广州市大气污染特征及成因研究

论文题目：广州近十年大气污染特征

与变化分析

中文摘要

以2000—2010年广州市国控测点的空气环境质量自动监测结果为基础数据，通过GIS软件Arc Map分析2000年——2010年广州市大气污染特征和主要污染物的变化规律。阐明广州市区主要大气污染物SO2，NO2，PM10的年际变化特征、地域分布特征、季节变化特征。结果表明2000年——2004年广州大气污染呈上升趋势。2004年后，广州加大了大气污染整治力度，严峻的污染形势得到缓解，污染总体呈下降趋势。09年达到最低，二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物年平均浓度达到国家环境空气质量二级标准要求。2010年亚运会期间广州市空气质量每天均达标。另外，还发现各污染物质量浓度存在明显的季节变化规律,冬季和秋季污染较严重，夏季较轻。

关键词：广州市，大气污染特征，SO2，NO2，PM10

Abstract

Based on the air pollution data of Guangzhou countries control point, the characteristics of atmospheric pollution and the change rule of major pollutants during 2000 ～ 2010 in Guangzhou were analyzed

It uses the GIS software ArcMap. I clarify intramural variability, geographic distribution characteristics, and seasonal variation characteristics of Guangzhou major urban atmospheric pollutants which call SO2, NO2, and PM10. The results indicate that the concentrations of PM10, SO2 and NO2 were increased during 2001~2004.Since 2004, Guangzhou increased air pollution control dynamics to ease the pollution situation. The air pollution is overall drop. The year average concentration of so2, no2 and pm10 met the second level of the national ambient air quality standard. The atmospheric quality is generally good. During the 2010 Asian games, the Guangzhou air quality reaches the standards every day. In addition, it also found that each pollutant concentration presented obvious seasonal change. The air pollution was severer in winter and milder in summer.

Key words：Guangzhou, Atmospheric pollution characters, Sulfur dioxide ,nitrogen dioxide ,inhalable particles

1 引言 (5)

1.1 研究意义 (5)

1.2 国内外研究情况 (5)

2 数据及处理 (6)

2.1 研究数据来源 (6)

2.2 研究方法 (6)

2.2.1 API的算法 (6)

2.2.2具体的处理步骤 (6)

3结果与分析 (7)

3.1 广州市大气污染总体情况 (7)

3.2 广州市污染物变化情况 (9)

3.2.1 年度变化情况 (9)

3.2.2 分析近3年广州的大气污染情况的改善情况 (14)

3.2.3 季节变化差异 (15)

4、建议 (18)

5、结论 (18)

参考文献 (19)

1 引言

1.1 研究意义

先让我们来关注一则2011年03月31日来自南方日报的新闻：在维持了近一年的“优良”之后，记录广州空气质量的API数值在本月出现了两次超过100的记录，这也意味着广州的空气再次出现了“轻微污染”。广州市环境监测中心站专家表示，从历史记录看，3月份历来都是轻微污染出现几率较大的时节，而就整个一季度而言，广州的空气质量好于往年。这则新闻再次引发人们的思考，究竟广州亚运会期间及延续的一段时间广州空气良好的状态是否只是昙花一现？最近气温多变，每晚开电脑查询未来七天的天气预报已成一种习惯。要是某一天，大气API值成为人们每天必查的内容。那时治理大气污染已经不再是政府或相关组织企业的事情，而是真正的深入到人们的生活。不过我不希望那时空气污染已经严重到必须每天关注的地步。

大气污染问题一直是我国的主要环境问题之一。近些年由于我国的机动车数量逐年增多，一些大城市开始出现煤烟和机动车尾气型的复合污染现象。在不久的将来，中国的机动车制造工业将有可能成为重点的产业部门，人民生活水平的提高也会使得越来越多的机动车进入城市。然而，机动车排放的污染物对于大气质量的影响也是不可忽视的。在城市的建设和发展中必须面对机动车数量的迅速增长和大气质量改善之间的矛盾，煤烟和机动车尾气型的复合污染的防治将是城市环境治理的重要一环。广州市是目前我国NO_x大气浓度年均值前列的南方城市，其机动车保有量也居于全国前列，是比较典型的大气复合型污染城市[1]。对广州市大气污染规律和成因的研究有助于掌握在大气复合型污染中，机动车排放的污染物对城市大气质量的综合影响，为今后大气污染防治工作提供科学的依据。

1.2 国内外研究情况

城市是一个高度依赖能源、物质和信息输入、输出，以维持其自身不断发展庞大的开放体系。随着经济的快速发展，城市规模不断扩大，城市人口、城市工业和机动车辆也不断增加。与此同时，城市大气环境问题也日显突出并引起人们的普遍关注和政府的高度重视。很多国家制定了严格的标准以控制大气污染。如美国国会于1990年通过了《清洁大气法修正案》控制SO2的排放量。同时对一些重点源实行排污许可证制度[2]。日本就大气污染物的总量控、限制燃料使用、控制机动车污染等方面制定了《大气污染防治法》[3]。我国也建立了一整套适合国情的大气污染控制政策体系，并使大气环境得到较好的改善。目前，关于城市大气环境的研究如城市大气污染特征、大气污染物浓度与气候环境、大气污染监控及预警、大气污染的治理技术和污染源区的分析等均取得了很多成果。

2 数据及处理

2.1 研究数据来源

本文数据来源于广州环保监测站和广州环保局环境质量通告。选取其中九个监测站2000——2010年大气质量数据，分别是西村监测站、宝岗监测站、吉祥路监测站、体育东监测站、麓湖监测站、赤沙监测站、黄埔大沙监测站、番禺市桥监测站和花都新华监测站，对广州市大气污染物SO2，NO2，PM10（Suspended particulate matter with aerodynamic diameter less than 10μm）也称可吸入颗粒，是指空气动力学径小于或等于10μm 的大气颗粒物。主要来源人类活动如工厂、家庭、交通运输、建筑施工等生的废气、烟尘、扬尘以及自然起源如火山喷发林火灾、海水泡沫而进入大气的火山灰、烟尘粒和被风吹起的扬尘等[4]。

2.2 研究方法

2.2.1 API的算法

我国目前的环境空气质量标准分为三级，按照国家要求广州市执行二级标准。目前被国家列入空气环境质量考核的指标有3项，分别是二氧化硫、可吸入颗粒物和二氧化氮。空气污染指数(API)是一种反映和评价空气质量的数量尺度方法，就是将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数数值形式，并分级表征空气污染程度和空气质量状况。当某种污染物浓度Ci,j≤Ci≤Ci,j+1时，其污染分指数

Ii=[(Ci-Ci,j)/(Ci,Cj+1-Ci,j)]×(Ii,j+1-Ii,j)+Ii,j [5]

式中：Ii第I种污染物的污染分指数； Ci第I种污染物的浓度值； Ii,j第I种污染物j十1转折点的污染分项指数值； Ci,j第j转折点上I种污染物的(对应于

Ii,j+1)； Ci,j+l第j十1转折点上I种污染物(对应于Ii,j+1)浓度值；

各种污染参数的污染分指数都计算出以后，取最大者为该区域或城市的空气污染指数API

API＝max(Il，I2……Ii……In)

2.2.2具体的处理步骤

（1）a、选取每个监测站2000年、2005年、2010年的大气质量数据，输入Arcmap 操作软件。对广州地区进行插值操作，得到广州地区的大气污染情况分布图

b、根据它们年度的差异，利用ArcMap归一化后生成年际差异的三维图，并进

行分析研究。并找出各污染物结合当地气象站的监测资料，对广州地区大气

污染物SO2，NO2，PM10分布特征和变化规律进行了认真的研究。

（2）选取2008——2010年这3年的大气质量数据分析大气污染的近况，和季节变化特征

3结果与分析

3.1 广州市大气污染总体情况

表1 2000——2009年广州市SO2，NO2，PM10浓度年均值

SO2 (毫克/m3) NO2 (毫克/m3) PM10 (毫克/m3)

2000年0.045 0.061 ----

2001年0.051 0.071 0.073

2002年0.058 0.068 0.082

2003年0.059 0.072 0.099

2004年0.077 0.073 0.099

2005年0.053 0.068 0.088

2006年0.054 0.067 0.076

2007年0.051 0.065 0.077

2008年0.046 0.056 0.071

2009年0.039 0.056 0.07

数据来源于广州市环保局环境质量通告

以下是根据2000——2009年广州市SO2，NO2，PM10浓度年均值得出的EXCEL折线图

图1 2000——2009年广州市SO2，NO2，PM10浓度年均值

由图1 2000——2009年广州市SO2、NO2 、PM10浓度年均值数据得到的折线图表明广州大气污染自2000年到2004年一直呈上升趋势，2004年污染最为严重，究其原因，2004年广州全市完成工业总产值5749.48亿元，比2003年增长19.7%，工业燃煤总量1742.02万吨，同比增长11.75%；燃油总量172.07万吨，同比增长19.72%。能源消耗量的大幅上升导致工业企业二氧化硫排放量增加，仅省属广东粤华发电有限责任公司二氧化硫年排放量就达3.43万吨，占全市排放总量的近五分之一。由于煤、油供应紧张，企业难于采购低硫煤、低硫油，30.4%的企业使用高硫煤，36.4%的企业使用高硫油，一些企业的脱硫治理设施未正常运转。全省遭遇40年来最严重的干旱，全年降水量减少三至四成，登陆台风少，强对流天气少，不利于污染物的扩散和稀释。广州市有20％左右的大气污染物来自于珠三角地区，受到区域污染的影响。所以污染才那么严重。之后广州加大了治理力度。[6]2005年，广州市空气质量得到明显改善，环境空气质量由三级标准提高到二级标准，优良天数332天，占全年总天数的91.0％，比2004年提高7.9个百分点；环境空气中被列入国家考核的二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物等指标均达到国家城市环境空气质量二级标准[7]

针对2004年环境空气质量下滑的严峻形势，以控制二氧化硫超标排放为突破口，强化机动车、扬尘和饮食业油烟污染治理，综合整治大气环境。

一是严控二氧化硫超标排放。开展了对占全市二氧化硫排放总量85％以上的56家重点工业企业专项执法检查，环保、监察、经贸部门联合下发了《关于加强二氧化

硫重点排放企业监管的意见》，建立了重点工业企业脱硫台帐制度，形成长效脱硫管理机制。96台锅（窑）炉已安装脱硫设施，56家重点二氧化硫排放大户形成年4.6万吨的削减能力，2005年，56家重点脱硫工业企业二氧化硫排放量为11.5万吨，比2004年减少2.4万吨；全市二氧化硫排放量为14.9万吨，比2004年减少3.6万吨，[8]较好地实现了排放总量控制目标。

二是强化机动车污染治理。市政府发布实施《关于实施国家第二阶段机动车排放标准的通告》，有效实施新车源头污染控制；加强对在用机动车排气污染的监控，共抽检机动车48.97万辆，排气达标率81.58%；大力推进公交出租车使用清洁能源，全市现已有5811台公交车、9770台出租车使用LPG燃料。

三是强化扬尘污染控制。加强了施工工地和裸露地面污染防治，规范工地围蔽和余泥渣土清运工作，对全市252个停工或闲置工地进行整治，190个已经完成绿化或硬地化整治工作。

四是深化饮食业污染监管。开展饮食服务业污染扰民专项整治行动，全面推进饮食业户安装油烟污染治理净化装置，128家100餐位以上重点监管业户已有68家安装了符合要求的油烟治理设施，全市已有8532家饮食服务业户完成清洁能源改造。加快重点污染企业的易地搬迁改造，另外，全市新增绿地面积101.6平方公里，建成区绿化覆盖率达40.54％。

之后的几年通过全面推进环境保护工程建设、深化环境综合整治、加大环境监督执法力度等措施，努力为市民创造良好的生活环境，环境质量持续改善。

3.2 广州市污染物变化情况

3.2.1 年度变化情况

数据方面选取监测站2000年、2005年、2010年SO2，NO2，PM10的API值，

并将他们的差值用三维图显示，然后分析他们的变化情况。以下是他们的渲染图和三维图

图2 2000年SO2，NO2，PM10 污染图

图3 2005年SO 2，NO 2，PM 10 污染图

图4 2010年SO 2，NO 2，PM 10 污染图

由图2-图4显示2000年大气污染集中在市区，郊区花都、增城空气质量较好，三项指标中SO 2 的污染最严重。到了2005年，市区污染有增无减，SO 2 的污染扩散至番禺增城。NO 2 、PM 10 扩散到黄埔，到2010年，市区污染减轻很多。不过郊区污染似乎未有降低。郊区污染中以SO 2 最为严重。不过花都，番禺空气质量仍相对较好。

图5 2000年、2005年 SO2API 的差值三维图

图6 2005年、2010年 SO2API 的差值三维图

图7 2000年、2005年NO2API 的差值三维图

图8 2005年、2010年 NO2API 的差值三维图

图9 2000年、2005年 PM10API 的差值三维图

图10 2005年、2010年 PM10API 的差值三维图

图5-图10表明2000年——2005年广州市SO2.NO2.PM10的总体变化趋势：西村、吉祥路、宝岗、体育东、麓湖一带，浓度大幅度增加。变化比较少的有有花都，黄埔，番禺这些比较接近郊区的地方。SO2的变化幅度较其他2项要小。不过三项指标局部变化也有差异。其中SO2在西村，宝岗浓度变化相对较少；NO2在麓湖变化较少；PM10在吉祥路则相对其它2个的变化小很多，变化最大的反而是麓湖和体育东一带。而2005年——2010年，API值都出现明显降低的现象.尤其是市中心，空气质量良好，SO2 API从番禺向西北方向至花都，浓度变化不断递减。NO2污染情况在以西村为中心的广州市中心有所好转，黄埔也减低不少。赤沙和花都仍然维持本来的良好状态。而PM10在赤沙降得最多。

3.2.2 分析近3年广州的大气污染情况的改善情况

表二 2008——2010年广州市大气质量等级天数分布

统计指标

空气质量状况出现天数

优良

轻微污

染

轻度污

染

中度污

染

中度重污

染

重污

染

2008年95 170 12 0 0 0 0 2009年124 221 17 1 0 0 0 2010年114 241 8 0 0 0 0

表三 2008——2010年广州市大气首要污染物天数分布

统计指标首要污染物出现天数API范围

二氧化硫二氧化氮可吸入颗粒物

2008年51 13 213 21~128

2009年45 22 296 14~167

2010年 4 11 348 15~124

表二显示2008——2010年的大气质量等级天数分布逐年增加，表三显示SO2.NO2作为首要污染物天数分布也不断减少，对比分析可看出近几年空气质量持续好转，变化最显著的是SO2，作为首要污染物出现的天数越来越少。与加强减排力度（如完成电

厂脱硫）及加强机动车管理（如开始逐步供应国III车用成品油）等措施有关。

3.2.3 季节变化差异

图8 2008年SO2，NO2，PM10 季节变化图

图9 2009年SO2，NO2，PM10 季节变化图

图10 2010年SO2，NO2，PM10 季节变化图

由图8-图10可发现，广州大气污染呈现明显的季节变化规律，时间上表现为冬强夏弱。近年来，春天也相对呈严重的趋势。这是因为广州地处低纬度,高温、多雨、湿度大;风向以北和北北东及东和东南方向为主,具有通风不良和静风频率高、近地层的逆温频率高、热岛效应强等特征。贴近城区周围工业和建筑业、交通业的大气污染物向西区和市中心集聚,形成局地的堆积污染。冬天和春天污染浓度会相对严重，夏天最低。夏季一般雨水较多及混合层较高，有利于污染物的扩散有关，偏南的季候风也为珠江三角洲地区带来洁净的海洋性气流[9]。不利于大气污染物扩散。各种气象因素的综合表现实际是地面不利的天气形势特征。如广州冬季的天气形势：高空常为副热带高压，低空为变性冷高压控制，地面和低空风速较小，静风频率高，并伴有较强的辐射低空逆温和强热岛。低层大气层结稳定，混合层厚度低等，所以，不利于空气中污染物的扩散和稀释，而且高压的范围愈大，移动愈慢，大气高浓度污染持续时间就愈长。夏季时，广州受热带暖气团控制，气层不稳定，有上升气流，降雨多，逆温和热岛都较弱，有利于污染物的稀释扩散，因而污染的浓度很低。可见，广州市大气污染的季节分布规律受天气形势的季节变化影响较大[10].

4、建议

（1）加快城市公共交通的发展和道路建设的步伐!推广环保型交通工具及尾气净化等新技术，合理分流市区交通压力并强化机动车排气污染控制工作，从而有效减轻市中心机动车排气污染

（2）要改善广州大气环境质量,不仅要在城市用地规划中考虑大气输送、扩散等自然通风条件对用地布局的影响,还应采取合理的规划措施如根据城市风、气温及天气形势的变化规律结合城市地形及其他自然条件和城市设施热量散发状况等,

对城市工业区、道路、建筑和绿地系统等进行合理布局以达到改善大气环境的目的。

（3）关键在于大气污染的防治管理, 提高环境监测管理水平, 通过建立大气污染的预测预报体系, 实行污染源的实时管理, 如在预测到不利于大气污染物扩散的气候气象条件下, 对重点污染源实施排放量削减控制, 限制机动车进入城区, 实行分流措施, 减小机动车尾气排放量。这些措施可减小污染物的积聚, 减轻污染程度，防止重污染

5、结论

数据显示，广州空气得到有效的治理，虽然2000年——2004年污染越来越严重，但SO2，NO2，PM10的浓度自2004年后逐年下降，达到国家二级标准。SO2.NO2.PM10污染呈现出明显的季节性, 时间上表现为冬强夏弱,气象条件对污染物浓度影响明显。其实只有这三项是没办法全面的衡量广州的空气质量状况。某些监测站把CO、粉尘、臭氧等作

为衡量指标，如果把这些都作为广州空气污染指标，或者广州空气质量将要有所下降。随着经济的发展，机动车保有量逐年增加是必然的，污染在所难免，汽车尾气仍是广州空气一个比较大的污染源。希望有一日广州能保持花园城市的称号，变成一个无需治理污染的花园。

参考文献

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