昆明城区颗粒物质量浓度变化特征及驱动因素研究.pdf
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1、第42 卷第5期2023年10 月大气环境昆明城区颗粒物质量浓度变化特征及驱动因素研究李中杰,李亚丽,严长安,张大为(1.昆明市生态环境科学研究院,昆明6 50 0 32;2 云南省生态环境科学研究院,昆明6 50 0 32)摘要:为探究颗粒物对昆明城区环境空气质量的影响,基于2 0 152 0 2 0 年颗粒物质量浓度数据,利用Spearman相关性分析、允余分析方法对颗粒物质量浓度时空变化特征及其驱动因素进行深入研究。结果表明:2 0 15 2 0 2 0 年期间,可吸入颗粒物(PMio)、细颗粒物(PM2.5)质量浓度均呈现显著下降的变化趋势,年内旱季整体高于雨季,日内呈“双峰双谷”波动
2、变化趋势且夜间显著高于白天;颗粒物质量浓度的主要影响因素是风速,并与降水量、相对湿度、气温呈现显著负相关,但也受到区域传输、人类活动等多种因素影响。未来,应分区域、分时段(旱季和雨季、登间和夜间)制定差异化的污染管控措施,重点控制PMio质量浓度并使PM2.5质量浓度持续下降,为持续提升昆明城区环境空气质量水平提供科学依据。关键词:可吸人颗粒物(PMio);细颗粒物(PM2.5);变化特征;驱动因素;昆明中图分类号:X51文章编号:10 0 1-36 44(2 0 2 3)0 5-0 0 47-0 7Study on the Variation Characteristics and Driv
3、ing Factors of Near-surfaceAtmospheric Particulate Matter Concentration in Kunming Urban AreaLI Zhong-jie,LI Ya-li,YAN Chang-an,ZHANG Da-wei1四川环境SICHUAN ENVIRONMENTD0I:10.14034/ki.schj.2023.05.008文献标识码:AVol.42,No.5October 2023(1.Kunming Institute of Eco-Environmental Sciences,Kunming 650032,China;2.
4、Yunnan Research Academy of Eco-Environmental Sciences,Kunming 650032,China)Abstract:In order to explore the impact of particulate matter on the ambient air quality in Kunming urban area,based on theparticulate matter concentration data from 2015 to 2020,spearman corelation analysis and redundancy an
5、alysis were used toconduct an in-depth study on the temporal and spatial variation characteristics of particulate matter concentration and their drivingfactors.The results showed that the mass concentrations of inhalable particulate matter(PMlo)and fine particulate matter(PM2.5)presented a significa
6、nt decreasing trend during 2015 2020,and the dry season was generally higher than the rainyseasonduring the year,and both showed a W shape(double peaks and double valleys)during the day,and the night wassignificantly higher than the day.The main influencing factor of particulate matter concentration
7、 is wind speed,which has asignificant negative correlation with precipitation,relative humidity,and air temperature,it is also affected by various factorssuch as regional transmission,human activities,etc.In the future,differentiated pollution control measures should be formulatedin different region
8、s and periods(dry and rainy seasons,day and night),focusing on controlling the concentration of PMio andcontinuously reducing the concentration of PM2.5,so as to provide a scientific basis for continuously improving the ambient airquality level in Kunming urban area.Keywords:Inhalable particulate ma
9、ter(PMo);fine particulate matter(PM2.s);variation characteristics;driving factors;Kunming引言近年来,随着城市化建设和工业化进程加快,很多城市和区域出现了大量污染物排放、污染事件收稿日期:2 0 2 2-0 8-2 2基金项目:云南省中青年学术和技术带头人后备人才项目(2 0 2 10 5AC160015)。作者简介:李中杰(19 8 3),男,河南商丘人,2 0 0 8 年毕业于云南大学生态学专业,硕士研究生,高级工程师,主要从事环境科学、生态学、双碳战略研究。通讯作者:张大为,9 0 352 417 6
10、 。频发、大范围灰霾天气、能见度和空气质量状况下降等问题,在京津冀及周边地区、华北平原、长三角地区、汾渭平原等区域,因颗粒物引发的环48境污染问题受到科学界的广泛重视2-3,对我国的生态环境、公共健康及社会经济发展带来了严重影响4 6 。已有研究表明,环境空气中颗粒物浓度变化受到污染物本地来源7 、气象因素10、以及邻近污染源和中远传输距离传输等因素的叠加影响,不同区域的颗粒物浓度变化特征基本一致,但在变化特征对应的时间上存在差异7 ,而同一四川环境116.52.6.118:18882/KMKQZL/index.html);同期地面气象资料为昆明市国家基本气象站(10 2.39 E,2 5.0
11、 0 N)常规项观测数据。富民居42卷N址龙区区域因不同因素的影响程度存在差异,其浓度变化对相同因素的响应程度也不同12 16 。近年来,关于昆明地区大气颗粒物污染特征17-19 、理化特征2 0 2 2 、来源解析2 0,2 3 2 5 等方面开展了一些研究,但对区域内大气颗粒物长时间序列的污染变化特征及综合驱动因素等方面的研究相对不足。为此,利用昆明城区2 0 152 0 2 0 年的颗粒物质量浓度及气象因素数据,分析长时间序列、多尺度的变化特征及其与影响因素的响应关系,对影响颗粒物质量浓度变化的驱动因素进行深人研究,以期对昆明城区大气污染防治、环境空气质量持续改善提供参考依据。1材料与方
12、法1.1研究区概况昆明地处中国西南地区、云贵高原中部,是云南省省会、滇中城市群中心城市,是中国面向东南亚、南亚开放的门户城市,市域面积2.1万km,属北纬低纬度亚热带高原山地季风气候,受北亚热带湿润季风气候影响,常年风向为西南风,多年平均风速为2.9 4m/s,静风频率为2.0 8%(多集中在每年11月至次年1月);多年平均气温在15.7左右;多年平均降水量9 7 8.8 mm,但呈现年内降水不均、干湿分明特点,其中每年510 月为雨季,降水量约占全年的8 5%,11月至次年4月为旱季,降水量仅占全年的15%。昆明城区包括五华区、盘龙区、官渡区、西山区、呈贡区,中心海拔约18 9 1m,总体呈
13、现三面环山、一面临水、北高南低的地形特点。1.2数据来源研究对象为2 0 152 0 2 0 年6 个年度的可吸入颗粒物(PM1o)、细颗粒物(PM2.5)质量浓度小时数据,包含昆明城区7 个环境空气国控监测点位(图1:东风东路、龙泉镇、关上、金鼎山、碧鸡广场、呈贡新区,以及西山森林公园(背景值监测点),数据来源于昆明市环境空气质量一张网环境空气质量实时发布平台(http:/龙泉镇金鼎山碧鸡场一东风东路关上泰共公园官微区棋迪水体图例蓝测点位昆明主城区县级行政区图1昆明城区环境空气监测点位示意图Fig.1Schematic diagram of the ambient airmonitoring
14、 points in Kunming urban area1.3数据处理与分析方法1.3.1数据处理方法参照GB30952012环境空气质量标准和HJ6632013环境空气质量评价技术规范(试行)相关要求对颗粒物进行评价,颗粒物包括可吸人颗粒物(PMlo)、细颗粒物(PM2.5)2 项,PM1o与PM2.5小时数据为各点位1小时质量浓度的算术平均值,日数据为一个自然日2 4小时平均浓度的算术平均值,月数据为一个日历月内日平均浓度的算术平均值,年数据为一个日历年内日平均浓度的算术平均值。1.3.2统计分析方法利用MicrosoftExcel2021对可吸人颗粒物(PM i o)、细颗粒物(PM2
15、.5)质量浓度的日、月、年度变化特征数据统计和处理;利用SPSS26.0对可吸人颗粒物(PMio)、细颗粒物(PM2.5)质量浓度与影响因素进行Spearman 相关性分析,分析影响昆明城区可吸人颗粒物(PM1o)、细颗粒物(PM 2.5)质量浓度变化的主导因素;使用CANOCO经井区星贡新区星黄区K邢宁区名用E区5期5软件(CANOCO,M i c r o c o mp u t e r Po w e r l n c.,It h a-ca,NY,U SA)进行余分析;利用Origin2021(O r i g i n L a b Co r p o r a t i o n,No r t h a m
16、p t o n,M A)进行变化趋势图制作。2结果与讨论2.1环境空气质量变化趋势及影响因素分析分析结果显示,2 0 15 2 0 2 0 年昆明城区PMio质量浓度在40 58 g/m之间,PM2.s质量浓度在2230g/m之间,均低于GB30952012环境空气质量标准年均值二级浓度限值。2 0 15 2 0 2 0年期间,PMio、PM 2.s 质量浓度均呈现显著下降的变化趋势(Spearman 秩相关,p=0.05),与2 0 15年相比,2 0 2 0 年PMio、PM 2.5年均浓度分别降低28.0%、2 5.3%。这与近年来昆明市持续调整产业结构、不断优化能源结构和运输结构、大力
17、实施施工场地扬尘管控等蓝天保卫战控制措施具有较大关系19 。根据统计,全市三次产业比重由2 0 15年的4.7:40.0:55.3调整为2 0 2 0 年的4.6:31.2:6 4.2 2 6 ,实施了昆明主城区重点污染企业搬迁改造或关闭退出;完成主城区范围内天然气置换,推进高污染燃料禁燃区划定,实施城乡“煤改气”“煤改电”工程建设;完成黄标车辆和老旧车辆淘汰工作,持续推进柴油货车污染治理专项行动;全面加强建筑工地扬尘及道路运输扬尘管控,做好裸露土地、城市面山“五采区”等面源污染治理。根据环境空气质量指数评价结果,2 0 152 0 2 0年昆明城区环境空气优良率分别为9 7.8%、98.9%
18、、9 8.6%、9 8.9%、9 7.5%、10 0.0%,环境空气质量持续改善;与此对应,2 0 152 0 2 0 年环境空气综合污染指数整体呈现波动下降的变化趋势(图2),综合污染指数由2 0 15年3.7 3降到10090807060504030201012345678 9101112旱季雨季时间(月)图3昆明城区PMio与PM2.s质量浓度年内变化趋势Fig.3 The monthly variation trend of PMio and PM2.5 concentrations李中杰等:昆明城区颗粒物质量浓度变化特征及驱动因素研究4.5环境空气优良率(%)4.03.51.00.5
19、0201520162017201820192020时间(年)图2 220152020年昆明城区环境空气质量变化趋势图Fig.2Variation trend of ambient air quality in 2015 20202.2颗粒物质量浓度变化特征2.2.1年内变化特征年内变化特征分析结果显示(图3),PMioVPM2.5质量浓度年内总体呈现“峰陡谷平”波动变化的态势,其中13月份呈现持续上升趋势,在每年3月份达到年度峰值(PMio在2 0 17 达到82g/m,PM 2.s 在2 0 18 达到46 g/m)后呈现持续下降趋势,在每年的6 7 月份到达年度谷值(PMlo在2 0 19
20、 为2 4g/m,PM 2.s 在2 0 2 0 为11g/m),此后呈现逐渐上升的趋势,这与昆明区域颗粒物的最高浓度多出现在3月份的研究结果一致18-1O结合昆明区域干湿分明的特点来看,旱季PMio、PM2.5质量浓度整体高于雨季,与雨季相比,旱季PM1o、PM 2.s 质量浓度多年均值分别升高46.1%和56.5%。60(/r)吾里 d50403020100123456789101112季早季492020年的3.0 4,从污染物负荷占比来看,PMiovPM2.5在污染物负荷中的占比相对稳定,对综合污染指数的贡献率在41%44%之间,其对昆明城区环境空气质量的影响不容忽视。5.0其他(SO2
21、,NO2,CO)臭氧颗粒物0雨季旱季时间(月)勿112 011010090(%)80R8840302010502.2.2日内变化特征日内变化特征分析结果显示(图4),昆明城区颗粒物质量浓度夜间相对稳定而昼间变化程度大,PMio、PM 2.s 质量浓度日内均呈“双峰双谷”波动变化趋势,且夜间浓度(2 2:0 0 至次日6:0 0)显著高于白天(7:0 0 2 1:0 0),日较差百分比(夜间与白天均值的差值除以白天均值)分别是2 4.7%、2 2.6%。其中,PMlo、PM 2.s 质量浓度在每日0:0 0 6:0 0 时均呈现平稳下降趋势,在6:0 0 时达到每日的第一谷值后呈现小幅上升趋势,
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