晚双峰），日变化趋势受交通高峰及采暖的影响较大。
3．PM2.5的质量浓度与气象因素有着较密切的关系，与PM2.5的质量浓度有关的气象因素不是单一，往往是复合的。其中平均相对湿度、蒸发量与PM2.5的质量浓度有相关性关系。
4．通过以上分析得出：秦皇岛颗粒物的污染深受季节的影响，春季秦皇岛的PM10浓度较高，建议部门在春季应严格监控建筑等易产生粉尘的行业，秦皇岛采暖期PM2.5浓度较高，这与汽车尾气的排放及采暖有着密切的关系，建议部门应加强机动车管理，严禁不符合国家标准的车辆上路行驶。PM2.5与气象因素有较密切的关系，建议做好防范工作。
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致 谢
在此篇论文完成之际，我由衷的感谢我的导师石碧清老师，本论文是在她的精心指导下完成的。从论文的选题到即将完成，每个过程都倾注了她的心血，工作之余仍然不辞辛苦为我修改论文，并提出许多宝贵意见 。
感谢实验组的另外两名成员，她们为本次实验做出了突出的贡献。另外本论文也离不开中国环境管理干部学院的大力支持，我在次向他们表示感谢。
特别感谢中国气象局中国气象科学数据共享服务网的数据支持。
衷心感谢各位老师、专家在百忙中抽出宝贵的时间来评阅本文，并请多加批评与指正。
参 考 文 献
1王晓蓉. 南京：南京大学出版社，1993，11
2 HJ656-2013.《环境空气颗粒物（PM2.5）手工监测方法（重量法）技术规范》
3 HJ618-2011.《环境空气平PM10、PM2.5的测定 重量法》
4 张宝贵. 秦皇岛市空气污染与气象要素的关系.气象与环境学报.2009，8 5 刘鲁宁.秦皇岛大气污染物浓度变化特征.环境科学，2013（34）：20～2097 6 李凯.西安市采暖期PM2.5污染状况及其与气象因子的相关分析.安徽农业科学，2009（37）：9603～9605
7 Noelde Nevers. beijing : Tsinghua University Air Pollution Control Engineering
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