武汉市大气NO2污染特征及影响因素分析

武汉市大气NO 2污染特征及影响因素分析

The Analysis of NO2 Pollution Feature and Affecting

Factors in Wuhan

目录

摘 要: ...................................................... I 关键词： .................................................... I

1. 引 言 ..................................................... 1

2. 资料来源及处理方法 ........................................ 1

2.1资料来源 ............................................... 1

2.2资料处理方法 ........................................... 1

3. 武汉市大气NO 2污染特征及影响因素 . ......................... 2

3.1大气NO 2污染年际变化及其影响因素 ....................... 2

3.1.1污染特征 ............................................ 2

3.1.2影响因素 ............................................ 3

3.2大气NO 2污染月、季变化及其影响因素 ..................... 4

3.2.1 大气NO 2污染月变化情况 .............................. 4

3.2.2 大气NO 2污染季变化情况 .............................. 5

3.2.3 影响因素 ............................................ 6

3.3 大气NO 2污染逐日变化及其影响因素 . ...................... 6

3.3.1大气NO 2污染逐日变化情况 ............................ 6

3.3.2 影响因素分析 ........................................ 7

3.3.2.1 降水对大气中NO 2浓度的影响 ....................... 7

3.3.2.2 风速对大气中NO 2浓度的影响 ....................... 8

4. 结论 ...................................................... 9

参考文献 ................................................... 10

致谢： ..................................................... 12

摘 要

NO 2作为导致城市大气环境污染的重要根源，对人类乃至整个生物圈都有极大危害。本文通过对2005-2011年武汉市环境空气质量资料做统计分析，评价了近几年来武汉市区的大气NO 2污染状况，并分析了武汉市大气污染的主要特征及其影响因素。总体来说，2005-2011年，武汉市区大气NO 2绝对浓度呈缓慢上升趋势，但是市区大气NO 2浓度相对于武汉市GDP 有所下降，空气质量呈良性发展趋势，“十二五”期间NO 2总量减排10%的目标有望达成。武汉市区大气NO 2污染具有明显的月、季变化，一年之中，以夏季大气NO 2浓度最低，冬季最高；各月中以7、8月大气NO 2浓度最低；11月和12月最高。武汉市大气NO 2污染物的分布规律是气象条件和污染源排放综合作用的结果，其环境空气污染特征正在由煤烟型污染向煤烟--机动车尾气混合型污染过渡，呈现典型的复合型污染特征。影响武汉市大气污染的主要因素是工业污染、能源结构、机动车尾气污染、气象因素（风速、降水量等）。

关键词：武汉市；NO 2；污染特征；影响因素

Abstract

The nitrogen oxide ，one of the important pollutants that leads to the urban atmospheric environment pollution, poses great harm to human beings and the whole biosphere. In this paper, based on the statistical analysis of ambient air quality data from 2005 to 2011 in Wuhan City, the urban atmospheric pollution for recent years was evaluated ．The feature of atmospheric pollution and affecting factors were analyzed．In general, from 2005 to 2011, the urban NO2 concentration is slightly increasing in Wuhan. However, with respect to the Wuhan’s GDP, the concentration is decreasing. The ambient air quality tends to benign development. During the “Twelfth Five -Year Plan”, the mission that cut 10% of NO2 concentration is expected to be realized. In Wuhan, urban air NO 2 pollution shows the obvious monthly and seasonally variations. In summer atmospheric concentration of NO2 is the lowest, in winter is the highest. During July and August, atmospheric NO 2 gas concentration exhibits the minimum values and peak concentration appears during November and December. In Wuhan weather conditions and pollution emission affect atmospheric NO2 concentration. The environmental air pollution is transiting from the MeiYanXing pollution to mixed soot-the motor vehicle exhaust pollution. It presents the typical complex pollution characteristics. The main factors that affect air pollution in Wuhan include industrial pollution, energy structure, the motor vehicle exhaust pollution and meteorological factors (wind speed, precipitation, etc.). And according to the corresponding pollution characters and influence factors, some suggestions were proposed.

Key words: Wuhan; Nitrogen Oxide; pollution feature; influencing factors

1. 引 言

NO 2是主要的大气物质之一，本来就存在于环境中，但当其在大气中的浓度超过一定值时就成为了一种污染，对人类乃至整个生物圈都有极大危害（雪英和李战隆，1995）。环境中的NO 2来源于天然排放和人为活动排放。天然排放的NO 2, 主要来自土壤和海洋中有机物的分解，属于自然界的氮循环过程（何息忠，1996）。人为活动排放的NO 2，大部分来自化石燃料的燃烧过程，如汽车、飞机、内燃机及工业窑炉的燃烧过程；也来自于生产和使用硝酸的过程，如氮肥厂、有机中间体厂、有色及黑色金属冶炼厂等。据统计，全世界由于自然界细菌作用生成的NO 2每年约为50×107 t ，人类活动所产生的NO 2每年约为5×107 t (田贺忠等，2001) 。

NO 2是形成光化学烟雾的重要原因，光化学烟雾可以刺激人和动物的呼吸系统和眼睛、损伤植物的茎叶（Bobbink R，2001）；NO 2可以造成酸沉降形成酸雨；同时，NO 2会破坏臭氧层，致使过量的太阳紫外线到达地球（钟政林等，2006）。随着经济和城市化不断发展，大气NO 2污染已成为全球最为关注的环境问题之一（国家环境保护总局污染控制司，2000）。

目前国内外城市环境研究中，多是针对短期数据，非连续观测数据，对于长期变化趋势探讨较少。最近有文献通过检测站数据分析了长期变化趋势，发现了大气NO 2污染特征及其相关的影响因素，但有关武汉市的分析研究较少。本文对2005-2011年武汉市9个监测站的NO 2污染指数(API)进行了分析，以找出武汉市大气NO 2污染特征及其影响因素，更长远的目标是为制定治理武汉市城市污染政策和法规提供科学依据。

2. 资料来源及处理方法

2.1资料来源

环境空气质量资料：武汉市环境监测中心提供的2005-2011年武汉市沌口新区、吴家山、汉阳月湖、汉口花桥、青山钢花、东湖梨园、武昌紫阳、东湖高新、汉口江滩共九区9个监测站的NO 2污染指数(API)。

气象资料：由中国气象科学数据共享网《中国地面国际交换站气候资料日值数据集》提供的2005-2011年武汉常规气象观测资料。

2.2资料处理方法

根据2005-2011年武汉市空气质量监测结果，将用污染指数(API)表示的二氧化氮(NO2) 的污染情况转换为质量浓度值，转化方式按表1（Bix Feng Y and Wu J ，2007）进行线性插值，具体转换公式如下（徐媛婧和孙昊，2010）：

当某种污染物浓度C i,j ≤Ci ≤Ci,j+1时，其污染分指数

I i =[(Ci -C i,j ) ／(Ci,j+1-C i,j )]×(Ii,j+1-I i,j )+Ii,j ………（1）

式中，I i 为第i 种污染物的污染分指数；C i 为第i 种污染物的浓度值；I i,j 为第i 种污染物j 转折点的污染分项指数值;I i,j+1为第i 种污染物在j+1转折点的污染分项指数值；C i,j 为第j 转折点上i 种污染物(对应于I i,j ) 的浓度值；C i,j+1为第j+1转折点上i 种污染物(对应于I i,j+1) 浓度值。各种污染参数的污染分指数中取最大者为该区域或城市的空气污染指数API ：

API = max(I1,I 2,I 3…Ii …In )………（2）

表1 大气污染物污染指数与浓度的对应关系

Tab.1 Air Pollution Index (API) and Corresponding Mass Concentration NO 2污染指

数API

日均浓度（mg/m3） 50 0.080 100 0.120 200 0.280 300 0.565 400 0.750 500 0.940

3. 武汉市大气NO 2污染特征及影响因素

3.1 大气NO 2污染年际变化及其影响因素

3.1.1 污染特征

NO 2空气质量二级标准值为0.04 mg/m3，三级标准为0.08 mg/m3（环境空气质量标准GB3095-1996）， 2005-2011年武汉市NO 2质量浓度年均值为0.051 mg/m3-0.067 mg/m3，年均增长率为4.6 %，均超过NO 2环境空气质量二级标准，大气NO 2浓度年际变化情况如图1：

图1. 2005-2011年武汉市N02年均值

Fig.1 Annual-mean mass concentrations of N02 in Wuhan from 2005 to 2011 从年变化看，武汉市2005-2011年NO 2浓度年均值在2008年前呈上升趋势，2008年有所下滑，尔后浓度又增加，但是浓度增加速率明显减慢。即从整体上看大气NO 2浓度上升，但上升趋势不显著。

3.1.2影响因素

NO 2的人为来源主要是燃料的燃烧，一般2/3来自汽车等流动源的排放，剩下的1/3来自工业燃烧源和民用燃烧源（Fenn ME ，2006）。流动源以全市机动车辆拥有数为主要指标，工业燃烧源和民用燃烧源以全市耗煤量为主要指标。武汉市机动车辆拥有量逐年增加，2005至2009年武汉市机动车辆拥有数分别为65.3、70.3、75.9、81.9、90.8万辆（中国交通年鉴2005-2009）。2005至2009年武汉市能源消费总量分别为：3078.6、3416.98、3787.49、4090.1、4221.1万吨标准煤（武汉市统计信息网，统计年鉴2005-2009），能源消费逐年攀升, 年均增长9.1 %。

图2. 2005-2009年武汉市机动车辆拥有数和能源消耗量

Fig.2 2005-2009, Annual number of motor vehicle ownership and energy

consumption in Wuhan from 2005 to 2011

图2反映了2005-2009年武汉市机动车辆拥有数和能源消耗的增加趋势。从图中可以看出，2005-2009年武汉市机动车辆拥有数和能源消耗量大幅度提升，其中机动车辆拥有数年增长率达16%以上，而能源消耗量年增长率达9.1%。在机动车辆拥有数和能源消耗持续显著增加的大前提下，NO 2质量浓度上升趋势不明显，这可能得益于近年武汉市出台的“碧水蓝天”工程。其中“蓝天”工程的工作重心在于紧抓汽车尾气治理并逐步提高上路机动车辆尾气排放标准，加快燃煤锅炉改造等。从NO 2浓度年变化看，武汉市的大气污染控制治理措施取得了一定的成效，但是距大气环境质量二级标准还有一定的差距。

3.2大气NO 2污染月、季变化及其影响因素

3.2.1 大气NO 2污染月变化情况

可根据武汉市NO 2日浓度求出2005-2011年武汉市NO 2月平均浓度，图3为2005-2011年7年间每月大气NO 2污染月变化情况：

0.160.140.12

3浓度(m g /m )

0.10.080.060.040.020

1月

2月

3月

4月

5月6月7月8月9月10月11月12月

时间（月）

图3 2005-2011年武汉市NO 2浓度月平均值曲线

Fig.3 Monthly-mean mass concentrations of N02 in Wuhan from 2005 to 2011 从图3所示的污染物月均值可见，2005至2011年7年间1-9月份NO 2月均质量浓度均达到了月二级标准，而10-12月这段时间中2006年12月、2007年11月、2009年10月和11月、2010年11月和12月这几个月份超过了二级标准。总的来说NO 2质量浓度11、12月份最高，7、8月份NO 2质量浓度最低。

3.2.2 大气NO 2污染季变化情况

为了便于分析研究，根据武汉市的气候特征，将春季定为3-5月，夏季定为6-8月，秋季定为9-11月份，冬季定为当年12月至来年2月。图4给出了2005-2011年各个季节武汉市NO 2浓度的季平均值，从图4可以得出结论：四个季节中，武汉市大气NO 2质量浓度秋冬两季最高，春季较低，夏季最低。

0.10.090.080.070.060.050.040.030.020.010

2005年

2006年

2007年

2008年

2009年

2010年

2011年

3浓度（m g /m ）

图4 2005-2011年武汉市NO 2浓度季度平均值曲线

Fig.4 Quarterly-mean mass concentrations of N02 in Wuhan from 2005 to 2011

3.2.3 影响因素

这种季节性的空气污染变化主要是由武汉市大气层稳定度和降水的季节性变化所造成的。武汉市夏季大气对流发展强烈，多降雨过程（张意林等，2008）。这种气候特征利于NO 2污染物的扩散和湿沉降作用，因此NO 2浓度最小。而冬季由于大气层结较稳定且降雨较少，不利于与NO 2的扩散和沉降，因此NO 2浓度最高。NO 2秋季稍多，这与郊区大量焚烧秸秆有关（薛志钢等，2003）。

3.3 大气NO 2污染逐日变化及其影响因素

3.3.1大气NO 2污染逐日变化情况

图4为2005-2011年武汉市NO 2日平均浓度变化曲线，从中可看出武汉市大气NO 2污染逐日变化情况。从日平均浓度变化曲线可看出，2005-2011年武汉市N02浓度最小、最大值分别为0.0152 mg/m3、0.408mg/m3，最大值是最小值的26.8倍。其中的重污染现象主要受气象因素的影响，因为污染源不会在1天内突然增加或者消失。在2009年11月23日NO 2浓度达到0.408 mg/m3，API 指数为121，这与当日的低温、弱太阳辐射及高大气稳定度有关。7年间，N02日平均浓度超标率略有增加，但增大趋势不明显。

0.450.40.35

3浓度（m g /m ）

0.30.250.20.150.10.050

2005年1月1日

2

2006年1月1日2007年1月1日2008年1月1日2009年1月1日2010年1月1日2011年1月1日

图4 2005-2011年武汉市NO 2日平均浓度变化曲线

Fig.4 Daily -mean mass concentrations of N02 in Wuhan from 2007 to 2011

3.3.2 影响因素分析

不同的年份、季度、月份武汉市NO 2浓度不同，又呈现出一定的变化趋势，但是同季度、月份NO 2日平均浓度亦完全不相同。气象条件的好坏对NO 2日平均浓度有十分重要的影响。气象因素中对大气NO 2浓度影响最大的为降水量、风速等(蒋维楣，2003) 。

3.3.2.1 降水对大气中NO 2浓度的影响

NO 2溶于水生成HNO 3和HNO 2，并随雨滴沉降到地面，因而降水对清除大气中NO 2污染起着重要作用（蒋维楣等，2004）。首先，降水影响污染物浓度的季节性变化. 武汉市的降水量季节分布不均匀，在2005-2011年7年间，降水量以夏季最多，平均为为397.6 mm ；冬季最少为263.3 mm ；春、秋季分别为331.8 mm 、295.3 mm 。1905-1994年武汉市降雨量平均资料也显示，夏季降雨量最多，春秋季次之，冬季降雨量最少（张意林等，2008），即夏季降水对污染物的湿沉降作用明显，空气相对清洁，而秋冬两季NO 2可有更长的积累时间，污染较重。其次，在任何季节，雨雪天大气中NO 2浓度都会降低。由于降水的清洁。使得降水日的污染物浓度始终低于非降水日(表2) （中国气象科学数据共享网，《中国地面国际交换站气候资料日值数据集》）。

表2 2008年武汉市各季节降水日与非降水日NO 2平均浓度 Tab.2 A comparison of the seasonal-mean mass concentrations of NO2 in

precipitation and non-precipitation days in Wuhan in 2008

春季（3-5月）

污染物浓度（mg/m）

NO 2

3

夏季（6-8月） 降水日 0.032

非降水日 0.036

秋季（9-11月） 降水日 0.043

非降水日 0.045

冬季（12-2月） 降水日 0.045

非降水日 0.048

降水日 0.04

非降水日 0.045

3.3.2.2 风速对大气中NO 2浓度的影响

风速是影响大气扩散条件的重要因素，对2005至2011年武汉市日平均风速和NO 2日平均浓度（中国气象科学数据共享网，《中国地面国际交换站气候资料日值数据集》）进行统计分析，得出武汉市日平均风速与NO 2日平均浓度的关系:

表3 2005-2011年武汉市日平均风速与NO 2平均浓度关系

Tab.3 The relationship between mass concentrations of NO2 and wind speed from

2005 to 2011

风速（m ﹒s ） NO 2浓度（mg/m3） 风速（m ﹒s -1） NO 2浓度（mg/m3）

0≤WS

1.5≤WS

2.5≤WS

从表2可见，随着风速的增大，NO 2的日平均浓度单调减小，这是因为风有利于污染物的扩散，风速越大，单位时间内污染物被输送的距离就越远，与空气的混合也越充分，单位体积空气中污染物的含量就越低，即质量浓度越低（蒋维楣，2003）。

4. 结论

(1)2005-2011年，武汉市区大气NO 2绝对浓度呈缓慢上升趋势。当前，武汉市环境形势还相当严峻，必须充分认识大气NO 2问题的极端重要性和紧迫性，增强忧患意识、危机意识和责任意识，加强节能减排工作

(2)武汉市区大气NO 2污染具有明显的月、季变化，一年之中，以夏季大气NO 2浓度最低，冬季最高；各月中以7、8月大气NO 2浓度最低；11月和12月最高。 (3)武汉市大气NO 2污染物的分布规律是气象条件和污染源排放综合作用的结果。 (4)影响武汉市大气污染的主要因素是工业污染、能源结构、机动车尾气污染、气象因素（风速、降水量等）。工业污染源越多、能源消耗越大、机动车尾气排放量越大武汉市NO 2污染越严重；风速小大气稳定，降水量少的天气状况大气NO 2污染较严重。

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致谢：衷心感谢向荣彪老师一直以来对我的指导和帮助，从论文的构思到开题到

最后论文文字的推敲，向老师都给予了细致的指导，为我毕业论文的顺利完成提供了有力的支持。此外，还要感谢在论文写作过程中给予我帮助的同学们。感谢所有关心和帮助过我的人！

二○一二年六月于狮子山