关中地区冬季大气重污染过程颗粒物污染特征及其对能见度的影响分析

发布时间：2020-06-28 00:46

【摘要】：改革开放以来,随着关中地区经济的快速发展,以及城市化、工业化进程的不断加快,地区环境空气质量现状不容乐观,尤其是冬季灰霾频发,已被纳入全国大气污染重点防控区域。为了研究关中地区冬季大气污染特征,本次测试在关中中部及边缘地区各选取了一个测试点,采用电子低压撞击仪(ELPI+)、四通道和中流量等气溶胶仪器对冬季大气一次污染过程中的颗粒物进行测试与采集,结合同步监测的常规气态污染物、能见度以及气象数据,分析了关中地区冬季颗粒物浓度、粒径分布以及组分变化特征,并探讨了颗粒物浓度与能见度的相关性。主要研究结论如下:(1)测试期间,关中城市及边缘地区大气中PM_(10)和PM_(2.5)的平均质量浓度均超过了国家环境空气质量二级标准限值,SO_2、NO_2、CO和O_3平均日均浓度值均未超标,颗粒物是关中地区冬季首要大气污染物。从浓度比值看,城市及边缘地区大气中PM_(2.5)/PM_(10)分别在0.22~0.57和0.36~0.90之间,均值分别为0.42和0.71,这表明相比于城区,边缘地区细粒子污染特征更显著;SO_2/NO_2分别在0.25~0.38和0.43~1.26之间,均值分别为0.30和0.64,这表明关中城区冬季环境空气质量受移动源影响较大,而边缘地区受移动源与燃煤取暖的双重影响。(2)测试期间城市大气中颗粒物总数量、表面积和质量浓度分别是边缘地区的2.19、1.52和1.76倍。两测点0.006~0.017μm段颗粒物对数浓度的贡献最高,0.1~1μm段颗粒物是表面积浓度的主要贡献者;1~10μm段颗粒物是质量浓度的主要贡献者。城市大气中四个模态颗粒物数浓度日变化曲线均呈现出双峰分布;边缘地区核模态(0.006~0.020μm)和爱根核模态(0.02~0.10μm)颗粒物日变化曲线呈三峰分布模式,积聚模态(0.1~1.0μm)呈双峰分布,粗模态(1~10μm)颗粒物日变化规律不明显。(3)不同空气质量下的气象条件分析结果表明,当主导风向为东北风时,较高的相对湿度、较低的混合层高度以及大气压是导致关中边缘地区环境空气质量变差的一个重要因素。从污染物排放来看,严重污染时段PM_(2.5)、SO_2、NO_2和CO的平均浓度分别是清洁天气时的16.56、3.76、3.05和2.90倍,细粒子污染特征显著。(4)不同空气质量下颗粒物粒径分布结果表明,测试期间0.1~1μm粒径段颗粒物浓度的显著上升是导致该地区环境空气质量变差的主要原因。严重污染时0.1~1μm粒径段颗粒物数浓度较清洁天增加了4.85倍,表面积浓度和质量浓度分别增加了15.99倍和24.43倍,且随着空气质量的不断变差,峰值粒径不断向大粒径段迁移。(5)PM_(2.5)组分分析结果表明,二次水溶性离子SO_4~(2-)和NO_3~-是主要污染组分。严重污染时SO_4~(2-)和NO_3~-的平均质量浓度分别是轻度污染时的6.72倍和47.24倍。从PM_(2.5)各化学组分占比来看,重污染时期SO_4~(2-)和NO_3~-平均浓度占比为24.84%和26.16%,分别是轻度污染时的1.54和9.02倍,这表明NOx的排放对本地大气污染的形成贡献更为显著。(6)颗粒物质量浓度与能见度呈指数函数关系,但不同相对湿度下的相关性有所不同。当70%≤RH80%时,颗粒物质量浓度与能见度的相关性最好,相关系数R~2为0.89;当RH≥80%时,二者的相关性逐渐减弱。不同粒径段颗粒物对大气能见度的衰减程度不同,0.4~1.6μm段颗粒物对能见度有较强的衰减作用,相关性在80%以上,尤其是1~1.6μm段颗粒物,相关性达到了97%。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X513;P427.2
【图文】：

环境空气质量,比例,级别,重度

长安大学硕士学位论文现象日益凸显。图 1.1 给出了 2016 年全国 338 个城市（a）以及关中地区（b）环境空气质量级别比例。由图 a 可以看出，2016 年全国平均优良天数比例为 78.9%，平均超标天数（空气质量指数大于 100）比例为 21.1%。超标天数中发生重度污染 2464 天、严重污染 784 天其中以 PM2.5为首要污染物的天数占重度及以上污染天数的 80.3%，以 PM10为首要污染物的占 20.4%[1]。由图 b 可以看出，关中地区 2016 年平均优良天数比例为 53.3%，与全国环境空气质量相比，下降了 25.6 个百分点[2]；平均超标天数比例为 46.7%，其中轻度中度、重度及严重污染较全国空气质量分别增加了 12.3、6.1、5.7 和 1.5 个百分点，环境空气质量现状不容乐观。

污染指标,浓度值,二级标准

图 1.2 2016 年全国及关中地区六项污染指标年均浓度值2 关中地区污染特点关中地区位于陕西省中部，西起宝鸡，东至潼关，南接秦岭，北到陕北黄土高安市为中心，加之宝鸡市、咸阳市、渭南市、铜川市及杨凌示范区。2016 年关 PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO 和 O3为首要污染物的天数，分别占总天数（不8.06%、38.73%、0.00%、1.29%、0.00%和 33.27%。以 O3和 PM2.5为特征的区型大气污染日益突出，区域内空气重污染现象大范围同时出现的频次也日益增物尤其是细颗粒物是关中地区冬季的首要大气污染物。图 1.3 给出了 2016 年关市（区）PM10和 PM2.5年均浓度值。由图 1.3 可以看出，2016 年关中地区各市（区）PM2.5及 PM10年均值均超过了标准（PM2.5年均值二级标准：35μg/m3；PM10年均值二级标准：70μg/m3），在59~82μg/m3之间，均值为72μg/m3；PM在104~149μg/m3之间，均值为130μ

【参考文献】