昆明市PM2.5和PM10质量浓度变化特征分析

李 洁1 ，刘芝芹1，彭明俊2， 杨 旭2，李子光3，孙 琳，沈 源

(1.西南林业大学生态与环境学院，云南 昆明 650224；2.云南省林业和草原科学研究院，云南 昆明 650201；3.昆明市海口林场，云南 昆明 650114；4.西南林业大学林学院，云南 昆明 650224)

近年来，空气质量状况受到越来越多人的关注，其中大气颗粒物(PM)是影响中国城市环境空气质量的主要污染物[1]。大气颗粒物质是大气中存在的各种固态和液体颗粒状物质的总称，也称大气气溶胶，根据颗粒物粒径大小，可分为PM0.1、PM2.5、PM10等。其中，PM2.5又称可入肺颗粒物或细颗粒物，指环境空气中空气动力学当量直径2.5μm及以下的颗粒状物质；PM10也称为可吸入颗粒物或飘尘，指空气动力学直径小于及等于10μm的颗粒物[2]。有研究表明，PM2.5和PM10均会对人体产生危害，大部分的PM2.5由于其细小的粒径可以进入人体的肺中并在肺泡中沉积，进入血液循环带入其他器官[3]；PM10的长期累积会引发多种呼吸道疾病, 其浓度也与疾病的发病率和死亡率存在着明显的相关性。

环境污染对人类的生存构成了威胁，因此，对空气中PM2.5和PM10等颗粒物质的研究也逐渐增多。例如贾小芳[4]等研究了2013—2016年北京朝阳站PM2.5质量浓度变化特征；江瑶[5]等分析了2012年苏州地区PM2.5和PM10的时空变化特征；王涛[6]等分析了2017年上海市PM2.5和PM10变化特征及来源；于建华[7]等研究了北京地区PM10和PM2.5质量浓度的变化特征。这些研究多针对北方地区或对PM2.5单个颗粒物进行研究，关于昆明市PM2.5和PM10的全年时空变化研究相对较少，因此，对昆明市空气中PM2.5和PM10质量浓度变化特征进行分析具有一定的意义。

昆明市作为全国主要的旅游城市，因其宜居性，人流量及城市居民人口逐年增长，伴随着城市化的发展，城市区域空气质量呈现下降趋势。 如徐小峰[8]利用2013年1—5月份监测数据，分析表明，细颗粒物(PM2.5)和可吸入颗粒物(PM10)污染形势处于严峻的状态。本文应用2017年定点监测数据，研究了昆明市大气环境中PM2.5和PM10质量浓度，分析空气质量浓度变化规律、成因及PM2.5和PM10两者之间的关系，为科学管理大气环境提供依据。

1 研究区概况

昆明市隶属云南省，素有“春城”之美誉。地处云贵高原中部，东经102°10′～103°40′，北纬24°23′～26°22′，海拔约为1891m，属北纬低纬度亚热带-高原山地季风气候。由于受到印度洋西南暖湿气流的影响，年平均气温15℃左右，平均日照2200h左右，无霜期超过240d，年降水量约1035mm，85%的降水量集中在5—10月的雨季，形成干湿季节分明、阳光充足、雨量充沛、四季如春的特点。昆明主城区的风向以西南为主，有利于污染物的稀释和扩散。

2 研究方法

收集2017年全年昆明市关上、呈贡新区、西山森林公园、龙泉镇、东风东路、金鼎山及碧鸡广场7个环境空气监测点大气污染物PM2.5和PM10的监测数据，利用Excel进行数据处理和绘图, 并使用SPSS 20统计软件对数据进行相关性分析，以讨论PM2.5和PM10的相关性及PM2.5/PM10(P值)特征。

3 结果与分析

3.1 PM2.5和PM10质量浓度季节变化特征

昆明市2017年1—12月，昆明地区不同季节PM2.5和PM10质量浓度的变化呈明显的季节性趋势。PM2.5四季相应的平均浓度分别为31.86μg/m3、19.35μg/m3、25.77μg/m3和33.25μg/m3，冬季和春季明显高于夏季和秋季，且冬季的平均浓度最高，夏季的最低，这与华锦欣[9]等杭州市城区典型区域质量浓度变化特征相似；PM10四季相应的平均浓度分别为68.24μg/m3、39.99μg/m3、51.41μg/m3和64.60μg/m3，夏季平均浓度最低，春季污染物平均浓度最高。PM2.5和PM10质量浓度变化特征大致相似，均为冬季和春季平均值大于夏季和秋季。春季过后，夏季和秋季的PM2.5、PM10质量浓度减小，尤其是夏季浓度。分析认为是气候原因，昆明的雨季一般为5—10月，6—8月为主汛期，伴随着降雨量与降雨次数的增多，冲刷稀释了空气中的颗粒污染物，从而浓度下降[10]。进入冬季后，气候变得干燥，昼夜温差变得明显，出现逆温和大雾天气，导致汽车尾气和建筑施工等造成的颗粒污染物不能及时消散，与此同时，春节期间烟花爆竹的燃放也会污染空气。

3.2 PM2.5和PM10质量浓度月变化特征

2017年昆明市PM2.5、PM10浓度逐月变化的趋势如图1所示，PM2.5和PM10月变化趋势大致相同，具有较好的相关性。在3月、11月、12月PM2.5和PM10浓度明显偏大。1月PM2.5和PM10质量浓度开始增加，峰值出现在3月份(PM10的月平均最大值为77.85μg/m3)，然后开始下降，到6月降到最低(PM2.5和PM10均出现月平均最小值，分别为17.04μg/m3、38.93μg/m3)，7月、8月和9月变化趋于缓和，10月又开始增加至12月(PM2.5出现月平均最大值为42.36μg/m3)。PM2.5和PM10月变化基本呈现相同的规律，这说明PM2.5和PM10在污染物来源和成分上有一定的同源性。

在图1中，颗粒物PM2.5和PM10在3月、11月和12月均有较大幅度的上升，并达到峰值。据分析，在干旱季节，昆明市受到偏西大陆性干暖气团影响，出现少云、高压的天气，另外该季节容易发生辐射逆温现象，并且大气状态通常是稳定的，这不利于颗粒物的稀释和扩散，持续堆积进而造成PM2.5和PM10浓度的增高。与此同时，东北风带来的颗粒物从内陆刮下，相应的浓度有所增加[11]。

3.3 PM2.5和PM10质量浓度日变化特征

为了进一步了解大气中PM2.5和PM10污染物的时间变化规律，对PM2.5和PM10的浓度平均值在不同时刻进行统计分析，得到图2中昆明市PM2.5和PM10质量浓度日变化特征。

总体来说，PM2.5和PM10质量浓度日变化较大，大体上呈现双峰型，特别是PM10质量浓度的日变化趋势更为显著。PM2.5和PM10质量浓度峰值均出现在上午9∶00和凌晨1∶00，谷值则出现在下午16∶00和17∶00。峰值出现在上午9∶00是因为早晨上班期间人类活动量增加，各种机动车尾气的排放，致使空气中PM2.5和PM10浓度上升。之后，随着太阳光照的增强，温度逐渐升高，大气活动也逐渐活跃起来，有利于污染物的稀释与扩散，到下午16∶00、17∶00左右，PM2.5和PM10浓度达到谷值。伴随着下班晚高峰的出现，车流量增加，再加上居民做饭释放出的烟尘及大气温度下降等因素，PM2.5和PM10的浓度又开始上升，直到凌晨1∶00另一个峰值出现。

3.4 PM2.5/PM10(P值)特征分析

PM2.5和PM10质量浓度之比，即P值，可以反映出空气中可吸入颗粒物中细颗粒物质所占的比例。如图3所示，根据2017年12个月均浓度值的统计，P值在0.436～0.558，不同季节PM2.5/PM10平均值相差较大，冬季PM2.5/PM10平均值最高，为0.505，即细颗粒物所占比例在50%以上，其次是秋季，说明秋冬季是昆明市细颗粒物污染严重的季节，环境危害较大。春季PM2.5/PM10平均值为0.467，说明细颗粒物污染较轻。

3.5 PM2.5和PM10的统计检验

3.5.1 统计相关性检验

利用SPSS数据统计软件对2017年昆明市PM2.5和PM10的日均值质量浓度数据进行统计分析。计算出PM2.5和PM10的Pearson相关系数为0.924，在0.05的水平(双侧)上显著相关。说明PM2.5和PM10质量浓度之间存在显著的相关性。而昆明市可吸入颗粒物中细颗粒物所占比重大，所以控制好大气中PM2.5的含量，对于提高昆明市空气质量起着重要的作用。

3.5.2 统计回归分析

为了进一步研究PM2.5和PM10质量浓度之间的相关性，将PM2.5和PM10的日均值浓度绘制为二维坐标散点图。从图4可以看出，PM2.5和PM10之间存在着显著的线性相关性，以PM10日均值为自变量x，PM2.5日均值为因变量y的直线拟合方程为：y=0.526x-1.956，相关系数方值R2=0.853。

回归方程的相关系数方值R2达到了0.85以上，说明直线对散点的拟合度较高，能够反应出二者的关联规律。直线斜率为0.526，而截距值为-1.956。一方面说明PM2.5占PM10的比例较高，另一方面说明PM2.5的变化主要取决于PM10的变化规律，二者变化同步率较高。PM2.5和PM10的高度线性相关支持了可利用数学模型结合PM10数值计算得出PM2.5的模拟值。

4 结论

(1)在2017年期间，PM2.5质量浓度呈现出冬春季高于夏秋季的特征，且最高峰为冬季；冬春季的PM10质量浓度高于夏秋季，最高峰为春季；

(2)PM2.5和PM10质量浓度月变化趋势基本相同，3月、11月和12月浓度明显偏大；

(3)PM2.5和PM10质量浓度峰值均出现在上午9∶00和凌晨1∶00，谷值则是出现在下午16∶00和17∶00；

(4)PM2.5/PM10值的范围为0.436～0.558，且冬季P值最高，其次为秋季，表明秋冬季是昆明市细颗粒物污染严重的季节；

(5)PM2.5与PM10质量浓度之间存在显著相关性，相关系数方值R2为0.853。

5 建议

昆明市大气颗粒物污染的主要原因：首先，受气象因素的影响，低纬高原山地季风气候的典型特点是干湿季节分明，雨季对污染物的冲刷作用明显，冬季昼夜温差大，且常常出现逆温和大雾天气，即使没有污染物的异常排放，空气中的污染物也无法得到及时扩散，持续堆积造成PM2.5与PM10等污染物浓度的升高[12]；其次，各种机动车数量增多，在驾驶过程中产生大量的废气和扬尘，是产生大气颗粒物的主要途径；由于市政工程建设，如大量的道路改造、房屋拆迁、渣土清运、建筑施工等也造成了大量的扬尘[13]。

对此，应该采取相应措施进行治理：加快城市公共交通的发展，完善绿色大公交系统，积极推进低碳出行；加强对机动车尾气污染监督管理，对机动车尾气开展环保年检和抽检工作，防治机动车尾气污染；减少扬尘污染，加强建筑施工和道路施工管理，施工过程中，必须要求搭建围栏，用防尘网遮挡及采取洒水的措施控制建筑、施工等动土工程中的扬尘；加强运输渣土车辆密闭管理，运输过程中车辆必须加盖，以避免渣土泼洒；风速大的时候，必须及时对路面进行洒水；加强城区绿化管理，在土地资源有限的前提下，可结合垂直绿化的方式，增加城市道路的绿化率。