中国3个特大城市的颗粒物和气态污染物的现状影响外文翻译资料

 2022-11-29 15:37:26

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中国3个特大城市的颗粒物和气态污染物的现状影响

Xiaoyan Ma, Hailing Jia

摘要：由最近发布的从2014年4月到2015年3月中国三大城市（北京，上海和广州）的颗粒物（PM）和气态污染物（SO2、NO2和O3，CO）观测数据来分析当前的空气污染状况。同一时期的气象数据也被用来解释空气污染物的变化。由PM2.5和PM10的年平均质量浓度表明，最大幅度和最强的季节变化发生在北京，以及最低幅度和最弱的季节变化发生在广州。在研究期间，37%、21%和7%的PM2.5，20%、6%和1%的PM10质量浓度，超过了国家环境空气质量标准(NAAQS)二级。北京的PM2.5与PM10的比值(0.22)存在较大差异，这一比值几乎是上海的两倍(0.12)。与北京和上海相比，广州的春夏两季都没有出现过，这只集中发生在秋季中旬到冬季。在这三个城市中，从晚秋到冬季的NO2浓度显著增加，这与PM浓度的季节变化是一致的。SO2的浓度在冬季略有增加，CO还显示由于车辆的冷启动，冬季的排放量增加。在研究期间SO2和CO浓度低于ii级标准，但从晚秋到冬季的NO2浓度超过二级标准。与10年前的浓度相比，SO2下降约70%，NO2下降约25%，CO下降约45%。O3表现出强烈的季节变化，夏季相对较高，冬季较低，这与其他气体污染物和PM污染的季节变化截然不同。此外，还研究了诸如降水、风速、相对湿度和温度等气象条件对PM和气体浓度的影响。

关键词：PM2.5；PM10；气态污染物；中国特大城市　

  1. 引言

随着经济的快速发展和人口密度的增加，中国污染物排放在过去的几十年中已增加到相当大的程度上，导致了严重的空气污染问题。颗粒物（PM）和气态污染物浓度在中国城市地区明显增加，尤其是在人口最稠密和工业化的地区，如北京津冀（BTH），长江三角洲（长三角），以及珠江三角洲地区（珠三角）。例如，在空气中直径等于或小于2.5毫米（PM2.5）的颗粒的平均平均浓度在北京（He et al.，2001）100 mg/m3，在上海（Ye et al.，2003）观察到超过100毫克/立方米，大大超过世界卫生组织（WHO）指南值10毫克/立方米（WHO，2005）。近年来，PM污染的严重程度和频率呈上升趋势（Deng et al., 2008；Li et al., 2011;Zhang et al., 2008; Zhao et al.,2013）。

在过去的几十年研究中已经监测和分析了中国一些城市地区基础特征（He et al., 2001; Ye et al., 2003., Tie et al., 2009; Wang et al., 2012; Zhang et al., 2012,2013; Zhao et al., 2013; Sun et al., 2014; Guo et al., 2014; Huang et al., 2014）。近年来，制定和颁布了一系列法律法规和标准，以减少城市空气污染物排放，改善城市空气质量。从2012年3月起，中国环境保护部（CMEP）正式修订发布了环境空气质量指数（AQI），以及包括PM2.5、PM10、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、1小时臭氧（O3）峰值以及8小时O3峰值等七种污染物，其观测范围覆盖100多个主要城市。在这项研究中，我们利用最近公布的观测数据来研究中国的两种颗粒物和气态污染物，这有利于提高我们对排放源空气质量退化形成的机制和可能的原因等问题的理解。与以前的大多数研究相比，它们的形成机制，以及可能导致空气质量退化的原因，在本研究中使用的CMEP数据集包括更多城市的监测站点，从而更好地代表城市空气质量状况。此外，数据还提供了对空气污染物的连续监测，这使我们能够探索研究季节性和年际变化。

我们主要集中研究上海、广州以及北京在内的中国三个特大城市。北京位于中国经济和文化的BTH区，是首都和政治中心。重工业正逐渐被其他污染较低的行业所取代，例如金融业和其他服务业，以及高技术制造业。上海位于长三角地区，是中国东部的产业结构，包括重工业经济中心，如钢铁、石油和汽车生产，出口加工、金融服务等行业。广州位于珠江三角洲地区，是华南的经济中心，以出口加工产业和金融服务业为特色，在2005中国特大城市北京、上海和广州及其附近城市群约占总GDP的20%。这些特大城市的空气质量管理对中国其他城市的未来发展有着巨大的影响。

图1 北京、上海和广州的监测地点

表1北京、上海和广州PM2.5和PM10质量浓度（Mg/M3）的年平均和季节平均值及其标准偏差（括号内）

首先，我们将对观测数据做一个简单的介绍。在第2节和第3节中，对三个城市PM和气态污染物的浓度进行了研究，重点比较它们的季节变化。我们还将调查常规气象站的气象数据，并试图了解气象条件对空气污染物的影响。第4节中给出总结和讨论。

2 数据

所有空气污染物数据都是从中国环保局网站发布的来自全国各地空气质量监测点的数据下载的（http://DATACCENT，MEP.GOV.cn）。本研究使用2014年4月15日至2015年3月31日的数据。（图1）中展示了自动监控系统安装主要集中于北京、上海广州三大城市的每个站点用于测量SO2、NO2、O3、CO和可入肺颗粒物PM2.5和PM10的环境浓度。北京是中国经济和文化首都，政治中心，上海是中国东部的经济中心，广州是以出口加工产业和金融等行业为主。北京有12个监测点，上海10个，广州11个，其中大部分位于城市，少数在农村地区。对于每个城市来说，所有空气污染物的小时和日浓度是通过对城市中所有监测点的小时数据进行平均计算的。仅在16-h以上有效数据时，才计算各污染物的日平均浓度。此外，还使用了气象观测资料，包括相对湿度（Rh）、风速、温度和定期气象站在同一时间段内获得的降水量。

图2从2014年4月15日到2015年3月31日在北京（BJ），上海（SH），和广州（GZ）每周平均PM2.5和PM10质量浓度

3 结果与讨论

3.1 PM2.5和PM10

表1中展示了研究期间三个特大城市的年平均PM2.5和PM10质量浓度，这表明在北京PM2.5和PM10浓度最高值分别为76.9和115.2 mg/m3，上海第二（53.7和77 mg/m3），广州最低（43.6和64.1 mg/m3）。图2中表明每周平均PM2.5和PM10质量浓度有明显的季节性变化。北京秋季最低、夏季最高，上海和广州冬季最高、夏季最低。北京浓度最大值出现在秋季，而冬季的幅度仅略低于秋季，但显著高于其他季节。北京秋冬季PM质量浓度最高，最有可能与来自热源和气象条件的排放增加有关（He et al., 2001; Sun et al., 2013; Zhang et al., 2013; Zhi et al., 2015）。据估计，北京每年约23%的煤炭用于家庭供暖消耗（UNEP and WHO, 1992）。由于使用新技术，这一数字可能比几十年前低，但北京的住宅供暖仍然是煤炭消费的重要来源，并对冬季PM2.5浓度有重大贡献（Hao et al., 2005; Wang et al., 2005; Zhang et al., 2013; Zhi et al., 2015）。上海PM浓度的冬季增加可能归因于表面附近持续的温度倒转和与加热有关的排放的增加的组合（Chan et al., 2008; Wang et al., 2014）。广州冬季的增长并不像北京和上海那样显著，因为冬季的供暖需求减少了。

图3中显示出了四个季节PM2.5和PM10日浓度的变化。北京的方差总体上显著高于上海和广州，这表明在所有季节中北京的日变化是最强烈的。上海和广州，冬季PM2.5和PM10浓度的变化最为剧烈。然而在北京，PM2.5在秋季和冬季的变化最为强烈，PM10春季变化最为剧烈。这意味着为质量浓度做了相当大的贡献，如矿物粉尘和灰尘事件具有较强的日变化的大颗粒。

图4所示为北京、上海和广州三个城市中三年度PM2.5和PM10的频率分布。PM2.5和PM10的频率分布表明，37%、21%和7%的PM2.5质量浓度超过了国家环境空气质量标准（NAAQS）II级，而20%、6%和1%的PM10质量浓度超过了（NAAQS）Ⅱ级标准。这表明，北京每年遭受多日严重的PM2.5污染，而上海和广州的情况要好得多。

3.2 PM2.5／PM10比值

图5显示三个城市的PM2.5与PM10比值的时间序列（PM2.5／PM10）。在北京、上海、广州的年平均比率分别为0.63plusmn;0.17、0.69plusmn;0.13和0.67plusmn;0.06，其中两两的比例很接近，但北京的标准偏差几乎是广州的三倍，这与图3所示北京PM2.5和PM10的大方差和广州的PM2.5和PM10的小方差一致。在北京PM2.5/PM10比值的大变化表明该地区PM2.5和PM10污染的不均匀较高，而广州相对较低的比例可能意味着城市具有更多的主要PM源。 发生事件（日平均PM2.5＞75 mg/m3）和非发生事件日数表明，北京发生事件与非发生事件之间存在较大差异，平均事件发生为0.76，非发生率为0.54。较高发生日比率可能意味着更多的小颗粒与增加的排放和/或新的颗粒形成相关。上海的发生日数比北京小，上海和北京的发生率和非发生率日数的比值差异不显著（0.22）。与北京和上海相比，广州春、夏季无发生日数，仅从秋冬季出现。整个时段、事件发生和非发生日数之间的小差异表明，在北京和上海，发生日的PM污染并不严重。

图3 北京、上海和广州四季PM2.5和PM10质量浓度的日变化

3.3 气体污染

在三个特大城市中，在表2中展示了气体污染物如二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和一氧化碳（CO）的统计数据包。在北京、上海和广州，SO2的平均值分别为15.5、17.9和16 mg/m3，范围分别为14.8-77.2、10.9-74.9、4.4-37.1mg/m3。SO2的标准偏差在北京最大（14.5 mg/m3），上海第二（10.8 mg/m3），广州最小（6.4 mg/m3）。三个城市的年平均SO2浓度均低于II级标准（60 mg/m3），NO2平均值分别为52.8、44.7和44.1mg/m3，在北京、上海和广州范围分别为10.3-135.9、10.7-138.1、15.1-145.5mg/m3。与SO2相似，北京具有NO2（22.5 mg/m3）的最大标准偏差，而广州最小（16.4mg/m3），尽管三个城市的年平均NO2浓度比SO2浓度高达2-3倍，但仍低于II级标准（60 mg/m3）。NO2平均值分别为52.8、44.7和44.1 mg/m3，在北京、上海和广州范围分别为103-135.9、107-138.1、151-145.5mg/m3。三个城市的年平均CO浓度约为1 mg/m3，也低于II级标准（4 mg/m3）。

图6中的质量浓度的时间序列和表2中的质量浓度统计，表明北京和上海从秋季到冬季NO2浓度显著增加，而在晚秋和冬季上海、广州浓度下降，这与图2所示的同一时期PM浓度的增加相一致。在北京和上海冬季的SO2浓度也表现为强烈的增长，但在十年前的研究结果中没有显著的变化（Ye et al., 2003; Chan et al., 2008）。这表明，中国这些特大城市在过去的十年SO2的排放量大大降低，SO2和CO浓度没有一个星期超过II级标准，NO2浓度从秋季到冬季几乎所有的星期都超过了II级标准。在过去的二十年中，中国政府越来越严格控制SO2的政策，结果大大减少了SO2排放和浓度（Gao et al., 2009）。

众所周知，本地排放源来自电厂、家庭加热、工业，车辆和生物来源（Chan and Yao，2008）。正如《环境公报》中所报道的，发电厂、家用供暖和工业源是北京二氧化硫的三大贡献者，而工业和发电厂是上海和广州二氧化硫总量的主要排放。北京从秋到冬季部分反映了国内供暖的影响因SO2和PM浓度的相对上海和广州较高。三个城市NO2排放主要来自汽车、发电厂和工业（Hao et al., 2005），其中车辆占最多。CO浓度通常被认为是车辆源排放的一个很好的指标。在图6中可明显的看出在所有城市中，由于冷启动排放，预计在冬季移动源CO排放量会有所增加。图7中所示的每日SO2和NO2的频率分布，表明，三个特大城市的SO

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