福建省大气中PM25污染特征研究.docx

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福建省大气中PM25污染特征研究

摘要

大气中PM2.5的污染特征分析是大气污染的防控的科学基础及重要依据。

本文根据福建省2015-2019年大气中PM2.5的质量浓度月均值，分析大气中细颗粒物的浓度的时空特征及其影响因素，本课题主要研究内容和研究结果有：

（1）对福建省环境质量月报进行的研究性分析，根据月度变化，季节性变化以及年际变化，从而得出福建省PM2.5的变化特征以及时空分布特征。

（2）福建省PM2.5的质量浓度变化存在明显的时空变化现象。

总体大气状况以优良为主，春天污染比较严重，其次是冬天与夏天，秋天的污染最轻。

同时，根据大气指数可以观察到福建省沿海地区的污染程度会高于内陆地区。

（3）通过数据分析和影响因素的分析，可以得出PM2.5的质量浓度与气温、风速、极端天气、降雨量以及湿度有着很大的关系，与气温呈负相关，极端天气在一定程度上对污染有一定的缓解作用，相对湿度及降雨量呈负相关。

关键词：

PM2.5；质量浓度；污染特征；影响因素；雾霾

福建省大气中大气中PM2.5污染特征研究

1绪论

1.1研究背景

2013年，“雾霾”一词在中国人的嘴里出现的频率十分的高，在这一年里，全国开始了轰轰烈烈的“抗霾”大战，在2013年的1月份，雾霾笼罩在全国的各个省市，各个城市的上空都笼罩着一层灰蒙蒙的雾。

有网友在家记录北京的雾霾天气，一连数日，北京的上空都是雾蒙蒙的，在2015年著名主持人柴静女士曾经发布的一个纪录片《穹顶之下》在短时间内引爆网络，引起人们的广泛讨论，人们开始反思，在这样恶劣的情况下，我们到底能够做什么？

我们到底该怎么做？

同时有报告指出，全国500多个城市里，超过世卫组织指定的空气质量标准的城市占了99%，同时，有数据显示世界上污染比较重的城市我们国家占据了70%，这个数据让人嗔目结舌，我们国家的环境现在到底是什么样的？

污染程度已经到达了什么地步？

公众到底能够做些什么去改变这样的情况？

成为了国民的日常思考。

福建省位于中国的东南方，作为全国与台湾省临近的地方，福建省的天气情况又是怎么样的？

福建省同时也面临着严重的雾霾天气吗？

如果没有严重的污染，面对轻污染，我们又该怎么做去改善现状？

这是我们需要研究的。

1.1.1PM2.5的来源与形成

PM2.5指环境空气中空气动力学当量直径≤2.5微米的颗粒物[1]，因为它的粒径只有2.5微米，所以在空气中可以长时间的停留，当其在空气中长时间停留，会导致颗粒物的聚集，使其浓度较高，这也就意味着空气的污染越重。

即使PM2.5在大气中的含量很低，但它对大气质量和天气能见度等有方面有着非常重要的作用。

PM2.5的污染物质主要是地面扬起来的，主要是有氧化物、矿物和其他成分。

目前已知的PM2.5主要成分为硫酸硝酸盐、含碳和含金属的颗粒、以及矿物质等。

污染物质的产生主要是燃料燃烧，如工业部门煤的燃烧、汽车尾气的排放、金属冶炼中蒸汽的冷凝聚结、生物质燃料的燃烧、二次硫酸盐和硝酸盐及有机物的燃烧等[2]。

PM2.5因为粒径较小，可以附着在空气中的各种载体上面，如附着在：

有毒物质、重金属物质、各种氧化物、有机污染物、以及病毒和细菌等物质上，当其聚集越密集时，相对应的，污染也较为严重。

此外PM2.5还有天然来源，包括扬尘、火山喷发、森林火灾、花粉、孢子传播、细菌等[3]。

PM2.5的来源和发生随着不同国家和地区的经济发展、能源结构、工艺技术以及管理形式等的不同而存在很大差别[4]。

1.1.2PM2.5对生活环境的影响

研究表明，对人身体健康威胁最大的污染物质是PM2.5，由于这些细颗粒物可以透过肺部并留在肺里。

PM2.5除了自身对人的呼吸系统具有刺激作用和致敏感作用及其他有害作用外，它还可能作为携带病毒和致癌物的载体进入人体肺部，从而对人体健康产生危害。

PM2.5的危害主要表现在三个方面：

1　产生光化学烟雾，空气中含有氮氧化物、挥发性有机物，无机物等物质，这些组分会在太阳光的照射下发生光化学分解，从而产生二次污染物，从而对环境和人体都有危害性。

光化学烟雾中含有臭氧，臭氧是其主要产物，同时也是环境污染的污染指示剂，当臭氧进入人体后，会迅速与体内的细胞组织发生结合反应从而对人体的健康造成严重影响，特别是肺部等器官，影响更加明显。

2　对气候产生影响，因为细颗粒物的粒径比较小，所以它们会在大气底层聚集，因为它们的聚集，所以它们是导致雾霾天气的元凶，但是当它们位于大皮高层时，因为污染物质对太阳光的吸收与散射作用会使云团呈现棕色，因此聚集在大气高层的颗粒物也被称为大气棕色云团。

3　对人体健康的威胁，PM2.5不仅会导致城市的能见度下降，而且因为其粒径较小，通过黏膜、鼻腔等途径进入呼吸道，然后经由呼吸道后入肺泡，在肺泡内凝结聚集，从而引发各种疾病[5]。

国内外大量研究资料表明，疾病的发病率、死亡率与细颗粒物的浓度上升有密切关系[6]。

经大量研究证明，咳嗽的出现与空气中PM2.5浓度的上升有关系。

国标化组织（ISO）指出的容易导致儿童出现肺部疾病的危险性颗粒物为粒径<2.4μm的颗粒物，此项数据与PM2.5极为接近。

1.1.3PM2.5的主要组成

（1）无机质

从化学的角度研究，PM2.5不是单一物质，而是固液混合的微小颗粒物。

PM2.5的组分可以分为直接产物或者次级产物。

若其来源不一样，PM2.5中的主要成分也不一样。

在北极的气溶胶中，炭黑的含量相比较之下较高，且有累积效应,最高浓度出现在冬天和早春时节。

这表明北极的气溶胶与人们冬天燃烧取暖有直接关系[7]。

热电厂烧煤和河流运输被认定是污染的重要来源，而且PM2.5中成分组成受季节影响。

北京PM2.5中的硫酸盐与硝酸盐含量最大值出现在秋季，而上海和广州的峰值则发生在冬季，表明SO42-形成受SO2和光化学氧化能力（OH·）影响[8]。

（2）有机质

与生物质燃烧有关的PM2.5成分包括氮氧化物、氨、烃（如甲烷）、甲醛、CH3Cl、有机和无机碳等；上述组分在PM2.5中的含量可达40%~95%[9]。

PM2.5中上述物质的组成与燃烧的程度以及燃烧物的物化性质有很大关系。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

张大伟[10]等人开展的研究，对北京地区空气中PM2.5主要化学组分及污染特性的研究，了解该地区PM2.5中均质量浓度>1μg/m3的组分，分析春夏秋冬四级城区个采样线的主要组分，判断相关污染源。

贺灵[11]等人开展的对PM2.5的地球化学特性研究表明，采样监测点PM2.5含量均超过国家二级空气质量标准（GB3095-2012）。

1.2.2国外研究现状

根据世卫组织对空气污染造成的疾病发生的评价，每年有超过200万的过早死亡归因于城市室外和室内空气污染，在美国国家环境保护局定量评价的与大气PM2.5污染有关的健康效应中，由死亡引起的经济损失占全部损失的89%[12]。

随着人们对PM2.5危害认识的愈加深入，各国家都制定了严格的环境空气质量标准，尤其是源追踪工作，逐步由粗略方向向精细转变。

细颗粒物的污染重视由个别国家的注重开始向全世界人类关注转变，这也表明了污染治理的刻不容缓。

1.3论文研究概况

1.3.1研究意义

PM2.5污染物的研究范围涉及广，不仅有室内污染源，还有各种各样的室外污染源。

近些年来的各个有关PM2.5的污染研究，都纷纷表示整治空气中的细颗粒物污染刻不容缓。

福建省位于东南沿海，有鼓浪屿、东山岛、武夷山、太姥山等旅游景点，对环境质量有更高的要求。

于是开展对福建省大气中PM2.5污染特征的研究非常有必要，通过研究分析，为有效控制福建省大气中细颗粒污染物提供科学依据。

1.3.2研究目的

本课题是基于福建省九市区2015年1月-2019年12月空气中PM2.5浓度指标的监测数据，从而对福建大气中PM2.5污染进行的时空分布特征的研究，进而为控制大气中颗粒物的污染提出有效措施。

1.4研究内容和技术路线

1.4.1研究内容

1　论文原始数据来自于福建省环境质量月报，所以首先对数据进行月度分析，通过月度分析从而可以得出，PM2.5污染与月份之间的关系。

2　根据以往的研究表明，PM2.5的污染也呈现出了明显的季节变化特征，于是进行季节性分析，以1-3月为春季，4-6为夏季，7-9为秋季以及10-12为冬季进行分析。

3　年际分析，五年的PM2.5浓度指数可以整体分析，五年来福建省大气中细颗粒物污染的状况，从而可以观察细颗粒污染与当年的气候、发展之间的关系，为制定与发展有关污染物排放的标准提供科学的依据。

4　空间的特征，福建省是一个拥有沿海地区与内陆地区的省份，通过五年的九市区的月平均PM2.5质量浓度，得出细颗粒污染与地理位置之间的关系。

1.4.2技术路线

本研究的技术路线如图1-1所示。

图1-1福建省大气中PM2.5污染研究技术路线

2研究区域与研究方法介绍

2.1研究区域介绍

2.1.1自然环境

福建位于东南沿海，其中福州、泉州、莆田、宁德、漳州、厦门这六个市位于沿海区域，地理特点为丘陵、台地和滨海平原，因为其近海，海上拥有天然的条件，比如海风等特点优势，对污染物扩散速度明显优于内陆城市。

南平、三明、龙岩三地地处内陆丘陵，地形较为复杂，风速小，且都为静风，逆温出现频繁，与沿海地区相比，极不利于空气污染物的迁移与扩散。

福建省海域辽阔，拥有十分丰富的海域资源，是东海和南海的过渡海区，因为福建省多地区临近海域，所以省内长年气候温润，雨水充足，空气清新，长年湿度较大，气候宜人，适宜居住旅游。

因为地理位置优越，所以福建省拥有十分丰富的旅游资源，拥有大量的旅游胜地，比如人文和谐，自然优美的武夷山、2018年加入世界文化遗产名录的鼓浪屿、全世界华人的湄洲岛妈祖文化、独具民族特色的泉州海上丝绸之路、电影《大鱼海棠》布景里面独具特色的居民建筑福建土楼文化、让世人称奇的白水洋景观、著名的红色革命遗址上杭古田会址，古文化和海洋文化的摇篮昙石山文化遗址，还有泰宁的地质公园、漳州的东山岛、福安的太姥山、平潭的“蓝眼泪”等一大批引人瞩目的旅游资源。

2.1.2能源消耗概况

2019年1-9月，福建省天然气共消耗38.43亿方，同比增长8.91%。

其中城市燃气用气（含工业用气、居民用气、公服机构用气、汽车加气等）28.86亿方，增长7.97%，燃气电厂用气9.57亿方，增长11.84%。

规模以上石化企业实现主营业务收入3194.22亿元，增长16.1%；亏损企业亏损额8.51亿元，增亏3.7%；工业增加值增长10.2%；实现利润197.76亿元，下降9.6%。

全社会累计用电2402.34亿千瓦时，增长3.83%，全省累计发电量2572.94亿千瓦时，同比增长4.51%；其中：

一、二、三产业和居民用电量分别增长10.47%、2.14%、8.49%和5.56%。

表2-1-12015-2018年一次能源生产总值及构成

2015-2018年一次能源生产总值及构成

单位：

万吨标准煤

年份

能源消费总量

占能源消费总量比重

原煤

一次电力及其他能源

水电

核电

风电

2015

3613.52

32.2

67.8

36.7

24.2

3.7

2016

4456.75

23.4

76.6

42.6

27.5

3.4

2017

4162.06

20.5

79.5

29.9

40.3

4.6

2018

4082.99

17.4

82.6

23.7

47.1

5.3

2.1.3区域工业概况

2019年全省规模以上工业增加值增长8.8%，超年度预期目标0.3个百分点，各月累计增速保持在8.6-8.9%区间，工业运行总体平稳。

全省38个工业大类行业有33个行业实现正增长，占比86.8%，化工（22.4%）、化纤（16.4%）、子（12%）、医药（11.5%）、电气机械（10.3%）等12个行业两位数增长。

表2-1-22015-2018年工业生产总值

2015-2018年工业生产总值

单位：

亿元

总计

总计

国有企业

轻工业

重工业

年份

2015

43888.84

312.77

21682.76

22206.08

2016

47275.84

121.9

23713.86

23561.88

2017

50061.66

135.58

25111.3

24950.36

2018

57732.35

142.54

29502.35

28230.01

2.2评价标准与数据来源

2.2.1评价标准

按中华人民共和国环保部标准对数据进行分析,按照《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准对福建省空气质量作出评价。

2.2.2数据来源

本课题数据来源于福建省生态环境厅发布的环境质量月报数据，数据是由国家环保部空气质量自动监测站的质量浓度数据。

福建省全省分布着37个监测站点，分布在省内的各个市区。

本课题数据日期是2015年1月1日至2019年12月31日。

2015-2018年一次能源生产总值及构成与工业生产总值数据来源于中国统计出版社出版的《福建省统计年鉴2019》。

2.3本章小结

本章根据福建省的地理位置、气候条件、资源消耗以及工业发展情况等多方面进行了分析，福建省空气质量评价的标准是《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准。

3福建省环境空气中PM2.5污染特征

3.1总体环境污染概况

细颗粒物PM2.5近年来逐渐成为福建省九市区的大气首要污染物，其来源受到多重因素的影响，虽然近年来通过治理手段福建省内大气中PM2.5的质量有了缓解，但其仍然是一个大气污染隐患。

因为本文研究的是福建省九市区的大气中PM2.5的污染特征，研究区域的气候温度条件比较相似，又因为大气本身具有的流动性，使得研究区域内的PM2.5污染程度相似；同时因为福建的特殊地理位置，福建省九市区的分布呈现一刀切的形式,宁德、福州、莆田、泉州、厦门、漳州临海，而南平、三明、龙岩为内陆，由于其位置不同，所受到的风速与湿度是有差别的，而这种差异性又导致PM2.5的污染在空间上存在差异性。

3.2时空变化特征

福建省的PM2.5监测是从2014年开始的，其标准是按照《环境空气质量标准》（GB3095-2012）而进行的。

本章节以2015-2019年PM2.5的月平均质量浓度数据为基础，系统分析PM2.5污染在福建省的现状，研究其在月、季、年等单位尺度上的变化及空间分布规律，为研究其影响因素提供科学依据。

3.2.1月度变化

根据福建省九市区内的环境空气质量监测数据，以月为单位，可以从图3-2-1—图3-2-5中的折线趋势可以明显观察到，福建省的PM2.5质量浓度具有明显的月度变化特征。

图3-2-1福建省2015年PM2.5质量浓度月平均值

图3-2-1是福建省2015年PM2.5质量浓度月平均值，从图中可以观察到：

6月-8月福建省九市区PM2.5质量浓度明显偏低，8月-10月的PM2.5质量浓度平稳，总体呈现增长趋势，12月-4月PM2.5浓度明显偏高，总体上1月份福建省PM2.5质量浓度达到了峰值，4月-6月浓度呈现一种明显的下降趋势，在6月份质量浓度也达到了最低值。

相比之下PM2.5质量浓度较高的漳州，较低的是龙岩，其余城市浓度基本接近。

图3-2-2福建省2016年PM2.5质量浓度月平均值

图3-2-2是福建省2016年PM2.5质量浓度月平均值，从图中可以得出：

PM2.5质量浓度在3月-5月呈现明显的下降趋势，在5月-6月浓度有了一个小幅度的增高趋势，6月-7月浓度又有了一个肉眼可见的下降，在7月份浓度降到了最低值，7月-10月PM2.5的质量浓度逐步平稳，在11月份迎来了大幅增高，图中的折线可以明确观察到，11月-3月的细颗粒物浓度明显高于同年的其他月份。

从折线图来看，无关月份PM2.5质量浓度峰值大多出现在漳州市，而2016年整年福建省的PM2.5质量浓度谷值出现在10月的龙岩市。

图3-2-3福建省2017年PM2.5质量浓度月平均值

下图：

图3-2-3是2017年福建省的PM2.5质量浓度月平均值，从图中可以观察到：

PM2.5的质量浓度峰值出现在12月份，在7月-1月PM2.5的质量浓度均呈现一种增长趋势，同时在1月-5月的PM2.5的质量浓度呈现一种小幅度降低，但是总体还是高于2017年度的其他月份。

从折线图可以得出，PM2.5质量浓度降低最明显的月份出现在6月份，在7月达到了浓度全年最低。

图3-2-4福建省2018年PM2.5质量浓度月平均值

图3-2-4是福建省2018年PM2.5质量浓度月平均值，从图中可以观察到，2018年全年福建省的PM2.5质量浓度呈现一种不稳定状态，峰值出现在4月份，在7月-9月浓度呈现较为平稳。

从图中可以观察到，2018年的污染物在大气中的浓度起伏较为明显，特别是1月-5月，再次期间的污染物浓度变化较大且明显。

漳州市的污染物浓度全年基于省内前列，且呈现出了明显的月变化特征。

图3-2-5福建省2019年PM2.5质量浓度月平均值

图3-2-5是福建省2019年PM2.5质量浓度月平均值，从图中可以明显看出：

2019年福建省九市区在6月-9月PM2.5质量浓度较平均，趋于稳定，9月-10月出现了一个明显的增高现象，10月-次年4月PM2.5的质量浓度高于其他月份，同时最大值出现在1月份。

与其他时间相比，2019年污染物浓度较低的时间延长了，且浓度最低值也更低了。

图3-2-6福建省2015-2019年PM2.5质量浓度月平均值

与此同时，图3-2-6为福建省2015-2019年PM2.5质量浓度月平均值，从图中可以明显看到，PM2.5质量浓度在5月-6月有一个明显的稳定趋势，在6月-7月质量浓度有一个明显的降低，在7月-1月PM2.5的质量浓度呈现升高的现象，而1月-7月的质量浓度呈现降低的趋势。

从以上图可以看出福建省九市区的PM2.5浓度变化拥有肉眼可见的月变化特征，并且其最大值出现在1月份，7月-9月是PM2.5质量浓度的谷值。

3.2.2季节性变化

福建省大气污染中PM2.5的质量浓度还呈现种明显的季节性，与月变化特征相比，季节交替的变化给PM2.5质量浓度的变化更加明显。

图3-2-7是2015年福建省各季节PM2.5的均值

图3-2-7是2015年福建省各季节PM2.5的均值，从图中可以看出污染物整年都是漳州市的大气中浓度含量较高，福州市的大气中污染物浓度与其他城市相比也是较高的，且明显可以看出龙岩市的污染物浓度偏低。

整体可以观察到PM2.5的浓度在春季明显高于其他季度，夏季次之，到了秋季污染物浓度反而有些下降，冬季随着温度的降低，空气中的细颗粒物也增多了，即污染物浓度上升，整体呈现“V”字型。

图3-2-82016年福建省各季节PM2.5的均值

图3-2-8是2016年福建省各季节福建省各季节PM2.5的均值，从图中可以看出整年的大气污染物浓度偏高的城市是漳州市，莆田市次之；污染物浓度相对于其他城市而言，较低的是龙岩市。

2016年福建省大气中污染物的浓度对比2015年的数据，在春季和夏季有一个明显的降低，秋季与冬季的变化相比较之下没有那么明显。

总体上，依旧是春季与夏季的PM2.5的质量浓度高于秋季与冬季，秋季是福建省各市区大气中污染物浓度最低的季度。

图3-2-92017年福建省各季节PM2.5的均值

图3-2-9是2017年福建省各季节PM2.5均值，从图中开始看出除了秋季，其他三个季节的污染物浓度相差的并不是很大，污染物浓度最高的城市依旧是漳州市。

与2016年的污染物浓度数据相比而言，春、夏、冬三季均有小幅度的上升且漳州市的上升尤为明显；相比较而言，秋季的污染物浓度拥有了小幅度的降低，同时秋季的福建省九市区的污染物的质量浓度相差不大，漳州市与福州市的整体污染物浓度较高，龙岩市、南平市的污染物浓度相比之下比较低。

图3-2-102018年福建省各季节PM2.5的均值

图3-2-10是2018年福建省各季节PM2.5均值，从图中可以看到漳州市全年的污染物浓度都比较高，相比于前几年而言，福州市大气中PM2.5的质量浓度有了小幅度的下降。

柱状图可以清晰的比较出福建省九市区的大气中污染物浓度的高低，也可以明显看出春夏两季的污染物浓度在福建省的各个市区较为相似，秋季的污染物浓度有了小幅度的下降，冬季又有了一个明显的增长。

图3-2-112019年福建省各季节PM2.5的均值

图3-2-11是2019年福建省各季节PM2.5均值，从图中可以看到2019年福建省各季节的PM2.5浓度较2018年相比，有了下降，这个现象从浓度峰值就可以直接看出来。

与其他年份不同的是，龙岩市的PM2.5污染程度有了显著的提高，特别是冬季。

福建省全年的污染物浓度较去年相比，有些降低，然而整体仍然呈现着秋季的污染程度明显低于其他季节。

图3-2-7—图3-2-11为2015-2019年福建省各年各季节PM2.5均值，从图3-2-12可以明显看出来PM2.5的质量浓度在秋天是最低的，而度过了秋季，PM2.5质量浓度随着冬季的来临升高，其浓度升高的趋势也延续到春季，当从春季过度到夏季是，PM2.5的质量浓度也迎来了明显的较低，以至于在秋季达到了浓度的谷值。

图3-2-122015-2019年福建省各季节PM2.5的均值

五年的季节性变化比较可以得出，2015年的福建省冬季PM2.5的污染程度最高，同时也可以看出冬季的PM2.5质量浓度与春季的浓度接近，而秋季的浓度更接近夏季，虽说每年每个季节的浓度有一个明显的降低，而冬季污染的状况依然无法改善，并且冬季污染的效应延续到了春季。

3.2.3年际变化

通过数据我们也可以得出来，PM2.5的质量浓度也是随着年际变化而变化着。

表3-22015-2019年福建省九地市PM2.5质量浓度年平均值

2015-2019年福建省九地市PM2.5质量浓度年平均值

单位（µg/m3）

2015年

2016年

2017年

2018年

2019年

福州市

28.67

27.17

26.83

25.58

23.83

龙岩市

29.75

24

24.67

26.5

22.33

南平市

25.83

25

25.25

24.83

21.67

宁德市

29.25

27.25

27.83

26.17

24

莆田市

31

30.5

28.67

28.42

25

泉州市

29.67

28.67

28.83

27.67

25.58

三明市

28.25

26.08

27.75

27.5

24.25

厦门市

29.25

28.42

27.92

25.58

24

漳州市

34.42

33.25

35.75

34.67

29.17

图3-2-13是福建省2015-2019年五年来月平均PM2.5质量浓度变化趋势图，从图中可以明显的看出来，福建省九市区的PM2.5质量浓度年度月平均值较低出现在2015年，在2016年的质量浓度有了一个明显的上升，福建省迎来PM2.5质量浓度峰值是在2017年，与之相比，2018-2019年的PM2.5质量浓度有了小幅度的降低，这意味着福建省的空气质量与前些年有了提升。

图3-2-132015-2019年五年来月平均PM2.5质量浓度变化

3.2.4空间变化

本文研究的是福建省九市区的大气中PM2.5的污染现状，同时从图3-2-14