1. 数据与方法
本文采用的AOD数据,通过安装于杭州国家基准气候 (120°10′E,30°14′N)的CE-318型自动跟踪扫描太阳光度计获取,由法国CIMEL公司生产的CE-318型太阳光度计,其滤光片中心波长分别为340,380,440,500,670,870,936,1020,1640nm,各波段带宽为10nm。仪器的视场角为1°,太阳跟踪精度小于0.1[4]。其中936nm波段主要用于水汽吸收量的测定,其余波段通过一定的反演算法计算可得AOD的数值。太阳光度计每年需要标定一次,通常采用Langley法进行标定以保证数据的精确度。
本文的研究区域为浙江省杭州市,该地区西部为西湖,其他区域主要是城市建筑群,其气溶胶的主要来源为交通和居民的生产生活。本文采用2011年1月1日-2014年12月30日的AOD数据,由于杭州处于梅汛期等天气原因造成实测数据的部分缺失。
PM2.5质量浓度数据由美国R&P公司生产的TEOM1405D型双通道大气颗粒物监测仪获取。采样流量为16.7L/min,其中PM2.5通道流量为3.0 L/min,PM2.5-10通道流量为1.7 L/min,旁路流量为12.0 L/min。每5min读取一次数据,测量精度为±2.0µg/m3(1h平均)和±1.0µg/m3(24h平均),质量测量准确度为±0.75%。本文采取的PM2.5数据为该监测仪所测的杭州地区2011年1月1日-2014年12月30日的PM2.5逐时数据。
2. 研究区概况
大气污染物的来源极其丰富,不同的城市因其地理位置、经济发展、工业化生产水平等众多因素的不同,使其大气污染物来源和分布状况具有明显差异,因此,本文主要针对杭州地区的PM2.5进行研究。
杭州位于天目山东侧,三面环山,地势自西向东依次为山地、丘陵和平原。西部地区主要为西湖, 植被覆盖度较高;西南地区主要为丘陵山区。东部地区是杭州湾,紧靠东海,地势平坦,植被覆盖度较低,人类生活生产相对集中。
近年来随着杭州地区城市化水平的提高,造成人类社会活动频繁、工业化进程不断加快;不合理的能源消费结构,导致汽车尾气、道路扬尘、建筑粉尘等大量空气污染物无组织排放。在湿度、风力等气候条件较适宜的情况下,东部地区大气能见度较低,空气质量较差,成为扬尘天气的主要发生地带[24]。虽然杭州地区秋冬季节盛行西北风,但由于其地理环境等客观因素,难以将空气污染物吹散或稀释,导致空气污染严重,能见度降低,出现大量雾霾天气。另一方面,由于杭州降水主要集中于夏季,雨水对污染物具有冲刷和稀释的作用,利于PM2.5在空气中的湿沉降作用,因此杭州地区夏季大气污染物减少,空气质量较优。
3. PM2.5质量浓度变化特征分析
3.1 PM2.5年均浓度分析
根据分析杭州市区范围内的PM2.5逐时浓度数据可知(见图1),从2011至2014年的4年时间内,大气PM2.5浓度均值大于45.0µg/m3。根据我国最新《环境空气质量标准》(GB3095-2012),杭州市2011年超出国标二级标准13.0µg/m3,2012年超出15.0µg/m3,2013年超出17.2µg/m3,2014年超出12.6µg/m3。杭州市大气PM2.5浓度由2011年的48.0µg/m3上升为2013年的52.2µg/m3,2014年该数值有所下降,降为47.6µg/m3。连续4年内,杭州市区的大气PM2.5浓度是美国《国家大气环境质量标准》(NAAQS)年均质量浓度值15.0µg/m3的3倍多。
据相关资料表明,随着近年来杭州市区城市化水平的提高,机动车数量急速上升,以PM2.5为代表的细颗粒物污染及机动车尾气排放对大气细颗粒物的贡献,成为影响杭州市环境空气质量和大气能见度的关键因素。根据徐昶等人对杭州无车日大气细颗粒物的研究结果可知,在管制期间内NO2、NOx、CO和PM2.5浓度与平日无管制的浓度数据相比,分别下降了17.5%、23.3%、20.6%和32.6%,根据分析PM2.5.的具体组分可知,PM2.5中OC、EC和二次无机组分浓度比管制前下降了13.8%、12.6%和15.7%[25]。由此可知,限制机动车的数量和出行时间,在一定程度上可以有效地降低大气中细颗粒物含量。限制机动车的出行数量和提高机动车尾气排放标准作为国内外控制城市机动车污染的主要措施之一[26],杭州可根据实际交通情况对该措施作相应的调整和修改。