北京南郊PM10的变化特征及其与TSP、大气降尘的关系.pdf

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1、第九届奎国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶腔技术研讨套 北京南郊P M I O 的变化特征及其与T S P 、大气降尘的关系 延昊，矫梅燕 中国气象局国家气象中心，北京1 0 0 0 8 l 摘要，北京南郊2 0 0 5 年可吸入颗粒物P M l 0 的逐日观测显示P M l 0 存在明显的季节变化，秋冬季的P M l 0 最小， 小于1 0 0 p g ，m 而春季( 3 、4 、5 月) 的P M l 0 较高，经常超过2 0 0 I _ t g t m * 年均P M I O 为1 1 8 p g m 1 P M l 0 与总悬浮颗 粒物T S P 的相关分析显示两者之间存在较好的相关性，

2、相关系数R 2 为0 4 7 。当沙尘天气发生时，P M l 0 占T S P 的比 例增加很快，经常超过0 4 。大气降尘总量的月变化显示春季的大气降尘量最大，超过3 0 9 J m 2 与月均P M l 0 有相 似的季节变化特征。这说明P M l 0 更适台北京沙尘颗粒物的浓度和降尘情况研究。 关健词，北京可吸入颗粒物总悬浮颞粒物大气降尘总量 大气气溶胶颗粒物是北京地区的首要污染物“。1 ，对人体健康有显著危害。近年来，大量先进观 测设备用于研究北京地区气溶胶的类型、物理化学特征、光学特征、垂直分布、来源及与气体污染 物的相关特征等【l - S l ，得到以下共识【1 ：北京地区的气溶胶

3、是一种混合型的气溶胶类型，主要包括沙 尘、煤烟和水溶性粒子三种，存在明显的季节变化，春季以太颗粒的沙尘气溶腔污染为主，面冬季 以小颗粒的煤烟气溶胶污染为主 娄淑娟1 6 基于黑碳仪研究了北京地区由于燃烧不充分造成的煤烟气溶胶( 黑碳) 的变化情况， 发现冬季燃煤采暖产生大量的黑碳，导致冬季的黑碳浓度平均水平要高于夏季。黑碳气溶胶主要分 布在小粒子中，其中P M 2 5 中的黑碳占总黑碳的8 2 6 ，P M l 0 中的黑碳占总黑碳的9 0 6 0 , 6 。煤烟气 溶胶( 黑碳) 是人为污染源排放的主要气溶胶污染物。杨复沫p 1 指出北京P M 2 5 浓度具有明显的季 节变化特征，即冬季最

4、高，夏季最低。P M 2 5 与P M l 0 、T S P 的比值均在冬季最高，春季最低，反 映采暖燃烧源对细颗粒物的贡献较大，而沙尘天气对粗颗粒物的贡献较大。姜忠”1 基于尘埃粒子计 数器的观测也发现了类似的就律，这说明P M 2 5 主要反映的是煤烟颗粒物的污染状况。 韩力慧I I l 指出北京地区的矿物气溶胶( 指沙尘和水溶性粒子) 是占总颗粒物( T S P ) 3 2 - - 6 7 。占 细粒子O M 2 5 ) 的1 0 n 一7 0 。特别在春季沙尘暴期间，沙尘气溶胶的浓度骤增，在T S P 和P M 2 5 中分别高达7 4 - 和9 0 0 , 6 。北京市环保监测中心监

5、测结果叫显示市区范围2 0 0 0 至2 0 0 2 年P M l 0 的 年均质量浓度依次为1 6 2 、1 6 5 和1 6 6 p g m 3 ，均超过国家二级标准6 0 以上P M l 0 是当前北京市的 首要大气污染物 在北京大气气溶胶的来源方面，韩力慧采用电感耦合等离子发射光谱仪分析土壤中的2 3 种元 素，根据元素示踪法分析T ；I I ：京地区矿物气溶胶中本地源与外来源的相对贡献量。发现在冬春季外 来源的沙尘粒子占北京气溶胶T S P 的主要部分，约6 0 ，而在夏秋季，外来源仅占2 0 。娄淑娟指 出煤烟气溶胶的变化和风向有很大的关系。偏南风时，黑碳浓度较高，污染较严重，这些

6、可能来源 于河北地区的污染传输；在西北风时，本地源排放的污染物很快被稀释，黑碳浓度较低。周丽在 冬季的观测中。发现当P M 2 5 气溶胶颗粒物增加时，气体污染物N O x 、S 0 2 相应增加，而伤则减少， 即在冬季气溶胶颗粒物与气体污染物有较好的相关性，污染源相近。 这些气溶胶观测多为几天到几十天，或者仅选择四个季节中的几天进行分析代表性不是很充 分，而且对于颗粒浓度与降尘之间关系的研究更少。本文通过对2 0 0 5 年的逐日观测分析北京气溶胶 作者简介；延吴( 1 9 7 3 一) ，男，副研究员，主要从事大气参数和生态系统的定量遥感研究 地址：中国气象局国家气象中心遥感室邮编：1 0

7、 0 0 8 1 电子信箱lY a n h a o n y a h o o , c o m c n 鞋系电话：0 1 0 - 6 8 4 0 0 4 7 8 基金项目：科研院所社会公益研究专项资金“北京主要尘源性大气污染物研究”项目( 2 0 t N D I B I J 0 3 1 ) 和。藏北生态 环境及气象灾害遥感监测与预警研究”项目( 2 0 0 3 D J B 4 J 1 4 4 ) 第九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨舍 颗粒物的浓度和降尘特征。 I 地面观测的沙尘气溶胶参数和观测方法 1 1 可吸入颗粒物( P M l o ) T E O M1 4 0 0 a 系列监

8、测仪是直接和实时测量室外或室内环境空气中直径小于1 0 p m 粒子积累浓度 ( u g 一) 的装置T E O M1 4 0 0 a 系列监测仪是以滤膜为基础实时测量气流中悬浮粒子质量的质量监测 仪。 1 2 大气总悬浮颗粒物浓度( T S P ) 大气总悬浮颗粒物的观测是采用大流量T S P 采样器、精密分析天平、烘箱等设备，采集、测量 大气样品，得到大气中的粒径1 0 0 岬以下的悬浮颗粒物质量浓度( m g m 3 ) 。 采样和测量的基本原理：抽取一定体积的空气，将空气中悬浮颗粒物经大流量采样器，收集在 已恒重并称重的玻璃纤维滤膜上，使空气中粒径在l O O p a l 以下的悬浮颗

9、粒物被阻留在滤膜上，然后 将滤膜按使用前的控制条件恒重处理后再次称重，根据采样前后滤膜的质量之差并除以采样体积， 可计算总悬浮颗粒物的大气质量浓度。 1 3 大气降尘总量 采用注水采集缸、烘箱、精密分析天平等设备，采集自然沉降在集尘缸内的大气灰尘，样品经 蒸发、干燥后，以称量法测定大气降尘的量( g m 2 ) 。 L 4 数据和处理 在北京南郊位于大兴区的气象站观测的P M I O 时间为2 0 0 5 年1 至1 2 月( 缺少1 1 月) T S P 时 间为2 0 0 5 年l 至9 月，大气降尘量时间为2 0 0 5 年2 至1 2 月( 缺少】1 月) 和2 0 0 6 年l 至5

10、 月。将 逐时的P M I O 求均值得到P M I O 的日均值( 腭m 3 ) 进行日变化分析。并与观测的T S P 日值0 n g m ) 进行 日相关分析。将逐时的P M I O 求均值得到P M I O 的月均值( t t g m 3 ) 并与观测的大气降尘量月值( g 詹) 进行月相关分析。 2 结果与分析 2 1 北京南郊大气可吸入颗粒物P M l 0 的日变化 2 0 0 5 年北京南郊气象观测站P M I O 的日变化( 图1 ) 显示P M I O 存在明显的季节变化，秋冬季的P M I O 最小，月均值小于l o O p 咖，而春季( 3 、4 、5 J q ) 的P M

11、 I O 较：高，月均值为1 5 0 2 9 0 p g m J ，4 月份P M l 0 日最高值达到7 5 0 烬，m j ，年均P M I O 为1 1 8 p g m 3 。将北京南郊日平均P M I O 与中华人民共和国国家环境 空气质量标准相比较，刘超过P M I O 日均值的二级标准( 1 5 0 9 9 m 3 ) 的天数有8 8 天，超标比率为2 2 ；与 三级标准( 2 5 0 u g m 3 ) 相比较，贝Y 2 0 0 5 年 7 8 0 p g m 3 。这些研究观测的冬夏两季的 图l 北京南郊2 0 0 5 年可吸入颗粒物P M I o 的臼 P M I O 与本文

12、的观测结果基本一致。赵 F i g 1D a i l yv a r i a t i o no f P M l O 抽B e D i 。培变化 越等1 2 】使用与本研究相同的P M I O 观测仪对北京城区2 0 0 2 年7 月至2 0 0 3 年6 月的P M I O 月变化进 第九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气淳胶技术研讨会 行了分析，指出年日均P M I O 为1 4 8 p _ g m 3 ，春季月均P M I O 为1 5 0 2 0 0 p g m s ，比本文2 0 0 5 年春季 观测的P M I O 小很多，是由于2 0 0 3 年春季没有出现明显外来沙尘影响，不足以代

13、表北京春季的P M I O 季节特征。 2 2 北京南郊大气总悬浮颗粒物浓度T S P 的日变化 2 0 0 5 年T S P 的日变化( 图2 ) 显示， 春季( 3 、4 、5 月) 的日均T S P 较高，4 月 日均T S P 最高超过2 m g m 3 ，而其它季节 的日均T S P 较小，T S P J 、于1 m g m 3 。与中 华人民共和国国家环境空气质量标准 相比较，2 0 0 5 年春季( 3 、4 、5 月) 超 过T S P 质量浓度日均值的二级标准 ( 0 3 m g 一) 的天数为7 8 天，春季的超标 比率为8 6 ；与三级标准( o 5 m g 3 ) 相

14、比较，则春季9 0 天中有5 2 天超标，超 标比率为5 7 ，最大超标倍数为4 ，2 倍。 与已有研究一致，杨东贞I I ”在4 ：1 份沙 尘天气时瞬时观测的T S P 为l lI m g m s 。王玮【1 2 】等对2 0 0 0 年4 月北京 北部的2 8 个T S P 样品的分析发现，T S P 月份 图22 0 0 5 年总悬浮颗粒物T S P 的日变化 F i g 2D a i l yv a r i a t i o no f T S Pi nB e i j i n g 的平均浓度为L0 9 m g f ，最大值达到5 2 0 m g m 3 。 2 3 北京南郊气象观测站P M

15、 l 0 和T S P 的相关分析 将2 0 0 5 年的日均P M l 0 与对应的T S P 进行相关分析( 图3 ) ，可以发现两者存在较好的相关性， 相关系数彤为0 4 7 ，说明在北京当粗颗粒的气溶胶浓度增加时，P M I O 的气溶胶浓度也在增加。这与 已有研究一致，基于尘埃粒子计数器的观测发现【，l ，在沙尘季节和沙尘天气中，北京市气溶胶粒子 数浓度普遍增加，小粒子和大粒子数量都有显著增加。权建农l “1 对兰州一次沙尘过程的观测发现， PMIO(叼Im3)PMlO(ugmJ) 图32 0 0 5 年日均P M I O 与T S P 的散点图 图4 日均P M I O 占T S

16、P 的比例随P M l 0 的变化 F i g 3S c a t t e r p l o t o f d a i l y P M I O a n d T S P i n B e i j i n gF i g 4 S c a t t e r p l o t o f d a i l yr a t i o o f P M l o t o T S P a n d P M l o i n B e i j i n g T S P 和蹦1 0 的变化趋势基本上是一致的。日均P M t O 占T S P 的比例( 图4 ) 显示出，在北京南郊当细 颗粒的气溶胶浓度增加时，细颗粒的气溶胶浓度占T S P 的比例

17、也在增加，也就是说，沙尘天气时， P M l 0 占T S P 的比例经常超过0 3 ，在非沙尘天气时，这一比例经常小于0 2 。这与已有研究一致 权建农采用安德森采样器通过对兰州2 0 0 3 年4 月7 日的一次沙尘过程的观测发现，在沙尘的传输 过程中由于粗粒子的沉降速度大使浓度迅速降低，当沙尘暴到达兰州时沙尘是以1 1 埘0 1 x m 之间 的粒子为主，P M l 0 占巧P 质量浓度的比例为4 3 9 7 。 一l，6量山卜 第九届全国气溶胶套议暨第三届海峡两岸气溶肢技术研讨会 2 4 北京南郊大气降尘总量的月变化 2 0 0 5 年和2 0 0 6 年的大气降尘量 月变化( 图5

18、) 显示，春季的大气降尘 量最大，超过3 0 9 m 2 ，2 0 0 6 年4 月的 大气降尘量甚至超过6 0g m 2 ，而其它 季节则较小，平均约为1 3g ，m 2 。2 0 0 6 年春季产生的降尘量比2 0 0 5 年春季明 显增多，主要是由于2 0 0 6 年春季发生 了数次严重沙尘事件，而2 0 0 5 年春季 北京发生的沙尘事件较少有关。 2 0 0 5 年和2 0 0 6 年的月大气降尘 量与月均P M l o ( p g ，m 3 ) 的散点图( 图 6 ) 显示，大气降尘月总量与大气中的 可吸入颗粒物P M I O 的月均值有较好 的相关性，相关系数酽为0 5 6 。这

19、说 明，地面上的降尘主要受大气灰尘浓 度的影响，当沙尘天气发生时，大气 沙尘浓度的显著增加会增加地面降尘 量。需要说明的是T s P 中的粗颗粒( 空 气动力学直径 l O J m ) 部分容易形成 降尘，而P M I O ( 空气动力学直径 l O m ) 部分作为飘尘，容易以气溶胶 的形态在空气中悬浮较长时间，形成 的降尘较少。由于缺少对降尘粒径的 系统分析，难于给出P M l 0 在降尘中 的比例情况。 3 皿圈l + 1 世 扩 斗 一5 0 、箩4 0 删 刽3 0 世 旷2 0 斗 1 0 0 05 0 1 0 0 1 5 02 0 0 2 5 03 0 0 3 5 0 P M l

20、 O ( u g m 3 ) 图6 大气降尘量与月均P M l 0 的散点图 F i g 6S c a t t e t p l o to f d u s f f a l la n dP M I Oi nB e i j i n g 3 结论 3 12 0 0 5 年P M O 逐日观测显示，P M l 0 存在明显的季节变化，秋冬季的P M I O 最小，小于1 0 0 p g m 3 。 而春季( 3 、4 、5 月) 的P M I O 较高，经常超过2 0 0 g m ，年均P M I O 为1 l S p , g m J 。 3 22 0 0 5 年珊1 0 与T S P 的相关分析显示两

21、者之间存在较好的相关性，相关系数R z 为0 4 7 。在沙尘 天气时，P M I O 占T S P 的比例增加很快，经常超过0 4 。 3 3 大气降尘总量的月变化显示，春季的大气降尘量最大，超过3 0g m 2 ，大气降尘量与月均P M I O 之间存在较 好的相关性，相关系数舻为0 5 6 。这说明P M I O 可以很好地反映北京沙尘颗粒物的浓度和降尘情况t 更适合作为城市环境质量指标指导北京市的环境污染控制。 参考文献： 1 韩力慧，庄国顺，孙业乐，王自发北京大气颗粒物污染本地源与外来源的区分 J 中国科学( B ) ，2 0 0 5 ，3 5 ( 3 ) ： 2 3 7 2 4 6

22、 2 赵越，潘钧，张红远，郭继勇，魏强，时建纲北京地区大气中可吸入颗粒物的污染现状分析 J 环境科学研究， 2 0 0 4 ，1 7 ( 1 ) ：6 7 - 6 9 3 杨复沫，贺克斌，马永亮，张强，余学春北京P M 2 5 浓度的变化特征及其与P l I I O 、T S P 的关系 J 中国环境科学 2 0 0 2 2 2 ( 6 ) ：5 0 6 - 5 1 0 4 章文星，吕选仁，王普才北京地区大气气溶胶光学厚度的观测和分析 刀中国环境科学，2 0 0 2 ，2 2 ( 6 ) ：4 9 5 5 0 0 2 6 2 第九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨会 5 刘晓东田良

23、，张小曳塔克拉玛干沙尘活动对下游大气P H I O 浓度的影响 J 中国环境科学，2 0 0 4 ，2 4 ( 5 ) ：5 2 8 5 3 2 6 娄淑娟，毛节奉，王美华北京地区不同尺度气溶胶中黑碳含量的观测研究【J 】环境科学学报, 2 0 0 5 , 2 5 ( I ) ：1 7 - 2 2 7 姜忠。石广玉。陈焕森北京市1 9 9 8 2 0 0 1 年大气气溶胶粒子教浓度分析 J 】气候与环境研 究，2 0 0 3 ，8 ( 4 ) ：4 9 5 5 0 2 8 】周丽，徐祥德，丁国安，苗秋菊，魏风英北京地区气溶胶P M 2 5 粒子浓度的相关因子及其估算模型 J 气象学 报2 0

24、0 3 , 6 1 ( 6 ) ：7 6 1 - 7 6 8 9 王庚辰，谢骅，万小伟，任丽新北京地区气溶胶质量浓度及组分随高度I 腋gC J 环境科学研究，2 0 0 4 ，1 7 ( I ) ：3 7 - 4 0 ， 1 0 间逢旗，胡欢陵，吴永华，范爱媛，虞统北京地区夏冬季气溶胶不同参数的相关性分析 J 】，环境科学研 究，2 0 0 4 ，1 7 ( I ) ：3 4 - 3 6 n 杨东贞。颜鹏，徐样德北京风沙天气的气溶胶特征 J 应用气象学报, 2 0 0 2 ，1 3 ，增刊：1 8 5 - 1 9 4 1 2 王玮，岳欣，刘红杰，潘志，汤大钢等北京市春季沙尘暴天气大气气溶腔污染

25、特征研究 J 环境科学学报， 2 0 0 2 。2 2 “) ：4 9 4 4 9 8 1 3 权建农，奚晓霞，王鑫李杰等兰州市2 0 0 1 年沙尘气溶胶质量浓度的特征分析 J 中国沙漠，2 0 0 5 ，2 5 ( I ) ：9 3 9 7 C h a r a c t e r i s t i c so fP M l 0c o n c e n t r a t i o na n di t sr e l a t i o n s h i pw i t hT S Pa n d d u s t f a l li ns o u t h e r nB e i j i n g Y A NH a u ，J I

26、 A OM e i - y a n ( N a t i o n a l M e t e o r o l o g i c a lC e n t e r , C h i n aM e t e o r o l o g i c a l A d m i n i s t r a t i o n ，B e i j i n g1 0 0 0 8 1 ) A b s t r a c t , P M l 0 ，T S P , a n dd u s f f a l lo b s e r v a t i o ni ns o u t h e r nB e i j i n gw e r ea n a l y z e d

27、D a i l ya v e r a g eP M l 0f o r y e a r2 0 0 5i 1 1 d i c a t e st h a tP M l 0h a sa no b v i o u s l ys e a s o n a lv a r i a t i o n P M l 0i sm o r es m a l l e rw i t hav a l u eo f l e s st h a n1 0 0 p g 柑i na u t u m na n dw i n t e r , a n dm o r eb i g g e rw i t hav a l u eo fo v e r2

28、 0 0 g m ji ns p r i n g T h e r e e x i s t sag o o dc o r r e l a t i o n ( R 2 = O 4 7 、b e t w e e nP M l 0a n dT S P M o r e o v e r , u n d e rd u s tw e a t h e r , t h er a t i oo f P M l Ot oT S Pi n c r e a s e sv e r ys i g n i f i c a n t l yw i t hav a l u eo f o v e r0 4 M o n t h l yd

29、 u s f f a l l 幽o w sas i m i l a rf e a t u r e t oP M l 0w h i c hd u s f f a l li st h el a r g e s ti ns p r i n gw i t hav a l u eo fo v e r3 0 9 m P M l 0i sm o r es u i t a b l ef o rt h e s t u d y o f d u s t p a r t i c l e i l l B e i j i n g ， K e yw o r d s ：B e i J i n g ；M a s sc o n m 毗i o n s ；P M I O ；t o t a ls u s p e n d e dp m - f i e l e ( T S P ) ；d u s t 妇 l 2 6 3