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空气环境质量直接关系到一个城市的综合竞争力,直接影响到城市投资环境和居民健康以及城市可持续发展。北京作为我国的首都城市和社会经济政治中心,城市快速发展造成能源资源消费的剧增,机动车保有量的增加,建筑工地的遍布,将直接影响城市空气环境质量。本研究选取了北京市城区、近郊区和远郊区这三种典型区域为研究对象,于2008年至2010年期间进行了SO2、CO、Nox、O3和PM2.5的同步对比观测,研究城郊空气质量差异及影响因素,将为制定大气污染物控制措施提供科学依据。得到如下主要结论:
1)城区和近郊区空气质量对比:SO2、CO、Nox浓度的月变化和季节变化趋势相似,一般在1月、12月的浓度较高,在5月至8月的浓度较低,呈现冬季＞秋季＞春季＞夏季的变化规律。近郊区的SO2、Nox浓度一般高于城区,与近郊区居民长期以煤作为日常生活和取暖的能源有关。两站点的CO浓度差异则不太明显,可能与CO的来源比较复杂有关。O3浓度也呈现出明显的月变化及季节变化规律。6月、7月、8月的O3浓度是1月、12月的1.9-5.5倍,O3浓度夏季最高,春季、秋季其次,冬季最低。城区和近郊区的O3浓度一般差别不大。2008年1月至2009年3月,近郊区的PM2.5平均浓度为59.1μg/m3,比城区低36％。2009年4月起,近郊区的PM2.5浓度开始超过城区,PM2.5的平均浓度为95.5μg/m3,比城区高60%。这种站点间PM2.5浓度的差别与站点周边建筑活动关系密切。总体上看,SO2、CO、Nox、O3在城区和近郊区的差异不显著(P＞0.05),但PM2.5在两站点间的差异显著(P=0.027)。
2)城区、近郊区和远郊区空气质量对比:城区、近郊区大气中的SO2、CO、Nox浓度全年四季都呈双峰型日变化,而远郊区没有明显的日变化,主要与城区、近郊区人类活动的日变化有关。SO2、CO、Nox浓度在冬季明显高于夏季,主要是受北京冬季取暖以及低边界层等的影响。三个站点大气中的O3浓度在四季都呈单峰型日变化,表明局地光化学O3生成起主导作用。城区和近郊区的O3浓度夜间降至接近零,主要因为城区和近郊区夜间存在大量NO排放源,NO对O3的滴定作用导致O3浓度的极大降低。O3污染主要出现在春季和夏季,冬季O3污染较轻。城区PM2.5浓度的日变化呈双峰态势,在上午7:00-10:00和夜间0:00左右出现高峰。近郊区和远郊区PM2.5浓度一天内出现多个峰值,但7:00至11:00以及16:00至次日0:00浓度较高。远郊区PM2.5污染严重与其观测点周边的开山活动有关。从整体趋势上看,城区和近郊区大气中的SO2、CO、NOx浓度明显高于远郊区,远郊区的O3浓度明显高于城区和近郊区,近郊区的PM2.5污染最重,远郊区次之,城区最轻。
3)空气污染物与气象因素的相关关系:SO2、CO、NO、NO2与温度、风速、太阳辐射负相关,与相对湿度、气压正相关。O3与气象因素的相关关系则与上述初级污染物相反。进一步研究表明,太阳辐射是影响白天O3浓度变化的最主要的气象因素。PM2.5与温度、风速、太阳辐射、气压的相关关系不显著。PM2.5与相对湿度显著正相关。
4)2010年5月至9月城区和近郊区PM2.5元素组成(Al、As、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Se、V、Zn等)对比:地壳元素Al、Ca、Fe、K、Mg、Na浓度在两站点间的差异最大。近郊区其余污染元素(As、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Se、V、Zn)的富集因子一股也高于城区,尤其是Pb、As元素,这可能与被污染土壤和建筑物等的二次污染有关。来自地表和建筑工地的扬尘是造成两站点大气PM2.5中污染元素差异的主要原因。
5)北京市空气质量是自然因素和人为因素共同作用的结果,但当前北京市空气污染物的主要来源是人类活动,如燃煤、机动车尾气、建筑施工等。因此加强人类活动的管理和控制是治理北京市城区空气污染、提高空气环境质量的重要途径。