中国长江三角洲西部特大城市南京住宅区PM2.5和PM10的环境水平和时间变化分析外文翻译资料

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中国长江三角洲西部特大城市南京住宅区PM_2.5和PM₁₀的环境水平和时间变化分析

GUO F.SHEN^1,2,SI Y.YUAN²,YU N. XIE1 , SI J. XIA² , LI LI² , YU K. YAO² , YUE Z. QIAO² , JIE ZHANG² , QIU Y. ZHAO² , AI J. DING¹ , BIN LI² and HAI S. WU²

¹南京大学大气科学学院气候与全球变化研究所，南京，中国

²江苏省环境科学研究院大气科学研究所，南京，中国

摘要：包括长江三角洲在内的中国东部地区的空气质量的恶化引发了人们越来越多的关注。本次研究，我们在四个不同的时间测量了南京的PM₁₀和PM_2.5，PM_2.5 和PM₁₀的24小时平均质量浓度分别为0.033-0.234 mg/m³和0.042-0.328mg/m³，日均PM₁₀和PM_2.5浓度分别为世界卫生组织空气质量指南中建议的24小时平均PM_2.5准则值0.025 mg/m³和PM₁₀准则值 0.050 mg/m³的2.9（2.7-3.2）和4.2（3.8-4.6）倍（置信区间均为95％），由此可见该地区空气污染严重。污染物的浓度变化没有出现明显的周末效应，PM₁₀在冬季污染最严重，PM_2.5则在冬季和夏季的含量较高，且PM_2.5与PM₁₀变化显著相关，大气颗粒物PM₁₀中的细粒子PM_2.5所占平均质量分数约为72.5％，该数值随采样时间变化，通常春季最低，其他三个季节差异较小。

关键词：颗粒物；时间变化；周末效应；长三角西部地区

大气颗粒物污染对空气质量、人类健康和当地气候变化具有重大影响，因此在全球引发了越来越多的公众关注^[1–6]，由于细颗粒物的消光性（吸收和散射）会降低大气的可见度，高水平的颗粒物负载（高浓度的颗粒物）通常被认为是造成雾霾增加的主要原因，尤其是细小的PM_2.5(空气动力学当量直径lt;2.5mu;m的颗粒物）^[7–9]。据估计，2010年由于环境颗粒物污染造成约310万人伤亡，占全球伤残调整生命年的3.1％^[10]，环境颗粒物污染在全球是所有被调查风险因子中的第九大风险因素，而它在东亚地区则为第四大风险因素以及最大的环境风险因素。

大量的实验测量和模型模拟研究已经证明了中国尤其是东部地区空气污染严重^[11-13] ，据估计，2003年中国约有350-400万人因空气污染而过早死亡，且由于过早死亡率和发病率所造成的经济负担保守估计约为1,570亿元人民币（占GDP的1.16％），其中需人们自付的部分预计高达5200亿元人民币^[14,15]。

长江三角洲主要包括上海市、江苏省和浙江省，是中国最发达且发展最快的城市化地区之一，同时该地区也存在严重的空气污染问题^[16–19]。据报道，该地区的主要空气污染物的排放密度相对较高，例如颗粒物，黑碳和多环芳烃^[20-23]，长三角地区的区域空气质量也正在逐渐恶化，过去三十年中，该地区的大气能见度显著下降^[7,17]，在近来的中国联合预防和控制空气污染计划中，长三角地区已被确定为重点关注领域。

南京市为江苏省省会，位于长江西部，占地面积约6587平方公里，城市人口约810万，作为一个高度工业化和城市化的城市，南京存在严重的大气污染问题。据报道，2004年南京的平均能见度仅为8.8公里，日均能见度lt;10公里的天数约占全年的58％^[25]。相当少的研究在关注这个城市的空气污染物，如颗粒物，重金属和有毒有机物等^[26-30]，因此迫切需要开展更多的尤其是侧重于空气污染及其来源的研究，以期为大气污染控制、决策及防治提供科学依据。本研究的主要目的是对大气颗粒物污染水平，尤其是城市PM_2.5污染、颗粒物的质量分数以及季节变化有一个基本的了解。

资料与方法

采样地点

在2011年11月、2012年3月、6月和8月使用石英纤维过滤器（47mm，Millipore）连续24小时同时收集环境中的PM_2.5和PM₁₀样品，主动采样器（16.7升/分钟，武汉天虹仪器，中国）安装在一个七层住宅区的顶部屋顶上，住宅区附近有一所学院，采样点位于市中心的顺风处，这里是表征该城市空气污染动态特征的代表性地点。

颗粒物的测量与质量控制

将过滤器在500℃下预烘烤4小时，并在使用前储存在干燥器中24小时，采样后，再将粒子加载过滤器放入干燥器中调节24小时以达到平衡，使用高精度数字天平（XP105DR，Mettler-Toledo，Greifensee，Switzerland）在采样之前和之后对滤波器进行称重，由此通过质量差异和总采样量计算得到颗粒物质量浓度，通过指定取样体积为24.048m³和平衡灵敏度为0.01mg，估计检测限为0.42mu;g/ m³，测量的不确定度主要来自采样步骤中出现的误差（即本研究中未考虑挥发性有机化合物的吸收）以及重量测量时出现的误差，同时还进行了一次空白试验，来对本次研究的结果进行空白校正。

数据分析

使用NOAA Hysplit（国家海洋和大气管理局的混合单粒子拉格朗日积分轨迹）模型模拟空气质量轨迹^[31]研究空气质量的潜在污染源和长距离运输，同时计算来自采样点的72小时后向轨迹^[32] ，使用SPSS (Chicago, IL, USA)对数据进行分析，显著性水平为0.05。

结果与讨论

颗粒物质量浓度

图1给出了整个采样期间每天的PM_2.5和PM₁₀质量浓度变化曲线，直线则表示出中国国家环境空气质量标准值（二级环境空气功能区中PM_2.5标准值为0.075 mg/m³，PM₁₀标准值为0.150 mg/m³）^[33]和世界卫生组织指南中的标准值（PM_2.5标准值为0.025 mg/m³，PM₁₀标准值为0.050 mg/m³）^[34]。可以看出，颗粒物负荷日变化非常大，每日PM_2.5和PM₁₀浓度分别为0.033-0.234mg/m³和0.042-0.328 mg/m³。

整体来看，PM_2.5和PM₁₀平均值分别为0.106mg/m³和0.146mg/m³，此次研究中PM₁₀日均浓度值为国家标准值0.150mg/m³的0.97倍（0.89-1.1，置信区间为95％），而PM_2.5则为标准值的1.4（1.3-1.5，置信区间为95％）倍。

图1 采样期间南京PM₁₀（蓝色）和PM_2.5（红色）24小时平均质量浓度 直线和虚线则分别表示国家标准值和WHO指南值

在总采样天数中， PM₁₀和PM_2.5平均浓度高于中国国家环境空气质量标准值的天数占采样期间的比例分别高达40％和74％，而整个采样期间PM_2.5和PM₁₀的浓度都超过了世界卫生组织规定的标准值，这表明该地区颗粒物污染严重，对整个城市的空气环境和人类的健康产生不利影响。

分析表明，所研究区域的PM₁₀水平远高于全国平均水平0.083 mg/m^3[35]，据国家统计，南京过去10年的PM₁₀年平均浓度与北京，天津，上海等大多数主要城市相似，但高于广州，海口和南宁等华南地区^[36] ，2001-2004年北京PM_2.5的年平均浓度为0.096-0.107 mg/m^{3 [4]}，与本研究中的南京地区的平均浓度0.106mg/m³相当。在2003年曾有学者开展过一次实地考察项目，同时测量了中国14个城市（不包括南京）环境中的PM_2.5和碳含量^[37]。

相比于其他国内城市，南京冬季的PM_2.5浓度与华北平原和其他长三角地区的水平相当，如北京（0.126plusmn;0.066mg/m³），天津（0.179plusmn;0.088 mg / m3），上海（0.151plusmn;0.095mg/m³）和杭州（0.168plusmn;0.055mg/m³），但低于我国西北地区的西安（0.375plusmn;0.144mg/m³）和西南地区的重庆（0.312plusmn;0.114mg/m³） ；而夏季南京的PM_2.5浓度则低于北京（0.117plusmn;0.048mg/m³），天津（0.103plusmn;0.028mg/m³），西安（0.131plusmn;0.059mg/m³）和重庆（ 0.116plusmn;0.038mg/m³）等地区，与杭州地区（0.091plusmn;0.041mg/m³）相差不大，但高于上海（0.052plusmn;0.019mg/m³），广州（0.049plusmn;0.009mg/m³），香港（0.040plusmn;0.014mg/m³）和厦门（0.025plusmn;0.016mg/m³）等其他主要城市。

总的来说，中国的颗粒物空气污染严重，远高于美国和欧洲地区环境颗粒物水平 ^[1-3,38-39]。不同城市颗粒物污染水平的差异通常与当地较高的排放和区域远程运输的影响有关，预计未来将会有更多可用的监测数据和颗粒物来源信息，帮助我们更好地了解城市与城市之间和城市内部的动态变化，从而有利于我们制定出控制污染的有效策略。

据研究，该区域大多数城市的PM₁₀水平在2005年至2009年间呈下降趋势，这5年南京地区每年PM₁₀的浓度范围介于0.10和0.12mg/m³之间^[40]，但本次研究过程中PM₁₀年平均浓度约为0.146mg/m³，高于先前的研究数据，这种差异可能是由于采样点和测量方法的不同所造成的。Zhao等人^[40]根据当地环境保护局报告的空气污染指数（API）计算得出了PM₁₀水平，而我们则使用石英纤维过滤器对PM₁₀进行了取样和称重，空气污染指数是在中国用来描述空气质量一个无量纲指数。

现仅考虑五种污染物，即二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧和PM₁₀，单独测量每种污染物的浓度，在每个空气质量分类标准的评级限值之间的测量浓度做线性插值，计算得到与空气质量指数类似的亚污染指数，最高的亚污染指数则为最终的空气质量指数, 关于测量空气质量指数的方法可以在Qu等人的研究中^[41]和环境保护部网站上找到^[42]。此外，本研究仅包括了一个采样点，但针对一个城市空气污染指数的研究通常需要基于多个站点的监测数据，本研究中选取的采样点为该市发展最快的地区之一，因此我们在本研究中检测到的污染水平远高于整个城市的平均水平也就不足为奇了。

为减少污染政府一直都在不断努力地采取各种措施，例如淘汰小型燃煤发电厂，管理重污染行业，用天然气替代煤炭以及控制移动源等，这使得环境中的PM₁₀水平在过去几年一直处于下降趋势^[40，43]，但由于缺乏足够的代表性数据，很难知道环境中的PM_2.5水平是否也呈下降趋势。该地区除了受来自当地污染源的排放影响，污染物的运输和化学转化也是影响其空气质量的其他重要因素,研究表明，南方城市的空气污染物在夏季强辐射条件下会形成二次污染而影响其顺风城市，而北方地区冬季则主要受污染物质的长距离运输所影响。

污染物的时间变化

在四个采样月里，PM_2.5的平均浓度为0.146（0.123-0.170）mg/m³、0.089 mg/m

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