安阳市高层次住宅不同高度处环境空气中PM10含量变化规律研究
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摘 要：该文研究了高层次住宅不同高度处环境空气中PM10含量变化规律。研究表明，不同高度处环境空气中PM10含量受大气稳定度影响较大。距地面最近处，PM10含量最高;距地面最高处，PM10含量较低。环境空气中PM10含量随楼层高度的不断增加而浓度有较大变化。在冬季晴天、风速较高条件下，环境空气中PM10含量随楼层高度的增加在一定距离范围内呈下降趋势，具体高度受诸多方面因素影响，在不同地区、不同城市、不同市区甚至不同小区都有差异，因此，安阳地区PM10含量变化规律主要是由当地污染物征决定的。
关键词：楼层高度 环境空气 PM10
中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）04（a）-0040-02
PM10是环境空气中常见污染因子之一，对人体健康的影响多有报道。环境空气中的PM10可通过呼吸道进入人体，主要蓄积在人体心、肺、血管、大脑等处，将损害呼吸系统、造血系统引起一系列临床症状。PM10污染对孕妇、婴幼儿健康影响很大。受PM10污染的儿童容易引起哮喘，老年人容易引起肺栓导致死亡。在环境空气中，不同垂直高度处污染物含量是不同的。为此，我们开展了高层次住宅不同楼层高度处环境空气中PM10含量变化规律研究。
1 实验方法
1.1 监测点位的布设
经对安阳市区高层建筑现场勘查，选择以安阳市网通公司办公大楼（高约120m）为监测对象。安阳市区冬季主导风向为北风，安阳市网通公司楼向为南北走向，在网通公司办公大楼各楼层西阳台布设监测点位，监测楼层为1层、3层、5层、7层、10层、15层共计6个监测点位。
1.2 监测方法及分析仪器
具体情况见表1。
1.3 监测时间
2018年12月26～30日，采样时间不少于18h，连续监测5天。采样时间为早6：00点～晚24：00點。监测同时记录地面气温、气压、风向、风速等气象要素。
1.4 质量控制措施
采样仪测量前后进行流量校准，样品实验室分析做10%加标回收试验和质控样品，实验测定结果合格。
2 结果与讨论
在监测期间，12月26日、27日天气、风速等气象因素较一致，12月28日、29日、30日天气、风速等气象因素较一致，因此将12月26日、27日监测结果作为一组，28日、29日、30日监测结果作为一组，分别讨论两种天气条件下不同楼层高度处环境空气中PM10含量变化规律。监测结果见表2，气象条件见表3，楼层高度对应PM10的变化趋势见表4。
阴天、雾、风速较低气象条件不同楼层处PM10浓度变化规律分析如下。
由表3可知，12月26日、27日，天气情况较一致，均为阴天、雾，形成逆温层。风速较低，范围为1.8～2.2m/s。由表3、表4表明，在风速较低情况下，由于逆温层的存在，大气稳定度较好，不利于污染物的扩散，监测期间不同楼层高度处环境空气中PM10含量变化规律较一致。
（1）在1层处，环境空气中PM10含量范围为0.457～0.30
9mg/m3。从近地面到距地面10m处，环境空气中PM10含量上升。通常认为PM10来自工业排放、烹饪排放、大风天气导致扬尘、汽车尾气也会造成PM的产生。安阳市在冬季是以煤为主要能源的城市，安阳市TSP二重源解析结果表明，燃煤尘是安阳市第二大污染源类[1]。在采暖季其贡献值为162.40μg/m3，分担率为24%。可见，安阳市煤烟尘污染严重，一部分漂浮于大气，一部分沉降到地面。以上因素，均在一定程度是增加了地面扬尘中PM10含量。近地面处，总悬浮颗粒物污染较重，使得近地面环境空气中PM10含量较高。
（2）从7～15层处，环境空气中PM10含量基本呈现出随楼层高度的增加，PM10含量有上升趋势。12月26日、27日，7层处环境空气中PM10浓度分别为0.484～0.472mg/m3，15层处境空气中PM10浓度分别0.631～0.601mg/m3。张仁健、王明星等人[2]对北京冬春季气溶胶化学成分及其谱分布研究表明，大部分元素在47m高度的浓度要大于6m高度的，这些元素有Al、Si、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Ni、Cu、As、Se、Br、Pb等。两次观测的比值在1～2.8之间。这与该研究的结果是一致的。监测的12月26日、27日，均为阴天，有雾，且风速较低，大气稳定度较好，不利于空气中污染物的扩散。张仁健等人[2]的研究表明，30～40m高的烟囱排放的污染物在40～50m高度最大，随风力不同，而向下游扩散。高架源排放的污染物在大气中随风扩散的轨迹是抛物线形，且随着向地面的降落，浓度逐渐稀释降低。高架源排放的污染物弥散在空气中，其中的细粒子不易降落到地面，发生复杂的大气物理化学变化过程。大气稳定度较好的逆温天气，有利于细粒子的抬升。这些因素都使得在一定高度范围内使得距地面距离越高，环境空气中PM10含量上升。
（3）楼层在15层处，环境空气中PM10含量下降。周明煜等[3]的研究表明，北京市在120m以下有充分的垂直和水平湍流交换，120～280m相对较弱。这表明距地面120m处是大气层流运动的一个分界面。安阳市环境空气中PM10在离地面120m处低于100m处，可能是由于近地面大气中有较少的PM10能够达到距地面120m高空处。徐宏辉等人[4]的研究表明，某些金属元素在80m的浓度高于8m和240m，例如Al、Fe、Mg、Ca、Ba、Sr、Zr、Na等。该研究中，监测的12月26日、27日PM10在1层的浓度高于3层和15层，与徐宏辉等人[4]的研究结果有着相似性。
3 结语
冬季，阴天有雾，且风速较低的情况下，大气中容易形成逆温层。在1层处，环境空气中PM10含量较高。7～15层处环境空气中扬尘较少，环境空气中PM10含量下降。环境空气中PM10含量基本呈现出随楼层高度的增加，PM10含量有上升趋势。具体高度受诸多方面因素影响，在不同地区、不同城市、不同市区甚至不同小区都有差异。这跟灰尘密度、周围建筑高度和气流湍流特性都有关系。因此安阳地区PM10的垂直分布特征主要由当地的污染特征决定的。
参考文献
[1] 安阳市环境保护监测中心站.安阳市大气颗粒物来源解析[Z].2003.
[2] 张仁健，王明星，张文，等.北京冬春季气溶胶化学成分及其谱分布研究[J].气候与环境研究，2000，5（1）：6-11.
[3] 周明煜，姚文清，徐祥德，等.北京城市大气边界层低层垂直动力特征及其污染物浓度关系的研究[J].中国科学（D辑），2005，35（增刊）：20-30.
[4] 徐宏辉，王跃思，温天雪，等.北京市大气气溶胶中金属元素的粒径分布和垂直分布[J].环境化学，2007，26（5）：675-679.
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