2010年广州亚运期间空气质量与污染气象条件分析

第33卷第9期2012年9月环境科学ENVIRONMENTAL SCIENCEVol．33，No．9Sep．，20122010年广州亚运期间空气质量与污染气象条件分析李婷苑1，邓雪娇1，2*，范绍佳1，吴兑2，李菲2，邓涛2，谭浩波2，蒋德海2（1.中山大学环境科学与工程学院，广州510275；2．中国气象局广州热带海洋气象研究所，广州510080）摘要：利用2010年11月4日 12月10日广州地区NO 2、O 3、SO 2、PM 、能见度实测资料，区域空气污染指数RAQI 及大气输送扩散特征参数，分析广州亚运期间空气质量与气象条件变化特征．结果表明，亚运期间空气质量比亚运前后好，能见度比亚运前后大，PM 1和PM 2.5浓度比亚运前后小，能见度与PM 1和PM 2.5有较好的反相关；亚运期间NO 2和SO 2日均值和小时均值均达到国家一级标准，PM 10日均值和O 3小时均值均满足国家二级标准，污染物得到较好的控制；广州地区SO 2受本地源和外地源远距离输送叠加影响，NO 2受本地源影响较大；广州周边城市NO 2、SO 2和PM 10有向广州输送的潜势，而广州O 3有向其周边城市扩散的潜势；亚运期间污染气象条件比亚运前后有利，亚运期间污染物浓度降低得益于政府实施的减排措施及良好的气象条件．关键词：亚运；广州；空气质量；气象条件；变化特征中图分类号：X51文献标识码：A文章编号：0250-3301（2012）09-2932-07收稿日期：2011-11-02；修订日期：2012-01-16基金项目：国家自然科学基金项目（41175117）；广东省科技计划项目（2010A030200012）；国家重点基础研究发展规划（973）项目（2011CB403403）；广东省财政厅亚运专项；广东省环境污染控制与修复技术重点实验室重要方向（重大课题）科研助手计划项目；广东省气象局科技创新团队计划项目（201103）作者简介：李婷苑（1988 ），女，硕士研究生，主要研究方向为污染气象学，E-mail ：l-tiny@163．com *通讯联系人，E-mail ：dxj@grmc．gov．cnStudy on Air Quality and Pollution Meteorology Conditions of GuangzhouDuring the 2010Asian GamesLI Ting-yuan 1，DENG Xue-jiao 1，2，FAN Shao-jia 1，WU Dui 2，LI Fei 2，DENG Tao 2，TAN Hao-bo 2，JIANG De-hai 2（1．School of Environmental Science and Engineering ，Sun Yat-sen University ，Guangzhou 510275，China ；2．Guangzhou Institute of Tropical and Marine Meteorology ，China Meteorological Administration ，Guangzhou 510080，China ）Abstract ：Based on the monitoring data of NO 2，O 3，SO 2，PM ，visibility ，regional air quality index （RAQI ）and the atmospherictransport and diffusion data from Nov．4，2010to Dec．10，2010in Guangzhou area ，the variations of air quality and meteorological conditions during the Guangzhou Asian Games were analyzed．It was found that ，during the Asian Games ，the air quality was better than the air quality before or after the Asian Games．The visibility was greater than the visibility before or after the Asian Games ，while the concentrations of PM 1and PM 2.5were lower．The correlation coefficient between visibility and the concentrations of PM 1，PM 2.5indicated anti-correlation relationships．Daily and hourly concentrations of NO 2and SO 2met the primary ambient air quality standards ，whereas the daily concentration of PM 10and hourly concentration of O 3met the secondary ambient air quality standards．Pollutants had been well controlled during the Asian Games．The concentration of SO 2in Guangzhou was influenced by local sources and long distance transmission ，while the concentration of NO 2was significantly influenced by local sources．The emissions of NO 2，SO 2and PM 10surrounding Guangzhou had a trend to affect the concentrations in Guangzhou ，but the situation of O 3was opposite ，the relatively high concentration of O 3in Guangzhou had tendency to be transported to the surrounding areas．The pollution meteorology conditions in the period of Asian Games were better than the conditions before or after the Asian Games．The decrease in the concentrations during the Asian Games did not only benefit from the emission control by the government ，but also from the good meteorological conditions．Key words ：Asian Games ；Guangzhou ；air quality ；meteorological conditions ；variations珠江三角洲（珠三角）是我国经济发展最快、综合竞争力最强的地区之一．工业化、城市化、交通运输现代化的迅速发展，使珠三角地区气态污染物和气溶胶的排放量及污染浓度较大［1 3］，珠三角区域性空气污染问题已引起广泛关注．研究表明气象条件对污染物浓度存在显著的影响［4 14］，在东北气流和沿海气团的影响下，容易形成珠三角高浓度的污染过程［4，7］；城市群的发展对边界层大气输送与扩散影响较大，使污染物更易集中在城市群区域内［15］，污染物的排放以及城市间的相互传输是珠三角区域污染的重要原因［16，17］．广州位于珠三角城市群中心，是国内细粒子污染较严重的城市之一，近年频发的低能见度现象对广州景观造成较大负面影响［18 21］，2010年广州亚运会举办期间广州空气质量受到国内外的密切关9期李婷苑等：2010年广州亚运期间空气质量与污染气象条件分析注．为保障亚运期间的空气质量，广州及周边城市携手进行区域大气环境联合整治，成功保障了亚运期间广州地区的环境空气质量．监测表明，亚运期间广州环境空气中NO2、O3、PM10、SO2浓度均显著下降，满足国家环境空气质量二级标准．本研究利用2010年11月4日 12月10日广州地区NO2、O3、SO2、PM、能见度实测资料，区域空气污染指数RAQI及大气输送扩散特征参数，分析广州亚运期间空气质量与气象条件变化规律．1材料与方法1.1使用资料（1）环境空气污染物浓度资料2010年11月4日 12月10日粤港珠三角空气质量监测网16个监测子站的逐时NO2、O3、PM10、SO2浓度资料．（2）广州区域空气污染指数资料2010年11月4日 12月10日广州地区天湖、麓湖公园和万顷沙这3个监测子站的区域空气污染指数RAQI资料．（3）广州番禺大气成分站资料2010年10月1日 10月31日中国气象局大气成分监测网广州番禺主站逐时NO2浓度资料．2010年11月4日 12月10日中国气象局大气成分监测网广州番禺主站逐时PM1、PM2.5浓度和能见度资料．（4）广州市常规气象资料2010年11月4日 12月10日广州市气象局五山观测站逐时地面风速、气温和相对湿度实测资料．（5）混合层高度资料2010年11月4日 12月10日广东清远高空探空站的混合层高度资料．因广州地区没有探空站，故用广州最近的清远高空探空站混合层高度代表广州地区混合层高度．1.2样品采集和仪器设备粤港珠三角空气质量监测网的质量控制及保证工作等可参照广东省环境保护公众网的粤港珠江三角洲区域空气监控网络2010年检测结果报告，本研究主要介绍番禺大气成分站的仪器设备．中国气象局广州番禺大气成分站位于广州市番禺区南村镇大镇岗山山顶（23ʎ00.236'N，113ʎ21.292'E），是番禺第一高峰，海拔141m，地处广州腹地，本站代表广州地区大气成分均匀混合的平均特征．1.2.1NO2观测设备美国Thermo-Fisher公司最新的i系列在线NO/NO2/NOx气体分析仪器Ecotech EC9841B，该分析仪器采用气相化学发光检测方法，对NO、NO2和NOx进行连续分析．番禺大气成分站已全面落实质控工作，包括每双周/月检查采样支管、更换离子过滤器滤膜和进行零/标检查校准；每半年/年更换仪器辅助口和抽气口各种介质、进行精密度测量、多点校准和转化炉转化率测定．NO/NO2/NOx气体分析仪器Ecotech EC9841B的量程：0 20ˑ10－6；精度：0.001ˑ10－6；零漂：＜1ˑ10－9（24h），＜1ˑ10－9（30d）；跨漂：＜1%（24h），＜1%（30d）．1.2.2颗粒物观测设备德国GRIMM公司的颗粒物监测仪MODEL180，其原理是抽气泵以恒定流量将环境空气吸入测量室，半导体激光源以高频率产生激光脉冲，根据检测器接收到脉冲信号的频次和强弱，可得出颗粒物的数量和所属粒径范围，进而得出颗粒物的质量浓度与粒径谱．质控工作包括每双周清洁采样头、检查采样管路、清洁玻璃瓶内积水积尘和清洁机箱；每月清洗剔除采样头上滤网的杂物头、吹扫采样管和清洁进气路；每年进行仪器和流量校准、更换主尘过滤器、清扫采样管和仪器内部积尘．颗粒物监测仪MODEL180的测量粒径范围：0.25 32μm；精度：ʃ2%；采样流量：1.2L·min－1ʃ5%；测量质量浓度范围：1 1500μg·m－3．1.2.3能见度观测设备美国Belfort公司（美国FAA认证）生产的能见度仪器BELFORT MODEL6000，该能见度仪器使用前向散射感应器测量能见度．质控工作包括每双周进行支撑杆检查；每月进行数字量与模拟量对比；每季度检查和清理光学部件、并检查电缆；每半年进行零/标校准．能见度仪器BELFORT MODEL 6000的测量范围：6 80km；精确度：10%．1.3数据处理方法（1）粤港珠江三角洲区域空气监控网络子站中广州地区有3个空气质量自动监控子站，分别位于广州东北部的从化市天湖、市中心的越秀区麓湖公园和南部的南沙区万顷沙，取这3个子站小时监测值的几何平均值为广州地区NO2、O3、PM10、SO2小时均值；3个子站RAQI的几何平均值为广州地区RAQI值．3392环境科学33卷（2）污染物浓度及气象资料处理的日界均为自然日；RAQI 指数直接取自粤港珠江三角洲区域空气监控网络，日界是12：00 次日12：00．（3）定义11月4 11日为亚运前，11月12 27日为亚运期间，11月28日 12月10日为亚运后．（4）定义当日均能见度＜10km ，日均相对湿度＜90%，并排除降水等其他导致低能见度事件的情况为一个灰霾日．2结果与分析2.1亚运期间与前后的环境空气质量、能见度及相应气象条件变化特征图1给出2010年11月4日 12月10日广州区域空气污染指数RAQI 、风速、能见度、PM 2.5浓度和NO 2、O 3、PM 10、SO 2浓度逐日变化曲线．从图1（a ）可见，亚运期间广州空气质量比亚运前后好．亚运前、亚运期间、亚运后RAQI 平均值分别为2.15、1.78和2.10，亚运期间RAQI 值比亚运前后小．从图1（e ） 1（h ）可见，亚运期间广州地区空气污染得到了较好的控制．亚运期间NO 2、PM 10和SO 2平均浓度均比亚运前后小；O 3平均浓度则低于亚运前，高于亚运后．亚运期间NO 2、O 3、PM 10和SO 2平均浓度分别比亚运前下降了12.84%、8.84%、28.17%和23.31%．为分析气象条件对污染物浓度的影响，表1给出2010年11月4日 12月10日主要的天气过程．表2给出亚运期间与亚运前后气象条件对比．图中圆点线为我国环境空气质量一级标准，短划线为我国环境空气质量二级标准图12010年11月4日 12月10日广州区域空气污染指数RAQI 、风速、能见度、PM 2.5浓度和NO 2、O 3、PM 10、SO 2浓度逐日变化Fig．1Daily variations of the regional air quality index （RAQI ），wind speed ，visibility ，the concentration of PM 2.5，the concentrations of NO 2，O 3，PM 10and SO 2in Guangzhou from Nov．4，2010to Dec．10，2010表12010年11月4日 12月10日主要的天气过程Table 1Main weather process from Nov．4，2010to Dec．10，2010冷空气强度弱中等偏弱弱弱弱弱到达时间11月3日11月16日11月19日11月22日11月25日12月7日降雨时间11月5 6日无无无无无43929期李婷苑等：2010年广州亚运期间空气质量与污染气象条件分析表2亚运期间与亚运前后气象条件Table2Variations of meteorological conditions before，duringand after the Asian Games时间风速/m·s－1温度/ħ湿度/%混合层高度/m亚运前 1.1220.5353.411133亚运期间 1.2420.4860.891323亚运后 1.1820.7657.111259由图1（b）、表1和表2可以看出，亚运期间有4次冷空气过程，亚运前和亚运后各有一次冷空气过程．亚运期间的风速和混合层高度比亚运前后稍大，而温度则稍低于亚运前后，即亚运期间的扩散条件比亚运前后略好．而亚运后NO2、O3和PM10浓度均未回升到亚运前的浓度水平，说明亚运后持续采取的减排措施对降低空气中这3种污染物浓度仍有较为明显的作用．亚运期间的4次冷空气过程，NO2和PM10得到较好的清除，分别下降了34.5%和10.6%；而O3和SO2的浓度却分别上升了26.2%和15.0%．可见，亚运期间O3和SO2浓度的下降得益于政府实施的减排措施．表3给出亚运期间与亚运前后PM1、PM2.5浓度与能见度的平均值．表3亚运期间与亚运前后PM1、PM2.5浓度与能见度Table3Variations of PM1，PM2.5and visibility before，during and after the Asian Games时间PM1/mg·m－3PM2.5/mg·m－3能见度/km亚运前0.0730.08112.31亚运期间0.0530.05914.26亚运后0.0570.06513.68从图1（c）、1（d）和表3可见，亚运期间PM1、PM2.5浓度比亚运前后小，亚运期间能见度比亚运前后大，但仍出现了1个灰霾日（21日）．亚运前、亚运期间和亚运后广州地区细粒子PM2.5浓度均占PM10浓度的60%以上，表明广州地区空气中细颗粒物在PM10中的比重大于粗颗粒物，这与吴兑等［18］的研究相一致．细粒子污染形成灰霾天气是导致广州地区能见度下降的重要原因［18 21］．细粒子PM2.5污染与能见度日变化有相反的变化趋势，经计算，能见度与细粒子PM2.5浓度之间的相关系数达到－0.70，能见度与PM1浓度之间的相关系数达到－0.76，均通过了α=0.01的置信度检验．2.2亚运期间与前后污染物浓度的变化与过程特征由图1（e） 1（h）可以看出，亚运期间NO2和SO2浓度的日均值达到国家一级标准；PM10浓度日均值满足国家二级标准．由于国家环境空气质量标准无O3日均浓度和PM10小时平均浓度限值，因此本研究不分析O3浓度日均值和PM10小时浓度值是否超标的问题．结合气象条件分析，可发现污染物浓度变化和气象条件有密切关系．根据广东省天气观测站网及香港天文台的资料分析，亚运前，11月5 6日受广东沿岸地区广阔云带的影响，广州地区出现降雨，温度下降，污染物得到清除．11月7日 12月9日广州连续34d滴雨未下，空气干燥．11月7 11日污染物逐渐累积，浓度增加．12日为保障亚运会开幕式的顺利进行，在广州周边地区（肇庆、云浮、清远等地）进行了人工消雨，导致广州周边地区的空气较为清洁，污染物的区域输送不明显，使广州地区的污染物浓度下降．亚运期间，11月16日由于中等偏弱的冷空气的作用，NO2、PM10和O3浓度均明显下降．11月15日PM10浓度明显增大，是由于冷空气来临之际污染物明显的积聚过程所造成（这是冷空气来临之前普遍出现的污染现象，即锋前暖区不利扩散的气象条件使得污染物明显积聚，导致冷空气主体来临之前出现明显的污染过程）．11月19日、22日和25日又有弱冷空气过境，PM10浓度也同样出现先增后减的现象；NO2和O3浓度均有所减小．18日O3浓度减小，这可能是由于PM10浓度的明显增大，使到达地面的光化学辐射通量减小，从而减缓光化学反应进程，使得O3浓度减小［22］．25 26日NO2与O3浓度日均值变化出现相反的现象．O3是由于VOCS与NOx经过一系列的反应生成，前体物与臭氧的浓度并不一定有相同变化趋势［23 25］．亚运后，11月30日风速较大，扩散条件较好，NO2、SO2和PM10浓度均有不同程度的下降．12月1 7日，广州受高压脊的影响，温度升高，有利于污染物的积累［7，9 11］．12月7日夜晚冷空气到达广州地区，12月8日O3、PM10和SO2浓度均明显减小．为了研究亚运期间16日、22日冷空气过程前后SO2浓度增加的原因，图2给出2010年11月15日、16日和23日后向轨迹图．由图2可以看到，11月15 16日和23日冷空气来临前后，气流携带北部韶关的污染物到达广州近地面［26］，使SO2浓度明显上升．因此，SO2浓度上升的原因除了与冷空气来临之际污染物明显的积聚过程有密切关系外，也与冷空气携带的远距离输送的污染物有一定关系．图3给出亚运期间NO2、O3和SO2浓度逐时变5392环境科学33卷图2广州2010年11月15日、16日和23日世界时间00：0024h后向轨迹图Fig．224h backward trace at00：00（UTC）on the15th，16th and23rd of Nov．，2010in Guangzhou化曲线．从图3可见，SO2和NO2浓度小时均值均达到国家一级标准；O3浓度小时均值满足国家二级标准，其中11月27日的14：00和15：00的O3浓度非常接近国家二级标准限值，分别为0.197mg·m－3和0.198mg·m－3．图中圆点线为我国环境空气质量一级标准，短划线为我国环境空气质量二级标准图3亚运期间NO2、O3和SO2浓度逐时变化Fig．3Hourly variations of NO2，O3and SO2during the Asian GamesO3浓度在午后达到最大，这是由于午后阳光充足，有利于光化学反应生成O3．亚运期间广州大多数时段为晴天，日照时间长，能见度高，为前体物的光化学反应提供了很好的条件，导致广州地区臭氧浓度较大．为了分析亚运期间汽车单双号限行对NO2浓度的影响，图4给出亚运期间以及2010年10月（未实行单双号限行）NO2浓度的日变化曲线．图4亚运会期和2010年10月NO2浓度的日变化Fig．4Daily dynamics of NO2during the AsianGames and in Oct．，2010由图4可以看出，亚运期间与2010年10月NO2浓度的日变化曲线趋势大致相同，但亚运期间NO2浓度明显比2010年10月低，汽车单双号限行效果明显，广州地区NO2浓度受汽车尾气排放的影响较大．2.3亚运期间与亚运前广州与其近周边城市污染物浓度对比分析广州地处珠三角城市群中心，广州地区空气污染主要受当地污染源及外地污染源远距离输送的叠加影响［4，7，16，17］．2010年亚运期间，广州市政府联合周边城市开展了大规模的协同减排63929期李婷苑等：2010年广州亚运期间空气质量与污染气象条件分析措施，为探讨协同减排措施成效，图5给出亚运期间和亚运前广州及近周边城市的NO 2、O 3、PM 10和SO 2浓度直方图．由图5可以看出，亚运期间除东莞市的O 3浓度和肇庆市的PM 10浓度有所上升以外，广州及其近周边城市的NO 2、O 3、PM 10和SO 2浓度均比亚运前有不同程度的降低．区域空气污染协同防控措施达到了较好的效果．亚运期间广州地区NO 2、PM 10和SO 2浓度均低于其相邻城市，而高于离广州较远的城市；但O 3浓度则相反，广州地区O 3浓度高于其相邻城市．为分析广州与近周边城市空气污染物之间的关系，表4给出亚运期间广州与近周边城市污染物浓度的相关分析．图5亚运期间和亚运前广州及近周边城市的NO 2、O 3、PM 10和SO 2浓度Fig．5Variations of NO 2，O 3，PM 10and SO 2in Guangzhou and the surrounding areas before and during the Asian Games表4亚运期间广州与近周边城市的NO 2、O 3、PM 10和SO 2相关分析Table 4Correlation analysis of NO 2，O 3，PM 10and SO 2between Guangzhou and the surrounding areas during the Asian Games 项目肇庆佛山江门中山珠海东莞惠州深圳香港NO 20.6290.5390.2990.305－0.0570.6150.4720.2790.040O 30.8520.9350.8940.8720.8040.8760.8880.7190.615PM 100.2000.5300.2720.2570.0010.6340.6650.1160.077SO 20.1340.1880.3170.2370.2570.1850.5180.3620.317由表4可以看到，广州与肇庆、东莞、佛山空气中NO 2的相关性较好，分别为0.629、0.615、0.539；广州与近周边16个城市空气中O 3的相关性都很好，最大为广州与佛山之间的相关性，高达0.935；广州与惠州、东莞、佛山空气中PM 10的相关性较好，分别为0.665、0.634、0.530；广州与惠州空气中SO 2的相关性较好，为0.518；以上相关系数均通过了α=0.01的显著性检验．广州相邻城市的NO 2、PM 10和SO 2均有向广州传输的潜势，广州地区的O 3有向其周边城市输送的潜势．3结论（1）亚运期间空气质量比亚运前后好，能见度比亚运前后大，PM 1和PM 2.5浓度比亚运前后小，空气中PM 2.5在PM 10中的比重大于粗颗粒物．亚运前、亚运期间、亚运后RAQI 平均值分别为2.15、1.78和2.10．能见度与PM 1、PM 2.5浓度有较好的反相关，能见度与PM 1、PM 2.5之间的相关系数分别为－0.76和－0.70．（2）亚运期间广州及近周边城市的NO 2、O 3、PM 10和SO 2浓度均比亚运前有不同程度的降低，区域空气污染协同防控措施达到了较好的效果，其中广州地区NO 2、O 3、PM 10和SO 2平均浓度分别比亚运前下降了12.84%、8.84%、28.17%和23.31%．亚运期间广州地区NO 2和SO 2浓度日均值和小时均值均达到国家一级标准，PM 10浓度日均值和O 3浓度小时均值均满足国家二级标准，其中11月27日14：00和15：00O 3浓度非常接近国家二级标准限7392环境科学33卷值，分别为0.197mg·m－3和0.198mg·m－3．广州地区SO2浓度受本地源和远距离输送叠加的影响；汽车单双号限行效果明显，NO2浓度受汽车尾气排放的影响较大．广州相邻城市的NO2、PM10和SO2有向广州传输的潜势，而O3有由广州地区向其周边城市输送的潜势．（3）亚运期间气象条件比亚运前后略好．亚运期间4次冷空气过程NO2和PM10平均浓度低于亚运期间的平均浓度，而O3和SO2平均浓度则高于亚运期间的平均浓度．亚运期间污染物浓度的降低得益于政府实施的减排措施以及良好的气象条件．致谢：广东省环境保护厅提供的粤港珠三角空气质量监测网16个监测子站的资料；广东省气象局大气成分观测站与天气观测站网的资料；美国国家海洋大气局（NOAA）HYSPLIT轨迹模式．参考文献：［1］Wu D，Bi X Y，Deng X J，et al．Effect of atmospheric haze on the deterioration of visibility over the Pearl River Delta［J］．ActaMeteorologica Sinica，2007，21（2）：215-223．［2］车汶蔚，郑君瑜，钟流举．珠江三角洲机动车污染物排放特征及分担率［J］．环境科学研究，2009，22（4）：456-461．［3］吴兑，廖雪莲，邓雪娇，等．珠江三角洲霾天气的近地层输送条件研究［J］．应用气象学报，2008，19（1）：1-9．［4］Zheng J Y，Zhong L J，Wang T，et al．Ground-level ozone in the Pearl River Delta region：Analysis 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