褚彦辛
(忻州市环境保护研究所，山西 忻州 034000)
在线单颗粒气溶胶质谱仪在重点考核的国控点位开展固定连续监测，可以获得不同天气条件、不同气团来源的高时间分辨率PM 2.5物种监测数据和在线源解析结果，实时甑别影响该点位及其所在区域PM 2.5浓度的主要污染源及其污染贡献率，筛选本地污染源的代表性类别，为污染削峰降频提供基础数据[1]。气溶胶激光雷达在秋冬季持续开展固定站点垂扫，可以初步摸清区域基本污染状况，判别污染类型(来源)、排放强度、排放时间以及扩散趋势等信息[2]。本文采用在线单颗粒气溶胶质谱仪和气溶胶激光雷达监测系统在某重点考核的国控点位开展固定连续监测，为其所在区域颗粒物污染管控提供科学、合理的数据支撑及指导方向。
1 在线颗粒物源解析
1.1 监测基本情况
2020年12月21日至27日，采用在线单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS 05系列)在重点考核的国控点位进行监测(其中，23日13:00～18:00、25日15:00至26日12:00因断电出现数据缺失)。
1.2 监测期间空气质量
监测结果显示，监测期间PM 2.5质量浓度均值为49 μg·m-3，最小值为19 μg·m-3，最大值为89 μg·m-3，峰值浓度出现在27日12:00。空气质量按小时均值计算，本次监测期间空气质量以优良为主，占比高达94%，其次，轻度污染占比为6%，集中出现在12月27日。
1.3 颗粒物源解析结果
监测结果显示，监测期间对监测点位总颗粒物数浓度贡献由大到小前4位分别为燃煤源(23.4%)、二次无机源(20.4%)、机动车尾气源(18.6%)、工业工艺源(17.5%)，总占比为79.9%。
1.4 昼夜源解析结果对比
监测结果显示，监测期间监测点位夜间PM 2.5浓度稍高于白天，其中，机动车尾气源和生物质燃烧源占比夜间显着高于白天，贡献差值均高达2.6%，燃煤源占比同样夜间高于白天，贡献差值均达1.6%。二次无机源和工业工艺源占比则是白天显着高于夜间，贡献差值分别为5.6%和3.1%。昼夜源解析结果对比如第165页图1。
图1 昼夜解析结果 图2 各污染源数浓度、比例及PM 2.5质量浓度随时间变化趋势
1.5 污染成因分析
利用SPAMS高时间分辨率的特性，可得到小时级别的颗粒物来源解析结果如第165页图2。
结果显示，本次监测期间空气质量以优良为主，白天PM 2.5浓度升高主要来自二次粒子转化与工业源排放增加，夜间颗粒物浓度升高的主要成因则是燃煤源、机动车排放源与生物质燃烧源排放累积所致。分阶段具体成因分析如下：
1)12月21日05:00至08:00出现PM 2.5浓度升高，峰值质量浓度为71 μg·m-3。期间各类污染物浓度均有所增长，表现出污染累积特征。其中，增长最为显着的是机动车尾气源，贡献持续超过25%，成为首要污染来源。燃煤源贡献为22.4%，为颗粒物的次要来源。
2)12月22日05:00至12:00出现PM2.5质量浓度高峰值，为72 μg·m-3。05:00至09:00主要污染源为机动车尾气源，占比持续高于25%，次要污染源为燃煤源，占比超过20%。之后，机动车尾气源和燃煤源贡献明显降低，二次无机源和工业工艺源数浓度和占比明显升高，在12:00占比高达25%，成为主要污染源。
3)12月23日01:00至08:00时出现PM 2.5浓度持续高值，峰值质量浓度为71 μg·m-3。期间各类污染物数浓度均有所增长，呈现污染累积特征。燃煤源和机动车尾气源贡献持续超过20%，为主要污染成因。工业工艺源和二次无机源占比超过17%，同样为颗粒物的重要来源。
4)12月26日夜间至27日下午出现持续PM2.5浓度高值，并且存在轻度污染时段。26日20:00起各类污染源数浓度均出现大幅增长，呈现污染累积特征，其中，26日夜间燃煤源和二次无机源为主要污染来源，贡献超过20%，此外，20:00生物质燃烧源贡献高达19.2%，成为该时段的重要污染源之一。27日01:00至09:00颗粒物来源以燃煤源和机动车尾气源为主，占比持续高于20%。之后二次粒子转化增强，12:00至16:00二次无机源占比超过30%。工业工艺源在12:00至13:00贡献超过20%，同样为颗粒物的主要来源。
2 气溶胶激光雷达监测
2.1 监测基本情况
2020年12月21日至27日，采用气溶胶激光雷达在重点考核的国控点A站点位进行监测，雷达空间分辨率为7.5 m，探测距离为5.0 km。
2.2 激光雷达数据分析
分时段激光雷达监测结果显示如下：
1)12月21日凌晨至上午PM2.5浓度升高。20日夜间至21日上午存在持续的高空污染沉降，污染层高度迅速降低，加之21日06:00时左右本地源排放明显增加，近地面消光系数显着升高，本地污染集中在300 m下，出现持续污染层。外来传输与本地源排放共同导致上午PM2.5浓度增长。
2)12月2日凌晨至中午PM2.5浓度升高。12月22日05:00起，近地面处出现明显消光系数升高，至12:00左右，在近地面300 m下持续存在污染层，本地源排放与累积为该时段PM 2.5浓度升高的主要成因。同时，在高空存在轻微的污染沉降，同样导致颗粒物浓度升高。
3)12月23日凌晨至上午时段PM 2.5浓度升高。当日雷达监测结果显示，01:00至08:00时段存在两次高空污染沉降过程，随后08:00至11:00时段在近地面至600 m左右形成稳定污染层，污染层内各类污染物难以垂直向上扩散，导致该时段PM2.5浓度升高。
4)12月26日夜间至27日下午PM 2.5浓度高值。雷达监测结果显示，26日夜间至27日凌晨存在持续高空污染沉降过程，27日凌晨在近地面300 m下存在持续污染层，为本地源累积导致，近地面污染层与污染沉降逐步混合，加重近地面污染，因此该时段PM 2.5污染主要为本地源累积导致，叠加污染传输过程。
以12月27日为例，激光雷达垂直扫描观测消光系数与退偏比如第166页图3a)、b)所示。
图3 12月27日激光雷达垂直扫描观测消光系数(上图)与退偏比(下图)
3 总结及建议
3.1 颗粒物污染特征
2020年12月21日至27日，通过采用在线单颗粒气溶胶质谱仪和气溶胶激光雷达监测系统在某重点考核的国控点位开展固定连续监测，得到如下结论：
1)监测期间质量浓度均值为49 μg·m-3，最小值19 μg·m-3，最大值89 μg·m-3，空气质量按小时均值计算，轻度污染占比为6%。
2)监测期间总颗粒物数浓度贡献占比前三的污染源依次为燃煤源(23.4%)、二次无机源(20.4%)和机动车尾气源(18.4%)，此外，工业工艺源占比高达17.5%，同样为颗粒物的主要来源。
3)监测期间颗粒物浓度在夜间稍高于白天，机动车尾气源和生物质燃烧源占比夜间显着高于白天，贡献差值均高达2.6%。二次无机源和工业工艺源占比则是白天显着高于夜间，贡献差值分别为5.6%和3.1%。
4)监测期间白天PM 2.5浓度升高主要源自二次粒子转化与工业源排放，夜间PM 2.5主要源自燃煤源、机动车排放源与生物质燃烧源排放。
5)夜间至凌晨时段颗粒物浓度升高主要为外来传输与本地源累积为主，上午时段本地源排放增加，进一步加重污染。
3.2 污染源管控建议
基于以上监测分析，为降低颗粒物污染浓度，建议该国控站点所在区域应进行加强机动车污染管控，加强散煤燃烧控制，开展工业企业专项监管检查，加强扬尘综合治理等管控措施。
