2014年郑州市一次灰霾天气下空气污染特征分析

刘奕尧， 邢梦林， 王维思， 曾 洋， 郭 发　(河南省环境监测中心，河南郑州 450004)



2014年郑州市一次灰霾天气下空气污染特征分析

刘奕尧， 邢梦林， 王维思， 曾 洋， 郭 发(河南省环境监测中心，河南郑州 450004)

近年来，我国空气中SO2和颗粒物等污染防治工作取得积极进展，但是随着社会经济的快速发展和工业化、城市化进程的加速，全国整体的环境空气污染形式依然十分严峻，呈现出煤烟型与氧化型污染共存、局地污染和区域污染相叠加、污染物之间相互耦合的复合型大气污染特征[1]。在我国京津冀、长三角、珠三角为代表的经济快速发展的重点地区均出现了不同程度的区域性大气复合污染问题[2]，以臭氧(O3)为特征的区域光化学烟雾时有出现，以大气细颗粒物(PM2.5)污染为特征的灰霾天气频发，严重威胁人民群众的身体健康和生态安全，已成为社会各界高度关注和亟待解决的重大环境问题[3]。

经过近10年的研究，对于国内灰霾的发生时间、污染源及其与风速、相对湿度、能见度、逆温层等气象因素的关系已有了较深的认识[4-5]。然而，因早期技术限制，对于霾期间特征污染物的研究较少[6]。大气稳定度仪通过测量附着在颗粒物上的氡子体的放射性来判断垂直方向上大气的稳定性，最终得以判断大气污染物扩散情况[7]。激光雷达可以探测到不同高度大气气溶胶的强弱信号，使得研究气溶胶垂直分布特征多了一种技术手段。如王苑等[8]利用微脉冲激光雷达对上海浦东2008年12月~2010年11月霾期间气溶胶消光特征进行了分析；丁铭等利用黑碳仪对苏州市区秋末、初冬时段黑碳气溶胶浓度变化进行研究[9]；崔虎雄等利用粒径谱仪对上海浦东冬季颗粒物浓度及其谱分布特征进行分析[10]。笔者利用大气稳定度仪、EC/OC、粒径谱仪、激光雷达等，对2014年十一期间郑州地区的一次灰霾天气和后期一个非霾日进行了不间断观测，结合霾天气地面气象要素和PM10、PM2.5质量浓度资料，探讨霾天气过程大气气溶胶消光系数垂直分布特征、MLH变化特征以及MLH与PM2.5的关系，有助于对灰霾天气的形成机制与污染特征的进一步认识。

1灰霾天气下空气污染物监测

1.1监测地点、时间监测地点位于河南省辐射环境安全技术中心5楼楼顶(34°45′41″ N，113°41′58″ E)，采样口距地面约25 m。该地点地处郑州市金水区，附近主要为住宅区，500 m内无明显工业源，交通源和生活源对其有一定影响。观测时间为2014年8月~2015年1月。

2.2监测仪器监测仪器的型号及生产厂家见表1。

表1　监测仪器

2结果与分析

2.1重霾天气下城市摄像对比拍摄地点为河南省大气灰霾站。由图1可知，2014年10月5日(能见度2 073 m)、11月22日(能见度1 524 m)雾霾现象较为严重，2015年1月5日(能见度2 452 m)也出现雾霾天气，而晴好天气下2014年11月12日(能见度19 057 m)同一时刻能见度较好。

2.2重霾天气下污染物相关性分析

2.2.1黑碳与大气稳定度。由图2可知，灰霾天气下黑碳880 nm数值明显高于日常平均值，可见光被这些黑碳粒子吸收后影响了能见度。此外，这两天当中大气稳定度明显偏高(图3)，大气层边界稳定，不利于污染物扩散，所以形成严重雾霾天气。

2.2.2PM10与EC。由图4可知，2014年10月5日颗粒物(PM10)浓度全天都在250 μg/m3以上，凌晨03：00最高，达558 μg/m3，主要是因为秋收刚结束，郑州周边存在烧秸秆现象。国庆节日期间河南多地市出现霾天气，其中秸秆燃烧是主要诱因。而2014年10月5日元素碳(EC)浓度呈下降趋势。

2.2.3颗粒物粒径分布。由图5可知，2014年10月5日粒径小于1 μm颗粒物(PM1)占总颗粒物的比例较之8~12月均值有很大提升，而大于1 μm、小于2.5 μm的颗粒物(PM2.5)比正常天气下有所下降，说明2014年10月5日是一次以PM1为主要污染物的雾霾过程。

2.3激光雷达观测结果分析由图6可知，2014年10月1~8日，国庆期间河南全省火点主要集中在豫中、豫东地区，郑州周边有明显较多火点。图7是利用激光雷达在532、355 nm波长下进行遥感探测得出的消光图和退偏图。2014年10月1日当天有小雨，郑州上空有云，近地面消光数值较低，近地面颗粒物水平也相对较低。10月2日郑州上空退偏值较大，遥感图像上可以观察到有霾存在，疑似秸秆燃烧烟尘。10月3日郑州遥感图像明显也变得模糊，气溶胶厚度增大，同时近地面颗粒物增大，污染态势加重。10月4日退偏图显示，在1.5~2.5 km高度上有大量高退偏物质。

由图8可知，2014年10月3日、10月5日两时段有机碳(OC)的浓度较大，且主要位于高湿度时段，表明此时的二次转化速率较大，气态颗粒物向固态颗粒物转化速度快，此时雷达的高消光特性，二次无机盐的贡献可能较大。10月5日遥感图像上显示整个河南省中、东部地区污染较为严重，受此影响，边界层高度较低，只有1 km左右，垂直扩散能力弱，在一定程度上导致污染的累积程度加强，近地面消光系数较大，颗粒物以细粒子为主。10月6日，受风力增大影响，污染逐渐消散。10月7日受高湿度影响，秸秆燃烧后的气态污染物向颗粒态转变，导致整个华中、华东地区出现大范围污染，此时消光数值较大，退偏减小，颗粒物主要以细颗粒为主。10月8日与7日情况类似，雷达高消光主要为二次转化生成的细颗粒物所导致。

3结论

2014年郑州市一次灰霾天气下空气污染具有以下特点：污染是以秸秆燃烧为诱因，雷达图片图及遥感卫星火点分布图可以在垂直和水平尺度把握生物质燃烧的特征；燃烧后的气态污染物在高湿的环境下，生成二次新生粒子，导致雷达消光增强，污染程度加深。综上所述，该次污染过程是由生物质燃烧所致，污染期间火点数目持续增多，且在高湿作用下存在大量二次粒子生成的一次污染过程。

参考文献

[1] 王瑞斌,李健军,孟晓艳,等.环境空气质量监测技术[M].北京：中国环境出版社，2013.

[2] 唐娴,王喜全,洪也,等.辽宁中部城市群一次灰霾天气过程的外来影响程度研究[J].环境科学学报,2014,34(6)：1541-1550.

[3] 林云,李美玲,宋党育.焦作市城区雾霾天气成因与对策分析[J].河南科技学院学报(自然科学版),2013(5):27-31.

[4] 王明洁,朱小雅,陈申鹏.1981~2010年深圳市不同等级霾天气特征分析[J].中国环境科学,2013,33(9):1563-1568.

[5] KANG H Q,ZHU B,SU J F,et al.Analysis of a longlasting haze episode in Nanjing,China[J].Atmospheric research,2013,120:78-87.

[6] 严国梁,韩永翔,张祥志,等.南京地区一次灰霾天气的微脉冲激光雷达观测分析[J].中国环境科学,2014,34(7):1667-1672.

[7] 王芬娟,张华,MARIA PIA ANCORA,等.通过测量氡的放射性来监测大气稳定度的新方法[J].中国环境科学,2013,33(4)：594-598.

[8] 王苑,耿福海,陈勇航,等.基于微脉冲激光雷达的上海浦东地区不同强度霾研究[J].中国环境科学,2013，33(1):21-29.

[9] 丁铭,邹强,葛顺,等.苏州市黑碳气溶胶的污染特征分析[J].中国环境监测,中国环境监测，2014,30(6):67-71.

[10] 崔虎雄,任小龙,张华.上海市浦东城区冬季颗粒物数浓度及其谱分布特征[J].中国环境监测，2014,30(6):62-66.

摘要2014年10月1~8日国庆期间郑州地区发生了一次严重灰霾天气过程，利用气象观测资料、大气灰霾站监测资料，对郑州空气污染情况进行分析。结果表明，该次污染是由生物质燃烧所致，污染期间火点数目持续增多，且在高湿作用下存在大量二次粒子生成的一次污染过程。

关键词灰霾；颗粒物；秸秆焚烧；郑州

Analysis on Spatial-temporal Characteristics of Air Pollution during a Regional Haze Episode over Zhengzhou in 2014

LIU Yi-yao, XING Meng-lin, WANG Wei-si et al(Henan Environmental Monitoring Centre, Zhengzhou, Henan 450004)

AbstractA serious haze weather process happened in Zhengzhou from Oct. 1 to 8,2014.The air pollution situation were analyzed based on the meteorological observation data and atmospheric haze station observation data. The results showed that biomass burning leaded to the pollution. The amount of fire-points increased continuously during the pollution and a great quantity of secondary particles were generated under the influence of high humidity.

Key wordsHaze; Particulate matter; Straw burning; Zhengzhou

收稿日期2015-10-14

作者简介刘奕尧(1986-)，男，河南周口人，助理工程师，硕士，从事大气环境监测研究。

中图分类号S 181.3

文献标识码A

文章编号0517-6611(2015)32-119-03