莱西市大气颗粒物PM2.5和PM10污染特征与潜在源研究

来源 :青岛理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:steve0309
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本文基于莱西市2017年1月-2020年2月大气颗粒物PM2.5和PM10监测数据、其他气态污染物(SO2、NO2、CO、O3)的逐时浓度数据,结合气象数据(温度、气压、相对湿度、风速)和GDAS再分析气象数据等,综合运用数理统计的方法,分析了 PM2.5和PM10污染的时间变化规律(年、季、月、日、疫情停工期间),运用Kriging空间插值法分析了 PM2.5和PM10在2019年及四季的空间分布特征,使用SPSS的线性回归分析和pearson相关分析法对大气颗粒物与气象因素、气态污染物的关系进行讨论,利用后向轨迹聚类、PSCF法和CWT法分析了莱西市四季以及两次重污染天气(包括疫情期间的一次重污染天气)PM2.5和PM10的潜在来源。主要结果如下:(1)大气中PM2.5和PM10浓度有明显的时间变化规律。近3年PM2.5和PM10年际变化均呈先减后增趋势,其中2017年浓度最高,2018年浓度最低但均超过二级标准浓度;PM2.5日超标率(17%)大于PM10日超标率(13%),因此莱西市的细颗粒物超标污染较为严重。从季节分布特征来看,PM2.5、PM10以及PM2.5/PM10比值季节均为夏季最低,冬季最高。从月分布特征来看,PM2.5和PM10浓度1-8月份整体呈现下降趋势,9-12月整体都在上升。PM2.5和PM10月均浓度高值主要集中在1-4月、11-12月份,低值主要分布在5-9月份。PM2.5/PM10比值月变化明显,并呈“W”型,2月、7月和12月比值最高,5月和9月比值最低。从逐时分布特征来看,PM2.5和PM10四季逐时浓度变化曲线呈“双峰”分布,小时浓度均值较高的时段主要集中在早晚交通高峰(7:00-10:00、19:00-22:00),较低的时段分布在凌晨3:00-6:00和下午14:00-17:00。PM2.5/PM10 比值在早上8:00-10:00明显升高,说明PM2.5浓度贡献较大。PM2.5和PM10浓度在2020年1月25日-2月10日新冠肺炎疫情停工停产期间与2017-2019年同期比较,2020年比2017年降低了 9.7%,比 2018 年、2019 年分别升高了 16.8%、15.2%;PM10浓度与 2017 年、2019年相比,分别降低了 13.0%、20.1%,比2018年升高了 12.1%。与整个冬季相比,疫情期间PM2.5和PM10分别降低了 7.9%、12.9%,可见疫情期间严格的管控措施使得PM2.5和PM10有所改善。PM2.5/PM10比值在2019年最低,为0.54,2020年最高,为0.76,说明疫情严控期间细颗粒物污染较为严重。(2)大气颗粒物PM2.5和PM10有明显的空间分布规律。PM2.5和PM10浓度年均和四季空间分布较为相似,均呈明显的片状分布,自南向北逐层递减,中南部地区的PM2.5和PM10污染比较严重,北部地区污染较轻。PM2.5和PM10浓度较高的地区主要是夏格庄镇、望城街道、沽河街道等地,浓度较低的地区主要是马连庄镇、河头店镇、南墅镇等地。(3)PM2.5与气压呈正相关关系,与温度、相对湿度、风速均呈负相关关系。PM10与气压呈正相关关系,与温度、风速呈均负相关关系,与相对湿度相关性不显著;通过对PM2.5和PM10与气温、气压、风速以及相对湿度进行偏相关和pearson相关分析,并对两个不同的相关系数进行对比,发现控制气温、相对湿度、风速不变时,PM2.5和PM10与气压的偏相关系数与未控制这三个变量时数值差异较大,分别由-0.167、-0.137变成0.299、0.271,说明PM2.5和PM10与气压之间的关系受其他气象因子影响,不能单独分析其中一个气象因子。除气压以外,控制其他气象因子的影响,PM2.5和PM10与其他气象因子的pearson相关系数和偏相关系数相差较小,表明受温度、气压和相对湿度的影响比较小。(4)从PM2.5和PM10年均浓度相关性来看,两者之间有显著正相关关系,说明两者存在同源性,并有着相似的污染演变和迁移转化规律。从不同季节来看,冬季和夏季PM2.5和PM10质量浓度之间的相关性系数(分别为0.98、0.92)明显大于春季和秋季(0.83、0.84)。大气中的PM2.5与气态污染物之间存在一定关系,从全年来看,PM2.5与SO2、NO2、CO具有正相关性,与O3呈较弱的负相关性;从不同季节来看,秋季和冬季PM2.5与SO2、NO2、CO相关性明显高于春季和夏季,PM2.5与O3夏季相关性最高,在冬季呈较弱的负相关。利用pearson相关系数验证结果来看,PM2.5和PM10之间、PM2.5和PM10与SO2、NO2、CO、O3之间pearson相关系数与线性回归相关系数较为一致。(5)春、秋、冬季气流以西北和偏北方向的长距离输送为主,其次为来自山东西部地区的气流,夏季来自黄海的东南气流占比最大。冬季气流轨迹对应的PM2.5、PM10浓度最高,夏季最低。冬季PM2.5/PM10最高,说明细颗粒占比较大,也证明二次污染较重,秋季相对较低。潜在源因子和浓度权重轨迹分析表明,莱西市四季大气PM2.5、PM10的潜在源区分布类似,均为冬季最广,其次是春季和秋季,夏季最小。潜在源区主要分布在莱西市本地及邻近市县、山东中西部、河北东南部、山东与河南和安徽交界处。(6)利用后向轨迹、PSCF及CWT法对莱西市2020年1月1日-1月5日重污染天气分析结果表明:莱西市在西北方向(山东北部、河北)和西南方(山东西南部、安徽北部)各有一个PM2.5和PM10污染物气流输送通道;莱西市两次重污染过程PM2.5和PM10主要来源于莱西及周边地区、河北南部、山东北部,由于气流轨迹不同,山东东南部也有一定的贡献。
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