廣州市區(qū)大氣污染特征與影響因子分析

1、廣州市區(qū)大氣污染特征與影響因子分析張 凌1, 2，付朝陽(yáng)3, 4，鄭習(xí)健2，葉代啟11. 華南理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與造紙工程學(xué)院，廣東 廣州 510030；2. 廣州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣東 廣州 510030;3. 清華大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100084；4. 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，北京 100035摘要：以20002004年廣州市國(guó)控測(cè)點(diǎn)的空氣環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的日平均質(zhì)量濃度二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)計(jì)算廣州市20002004年的各大氣污染物的指數(shù)及污染負(fù)荷率，闡明廣州市區(qū)主要大氣污染物SO2、NO2、PM10、CO的地域分布特征、季節(jié)變化特征、年際變化特征以及由于大氣中

2、的酸性物質(zhì)而形成的酸雨的變化特征并提出研究對(duì)策。結(jié)果表明：各污染物質(zhì)量濃度存在明顯的季節(jié)變化規(guī)律，除SO2春夏秋季污染最嚴(yán)重，其余幾項(xiàng)污染程度由高到低的順序均為冬季，春季，秋季，夏季。近5年來(lái)空氣中的一氧化碳呈顯著下降趨勢(shì)，但二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物則呈顯著上升趨勢(shì)，綜合污染指數(shù)也呈明顯上升趨勢(shì)；酸雨頻率呈不顯著上升且夏秋季污染大于春冬兩季。廣州市大氣污染分布規(guī)律與風(fēng)向頻率以北和東北偏北方向較大，東和東南方向次之的分布基本一致。關(guān)鍵詞：大氣污染特征；影響因子；廣州市區(qū)中圖分類號(hào)：X131.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-2175（2007）02-0305-04我國(guó)學(xué)者對(duì)城市邊界

3、層大氣污染狀況已經(jīng)做了很多有益的研究，但是，這些研究中，由于城市邊界層大氣污染觀測(cè)資料時(shí)間序列較短，因此在城市大氣污染年、季特征分析及其影響因子的研究方面不夠充分，而且由于以上研究時(shí)段較短，很難保證觀測(cè)時(shí)段的資料具有代表性1。本文利用廣州市環(huán)境保護(hù)局20002004年長(zhǎng)達(dá)5年的污染資料結(jié)合相應(yīng)時(shí)段的地面站氣象資料，對(duì)廣州市區(qū)大氣污染特征及其影響因子進(jìn)行了分析和研究，數(shù)據(jù)之新、年份之長(zhǎng)，為預(yù)測(cè)2010年廣州舉辦亞運(yùn)會(huì)的環(huán)境空氣提供依據(jù)。1 布點(diǎn)情況根據(jù)20002004年度廣州市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書取廣州市9個(gè)國(guó)控測(cè)點(diǎn)的空氣環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，例行監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳和可吸入顆粒物。

4、2 廣州市大氣污染的分布規(guī)律按照污染物發(fā)生的類型，將市區(qū)大氣污染源分為工業(yè)污染源、生活污染源和機(jī)動(dòng)車污染源三種2。通過(guò)分析三種污染源大氣污染物的排放狀況，并對(duì)比不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)、不同季節(jié)、不同年份的大氣污染物質(zhì)量濃度，闡明大氣污染物的地域分布特征、季節(jié)變化特征、年際變化特征以及由于大氣中的酸性物質(zhì)而形成的酸雨的變化特征。2.1 季節(jié)變化明顯廣州地區(qū)季節(jié)劃分為春季從3月到4月，夏季從5月到9月，秋季為10月和11月，冬季從12月到2月。20002004年所有監(jiān)測(cè)站點(diǎn)污染物的月平均質(zhì)量濃度按季節(jié)分別計(jì)算多年均值于表2，從表2可知：各污染物質(zhì)量濃度存在明顯的季節(jié)變化規(guī)律，除SO2春夏秋季污染最嚴(yán)重，其余幾

5、項(xiàng)污染程度由高到低的順序均為冬季，春季，秋季，夏季。表2 20002004年廣州市大氣污染物質(zhì)量濃度的季節(jié)分布Table 2 Seasonal change of the atmospheric pollutants concentration in Guangzhou City from 2000 to 2004 mg·m-3季節(jié)SO2NO2COPM10TSP冬季0.0570.0822.4210.1000.183春季0.0630.0741.9500.09340.177夏季0.0600.0581.5960.07360.136秋季0.0500.0711.9220.09240.1732.

6、2 年際間污染逐年增強(qiáng)呈現(xiàn)區(qū)域污染特征為了分析廣州大氣污染的年際變化規(guī)律，本文以20002004年廣州市國(guó)控測(cè)點(diǎn)的空氣環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的日平均質(zhì)量濃度二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)計(jì)算廣州市20002004年的各大氣污染物的指數(shù)及污染負(fù)荷率3-5，計(jì)算公式如下：Fi=Pi/P 其中：Pi=Ci/Si， P=Pi式中：Fi為污染物i的負(fù)荷率，Pi為污染物的分指數(shù)，P為大氣污染綜合指數(shù)，Ci為污染物i的實(shí)測(cè)值，Si為污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（其中SO2為0.06 mg·m-3），NO2為0.08 mg·m-3，CO為4.0 mg·m-3，PM10為0.1

7、0 mg·m-3），計(jì)算結(jié)果如表3所示。從表3的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，近5年來(lái)空氣中的一氧化碳呈顯著下降趨勢(shì)，但二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物則呈顯著上升趨勢(shì)，綜合污染指數(shù)也呈明顯上升趨勢(shì)，雖然各污染物的負(fù)荷率隨年份不斷波動(dòng)，但CO逐年減少，SO2逐年上升，NO2和PM10除2001年有過(guò)短暫下降外，整體呈上升趨勢(shì)。2004年廣州市區(qū)主要大氣污染物的污染負(fù)荷系數(shù)由大到小依次為：二氧化硫，可吸入顆粒物，二氧化氮，降塵，以二氧化硫最高，可吸入顆粒物和二氧化氮的數(shù)值相差不大，表明廣州市環(huán)境空氣仍以煤煙型污染和機(jī)動(dòng)車排氣污染共同作用為污染特征。CO、NO2、PM10等指標(biāo)仍保持在二級(jí)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以下，

8、但SO2質(zhì)量濃度超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的0.32倍，這是1999年以來(lái)出現(xiàn)的首次超標(biāo)，呈現(xiàn)出區(qū)域污染的特點(diǎn)。此外，NO2和PM10質(zhì)量濃度接近二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值。表3 20002004年廣州市各大氣污染物的評(píng)價(jià)指數(shù)和污染負(fù)荷率Table 3 Evaluation indexs and pollutant losdrates of each atmospheric contamination in Guangzhou City from 2000-2004年份SO2NO2COPM10綜合指數(shù)PiFi(%)PiFi(%)PiFi(%)PiFi(%)P20000.75026.80.76227.20.5519.60.

9、74026.42.8020010.85028.70.88830.00.49216.60.73024.72.9620020.96731.30.85027.50.4514.60.82026.53.0920030.98329.50.90027.00.4613.80.99029.73.3320041.2835.40.91225.20.44212.20.99027.33.622.3 酸雨頻率呈不顯著上升且夏秋季污染大于春冬兩季由表4可見，全市酸雨污染狀況依然嚴(yán)重，降水的酸度和降水頻率有所增加，2000年至2004年之間，廣州市降水pH值呈下降趨勢(shì)，但不顯著。酸雨頻率上升了17.7個(gè)百分點(diǎn)。四季降pH平均

10、值從小到大排列為：夏，秋，春，冬，顯示出夏秋兩季酸雨污染大于春冬兩季。3 大氣污染特征的影響因子表4 20002004年廣州市降水pH值及酸雨頻率的季節(jié)分布Table 4 Seasonal change of the Rainfall and frequency of Acid rain in Guangzhou city from 20002004年份春夏秋冬全年pH酸雨頻率pH酸雨頻率pH酸雨頻率pH酸雨頻率pH酸雨頻率20004.8566.14.6868.54.4975.76.2533.34.7162.820014.4886.964.5969.784.3542.865.1438.894.

11、5970.4520024.6776.04.2982.84.4983.34.4163.64.3776.420034.5864.54.6882.65.3041.74.1780.04.6477.220044.5476.04.4987.04.441005.3336.04.5182.05年平均4.6275.24.5579.34.61505.0639.74.5673.9不同的城市大氣污染特征的影響因子也不盡相同。本文從地形和氣象條件、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和工業(yè)布局狀況、工業(yè)和生活燃料的燃燒、機(jī)動(dòng)車尾氣的排放、基礎(chǔ)設(shè)施施工及周邊地區(qū)的酸性物質(zhì)等方面分析廣州市區(qū)的大氣污染成因。3.1 廣州市大氣污染分布規(guī)律與風(fēng)目前我國(guó)一

12、般用污染系數(shù)即風(fēng)向頻率與平均風(fēng)速的比值來(lái)定量反映風(fēng)向因素對(duì)大氣污染的影響。在污染物排放量一定時(shí)， 污染程度和風(fēng)向頻率成正比，與風(fēng)速成反比，污染系數(shù)越大，其下風(fēng)方位的污染越嚴(yán)重。我市全年的污染系數(shù)以北和北東方向較大，其次是東和東南方向， 與廣州市年風(fēng)向頻率以北和東北偏北方向較大，東和東南方向次之的分布基本一致。其中冬季市區(qū)的風(fēng)向頻率和污染系數(shù)分別以北東北偏北最大，東南次之，夏季以偏南和東南偏南最大和次大?？梢?，廣州的污染系數(shù)和風(fēng)向頻率在全年或冬夏季都是以西南偏西最小，廣州城區(qū)以西和南為最大污染系數(shù)的下風(fēng)方向，大氣污染物主要向西或西南方向輸送6。廣州市多年風(fēng)向頻率圖和多年污染系數(shù)分布圖見圖1、圖2

13、。圖1 廣州市多年污染系數(shù)分布圖Fig. 1 Distribution of annual pollution coefficient in Guangzhou3.2 市區(qū)熱島效應(yīng)城市由于建筑物的屏蔽阻擋作用導(dǎo)致城市風(fēng)速減小，熱量不易擴(kuò)散而形成熱島現(xiàn)象。廣州自20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于成群的高層建筑和眾多的立交橋拔地而起，加上城市綠地覆蓋水平較低，導(dǎo)致熱島效應(yīng)突出，且有冬強(qiáng)夏弱，老城鬧市區(qū)和西區(qū)最強(qiáng)，居民區(qū)次之，全市整體趨勢(shì)是西強(qiáng)東弱的時(shí)空分布特征。圖2 廣州市多年風(fēng)向頻率圖Fig. 2 Distribution of annual wind direction Frequency in Gu

14、angzhou3.3 廣州市大氣污染分布與逆溫近年來(lái)，廣州全年都有低空逆溫出現(xiàn)，其中接地逆溫比懸浮逆溫略多，且具有冬強(qiáng)夏弱的特征。SO2、NO2、PM10、和TSP的質(zhì)量濃度往往隨著逆溫強(qiáng)度及逆溫頻率的增大而不斷增加。20002004年NO2、PM10、和TSP的季均質(zhì)量濃度變化規(guī)律與接地逆溫強(qiáng)度的變化規(guī)律十分吻合，均為冬強(qiáng)夏弱，說(shuō)明廣州大氣污染分布質(zhì)量濃度具有冬強(qiáng)夏弱的季節(jié)變化規(guī)律，與接地逆溫強(qiáng)度的變化規(guī)律具有很大的一致性。3.4 人為因素一是工業(yè)發(fā)展迅速，電力供應(yīng)緊張，電廠滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，工業(yè)燃煤、燃油消耗量大幅增加。由于燃煤、燃油供應(yīng)緊張，企業(yè)難以采購(gòu)低硫煤、低硫油，使大氣中二氧化硫質(zhì)量濃度

15、上升。二是機(jī)動(dòng)車擁有量逐年上升，機(jī)動(dòng)車排放給大氣環(huán)境質(zhì)量造成了較大壓力。而目前廣州市機(jī)動(dòng)車排氣污染防治規(guī)定正在修訂中，機(jī)動(dòng)車排氣執(zhí)行等同于歐洲二號(hào)，三號(hào)排放限值的國(guó)家機(jī)動(dòng)車第二，三階段排放標(biāo)準(zhǔn)工作仍不能實(shí)施，排放污染控制缺少必要的手段。三是全市建筑，市政施工工地?fù)P塵和道路揚(yáng)塵未得到有效控制，市內(nèi)存在300多家閑置工地，裸土在一定氣象條件下形成揚(yáng)塵污染。四是區(qū)域間污染的影響加大，珠三角經(jīng)濟(jì)圈擴(kuò)大與成長(zhǎng)，在一定程度上形成了區(qū)域性的大氣污染，據(jù)研究，廣州有20%左右的大氣污染物來(lái)自珠三角地區(qū)。4 結(jié)論（1）各污染物質(zhì)量濃度存在明顯的季節(jié)變化規(guī)律，除SO2春夏秋季污染最嚴(yán)重，其余幾項(xiàng)污染程度由高到低的

16、順序均為冬季，春季，秋季，夏季。（2）廣州市環(huán)境空氣仍以煤煙型污染和機(jī)動(dòng)車排氣污染共同作用為污染特征，且年際間污染逐年增強(qiáng)呈現(xiàn)區(qū)域污染特征。（3）全市酸雨污染狀況依然嚴(yán)重，環(huán)境空氣中二氧化硫污染加重，夏秋兩季酸雨污染大于春冬兩季。（4）廣州市大氣污染分布規(guī)律與風(fēng)向頻率以北和東北偏北方向較大，東和東南方向次之的分布基本一致。（5）20002004年NO2、PM10、和TSP的大氣污染分布質(zhì)量濃度具有冬強(qiáng)夏弱的季節(jié)變化規(guī)律與接地逆溫強(qiáng)度的變化規(guī)律具有很大的一致性。（6）區(qū)域間污染的影響加大，珠三角經(jīng)濟(jì)圈擴(kuò)大與成長(zhǎng)，在一定程度上形成了區(qū)域性的大氣污染。參考文獻(xiàn)：1 宋艷玲, 鄭水紅, 柳艷菊, 等.

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21、dy on air pollution feature and its effect in Guangzhou cityZHANG Ling1, 2, FU Zhaoyang3, 4, ZHENG Xijian2, YE Daiqi11. South China University of Technology, Guangzhou 510030, China; 2. Guangzhou Environmental Monitoring Centre, Guangzhou 510030, China;3. School of Economical Management, Tsinghua Un

22、iversity, Beijing 100084, China;4. State Environmental Protection Administration, Beijing 100035, ChinaAbstract: Based on the monitoring of the results of atmospheric pollutants from 2000 to 2004 and the climatic data from similar years in Guangzhou city, the distribution regularity of the air pollu

23、tion in this city is researched. The results are described as follows: 1) There was clear-cut seasonal changes of the atmospheric pollution in Guangzhou, the highest concentration of contaminants was monitored in winter and the lowest one in summer. 2) During the past 5 years , the pollutant load rates of NO2, SO2 and PM10 were on the rise while that of the CO was on the decline each year ,which showed that optical chemical pollution had been strengthening year after year since 2000 in Guangzhou. 3)The pollutant load rate of each atmospheric contamination changed , which showed that bot