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一氧化碳(CO)是一种重要的空气污染物,具有分布广、数量多和积累性强等特点[1],于2012年被正式列入环境空气质量监测范围内,2013年起在全国逐步开展监测工作。大气中的CO污染物主要来源于自然和人为活动:自然源主要包括CH4的氧化以及海洋和植物的排放;人为源主要是含碳物质的不完全燃烧(如机动车尾气和工业生产排放)和森林砍伐[2-3]。CO主要影响人体的心血管和中枢神经系统[4-5],轻度CO中毒可产生头痛、头晕和恶心呕吐等非特异性症状[5]。长期接触高浓度CO可造成心律失常,诱发或加重冠心病[4],导致神经损伤[6],产生永久性神经后遗症[5],严重时可导致意识障碍、昏迷甚至死亡[6]。CO还是一种重要的反应性气体,可参与光化学反应生成O3,造成二次污染[7-8]。此外,CO可与羟基·OH发生氧化反应,消耗大量的·OH,减弱大气的氧化能力,间接影响其他温室气体的反应,加剧温室效应[9-10]。
王占山等[2]对2014年北京市35个地面监测站点的CO数据进行分析发现,CO浓度的月度变化呈“U字型”分布特征,采暖季浓度高于非采暖季,日变化则呈双峰型,峰值分别出现在07:00~09:00和23:00左右,气象要素中相对湿度对CO浓度影响最大。方双喜等[11]在浙江省临安市大气本底站对CO进行了在线观测,结果表明人为活动对CO浓度日变化有显著的影响,四季中分别在07:00~10:00和19:00~20:00出现峰值,全年CO浓度呈现出冬、春季高,夏季低的趋势,而城市区域向临安输送的CO对观测结果有明显影响。杨继东等[12]分析了天津市12个国控监测站点的CO数据,发现CO日变化规律明显,呈典型双峰型,09:00和23:00出现峰值,16:00出现谷值,冬季CO浓度最高,夏季反之最低,CO和O3、CO和气温间均呈现出较好的负相关性。冯鑫媛等[13]研究了川渝地区大气污染物浓度的时空分布特征及区域差异,结果表明CO浓度冬季高夏季低,与除O3外的其他污染物变化特征一致,其日变化同样也呈双峰型,高峰出现在夜间和上午,同时,日变化特征还存在区域和季节上的差异,高原地区双峰型污染物的上午高峰通常高于夜间,盆地各区域则相反。王叶琳等[14]利用2010~2018年西安市的监测数据,分析了大气污染物的时空变化特征,研究发现CO浓度自2013年起逐年下降,月度变化为开口向上的抛物线型,冬季高夏季低,因具有高度的同源性,CO与SO2、NO2、PM2.5和PM10间均存在着不同程度的正相关。
兰州市地处中国西北部,是重要的工业城市,人口众多,机动车保有量大,冬季燃煤供暖时间长,同时兰州市还是典型的河谷城市,特殊的地形条件导致逆温静风天气频率高[15],污染物的扩散条件差,易形成严重的污染天气。近些年来,民众普遍将注意点放在了颗粒物和O3上,却忽略了对CO污染的研究。兰州作为一个发展中的城市,其机动车保有量在不断地增加,2019年年末全市机动车保有量109.50万辆[16],较2015年年末的80.46万辆增加了36.1%[17]。而机动车的尾气排放恰恰是CO的重要来源之一,因此有必要对兰州市近几年的CO污染情况做一个统计分析。本研究利用2015年1月1日~2020年12月31日兰州市6个国控空气质量监测站点的CO污染物浓度数据和同期的气象观测数据,探究了兰州市CO浓度时空分布特征、CO与其他污染物、气象要素之间的关系,以期为兰州市的CO污染防治提供参考依据。
兰州市CO污染分布特征
Distribution characteristics of carbon monoxide pollution in Lanzhou
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摘要: 为探究兰州市CO的分布特征,利用2015~2020年兰州市国控空气质量监测站点的CO等6项空气污染物逐小时质量浓度资料,并结合同期兰州市常规气象观测资料,分析了兰州市CO污染的特征,探讨了CO浓度与其他空气污染物和气象要素的关系。结果表明,2015~2020年间,兰州市区的CO平均浓度逐年下降,而榆中兰大校区却在2017年之后出现了上升趋势;兰州市区和榆中兰大校区的CO浓度呈现出冬季高夏季低的“U字型”月度变化特征,采暖期CO浓度值是非采暖期的2倍左右;兰州市区CO浓度呈现出双峰型日变化,峰值主要出现在09:00和21:00,榆中兰大校区则为单峰型,峰值出现在12:00;CO和NO2具有相似的双峰型日变化特征,两者之间的相关系数为0.718,而CO与SO2、PM2.5和PM10具有相似的“U字型”月度变化特征;气温和风速是影响兰州市CO浓度的主要气象要素。Abstract: In order to investigate the distribution characteristics of carbon monoxide (CO) in Lanzhou, the hourly concentration data of six air pollutants including CO obtained from the national air quality monitoring sites in Lanzhou from 2015 to 2020 were used, considering the regular meteorological observation data in the same period, the characteristics of CO pollution in Lanzhou and the relationship between CO concentration and other air pollutants as well as meteorological elements were analyzed. The results showed that the average concentration of CO in Lanzhou city decreased year by year from 2015 to 2020, while Yuzhong county showed an upward trend after 2017. The CO concentration in Lanzhou city and Yuzhong county showed a "U-shaped" monthly change characteristic with a high concentration in winter and a low concentration in summer, and the CO concentration during the heating period was about twice than that of the non-heating period. The CO concentration in Lanzhou city had a bimodal diurnal variation with the peaks appearing mainly at 09:00 and 21:00, while the Yuzhong county had a single peak appearing at 12:00. CO and NO2 had similar bimodal diurnal variation characteristics with a correlation coefficient of 0.718, while CO and SO2, PM2.5, PM10 had similar "U-shaped" monthly variation characteristics. Air temperature and wind speed were the main meteorological elements which affected the CO concentration in Lanzhou.
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Key words:
- Lanzhou /
- CO concentration /
- change of time /
- spatial distribution
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表 1 2015~2020年兰州市首要污染物天数统计 d
t/a CO O3 SO2 NO2 PM10 PM2.5 2015 1 45 0 43 200 75 2016 0 74 0 53 193 52 2017 0 99 0 53 168 45 2018 0 106 0 67 142 35 2019 0 121 0 102 96 25 2020 0 120 0 83 109 36 共计 1 565 0 401 908 268 表 2 2015~2020年不同监测站点和兰州市区CO浓度的统计学特征
站点 均值±标准差 最小值 P25 P50 P75 最大值 占比 职工医院 1.323±0.910 0.100 0.700 0.982 1.592 5.135 26/1357 兰炼宾馆 1.024±0.573 0.183 0.600 0.805 1.200 3.700 0 生物制品所 1.156±0.673 0.100 0.700 1.000 1.500 5.198 8/2119 铁路设计院 1.329±0.876 0.100 0.700 1.000 1.600 6.300 32/2128 教育港 0.941±0.564 0.200 0.600 0.700 1.100 3.500 0 榆中兰大校区 0.850±0.468 0.003 0.600 0.800 1.000 4.410 2/2101 兰州市区 1.182±0.704 0.267 0.725 0.949 1.384 4.633 7/2135 注:P25、P50和P75分别为第25、50和75百分位数;占比为研究期间CO浓度超过国家环境空气质量二级标准(4 mg·m−3)的天数所占比例。 表 3 2015~2020年兰州市区CO污染物与气象要素的Person相关系数
气象要素 相关系数 春季 夏季 秋季 冬季 全年 气温/℃ −0.346** 0.138** −0.512** −0.085 −0.603** 气压/hPa −0.167** −0.020 −0.004 −0.146** 0.272** 风速/m·s−1 −0.368** −0.133** −0.423** −0.557** −0.423** 相对湿度/% −0.138** −0.193** 0.012 0.109* 0.018 注:**为p<0.01;*为p<0.05。 -
[1] 郭倩, 潘海婷, 黄河仙, 等. 娄底市2015年—2018年一氧化碳时空分布特征研究[J]. 环境科学与管理, 2019, 44(12): 116 − 119. doi: 10.3969/j.issn.1673-1212.2019.12.026 [2] 王占山, 李云婷, 张大伟, 等. 2014年北京市CO浓度水平和时空分布[J]. 中国环境监测, 2018, 34(3): 14 − 20. [3] 安俊琳, 王跃思, 李昕, 等. 北京大气中CO体积分数与风速关系[J]. 生态环境, 2008, 17(1): 153 − 157. [4] LEE F Y, CHEN W K, LIN C L, et al. Carbon monoxide poisoning and subsequent cardiovascular disease risk: A nationwide population-based cohort study[J]. Medicine, 2015, 94(10): 624 − 631. doi: 10.1097/MD.0000000000000624 [5] NG P C, LONG B, KOYFMAN A. Clinical chameleons: An emergency medicine focused review of carbon monoxide poisoning[J]. Internal and Emergency Medicine, 2018, 13(2): 223 − 229. doi: 10.1007/s11739-018-1798-x [6] BELL M L, PENG R D, DOMINICI F, et al. Emergency hospital admissions for cardiovascular diseases and ambient levels of carbon monoxide: results for 126 United States urban counties, 1999—2005[J]. Circulation, 2009, 120(11): 949 − 955. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.109.851113 [7] BHUYAN P K, BHARALI C, PATHAK B, et al. The role of precursor gases and meteorology on temporal evolution of O3 at a tropical location in northeast India[J]. Environmental Science & Pollution Research International, 2014, 21(10): 6696 − 6713. [8] SUTHAWAREE J, KATO S, TAKAMI A, et al. Observation of ozone and carbon monoxide at Cape Hedo, Japan: Seasonal variation and influence of long-range transport[J]. Atmospheric Environment, 2008, 42(13): 2971 − 2981. doi: 10.1016/j.atmosenv.2007.12.053 [9] SAHU L K, SHEEL V, KAJINO M, et al. Variability in tropospheric carbon monoxide over an urban site in Southeast Asia[J]. Atmospheric Environment, 2013, 68: 243 − 255. doi: 10.1016/j.atmosenv.2012.11.057 [10] KHALIL M, RASMUSSEN R A. Global decrease in atmospheric carbon monoxide concentration[J]. Nature, 1994, 370(6491): 639 − 641. doi: 10.1038/370639a0 [11] 方双喜, 周凌晞, 栾天, 等. 浙江临安大气本底站CO浓度及变化特征[J]. 环境科学, 2014, 35(7): 2454 − 2459. doi: 10.13227/j.hjkx.2014.07.003 [12] 杨继东, 刘佳泓, 杨光辉, 等. 天津市环境空气中一氧化碳污染特征及变化趋势研究[J]. 环境科学与管理, 2012, 37(6): 89 − 90. doi: 10.3969/j.issn.1673-1212.2012.06.024 [13] 冯鑫媛, 张莹. 川渝地区大气污染物质量浓度时空分布特征[J]. 中国科技论文, 2018, 13(15): 1708 − 1715. doi: 10.3969/j.issn.2095-2783.2018.15.004 [14] 王叶琳, 程燕, 严璐, 等. 2010—2018年西安市大气污染物变化特征分析[J]. 地球环境学报, 2020, 11(1): 99 − 111. [15] 高鸿欣, 陈海旭, 陈兴鹏. 兰州环境空气污染特征及治理经验[J]. 甘肃科技, 2015, 31(2): 41 − 45. doi: 10.3969/j.issn.1000-0952.2015.02.014 [16] 兰州市统计局, 国家统计局兰州调查队. 2020兰州统计年鉴[M]. 北京: 中国统计出版社, 2020. [17] 兰州市统计局, 国家统计局兰州调查队. 2016兰州统计年鉴[M]. 北京: 中国统计出版社, 2016. [18] 刘宇, 王式功, 尚可政, 等. 兰州市低空风时空变化特征及其与空气污染的关系[J]. 高原气象, 2002, 21(3): 322 − 326. doi: 10.3321/j.issn:1000-0534.2002.03.015 [19] 马敏劲, 谭子渊, 陈玥, 等. 近15a兰州市空气质量变化特征及沙尘天气影响[J]. 兰州大学学报(自然科学版), 2019, 55(1): 33 − 41. [20] 赵敬国, 王式功, 王嘉媛, 等. 兰州市空气污染与气象条件关系分析[J]. 兰州大学学报(自然科学版), 2013, 49(4): 491 − 496. doi: 10.13885/j.issn.0455-2059.2013.04.005 [21] 张丹瑜婷, 廖宏, 李柯, 等. 大气国十条以来我国夏季大气OH浓度变化的数值模拟[J/OL]. 大气科学, 2022, http://www.iapjournals.ac.cn/dqkx/article/doi/10.3878/j.issn.1006-9895.2112.21218.