广州市某区环境质量日变化特征分析

广州市某区环境质量日变化特征分析
摘要：通过提取日变化趋势具体是对空气污染物监测数据序列（如多年的1小
时平均值）按照一天24个时刻依次进行算术平均，分析广州某区大气污染源对
环境空气质量的影响。

结果显示，各站点的环境空气质量监测因子受不同时段的
移动源影响，特别是重型车辆影响较大，同时也存在部分站点受自然植被的影响。

关键词：环境质量；日变化趋势；监测
一、概述
本地污染源贡献因为具有鲜明的日变化特征，所以能够通过提取空气污染物
环境浓度的日变化趋势以反映本地污染源贡献的详细情况。

通过统计学方法，屏
蔽了季节变化和偶发性污染对监测数据的干扰，从而突出了本地污染源以一天为
周期的规律性的污染影响。

二、资料选取和方法介绍
2.1、资料选取
选取广州某区5个环境空气质量自动监测站2018年1月~2019年5月之间的
二氧化氮（NO2）、氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、二氧化
硫（SO2）、细颗粒物（PM2.5）、粗颗粒物（PM10）小时平均值。

2.2、方法介绍
提取日变化趋势具体是对空气污染物监测数据序列，按照一天24个时刻依次进行算术平均，便得到不同时刻的浓度的平均值。

三、结果分析
（1）二氧化氮（NO2）
从NO2的日变化曲线图（图1）可见，除凤凰山测点以外，天河区各个监测
站点NO2的日变化规律大体上是相似的，共同特点是在上午7时左右、晚上20
时左右出现浓度高峰，而在午后14时左右出现谷值；就污染物环境浓度水平排
序而言，体育西、奥体和龙洞偏高，其次是五山，凤凰山偏低。

图1 各测点NO2质量浓度日变化
（2）氮氧化物（NOX）
燃烧源是NOX主要来源之一，NOX包括了一氧化氮（NO）和NO2。

在燃烧
源排放初期主要以NOX中以NO为主，随后在环境大气中逐步达到NO和NO2的
动态平衡，该平衡状态时一般以NO2居多。

从NOX的日变化曲线图（图2）可见，除凤凰山测点外，天河区各测点NOX的日变化规律相似，共同特点是在上午7时左右、晚上21时左右出现浓度高峰，而在午后14时左右出现谷值；污染物环境
浓度水平最高的奥体，其次是体育西、五山和龙洞，凤凰山偏低。

图2 各测点NOX质量浓度日变化
当NO2与NOX的比值[NO2/NOX]较小时，说明NO居多，则可能表示测点正
处于燃烧源的集中排放时期，当[NO2/NOX]逐渐增大，可能是燃烧源排放强度下
降或数量在减少，则新鲜排放的NO在减少。

从NO2与NOX的比值[NO2/NOX]看
日变化曲线（图3），可见天河区各测点[NO2/NOX]的日变化规律相似，尤其是位于城区的四个测点，共同特点是在晚上18时左右处于高值，而在早上7时左右
处于低值；特别地注意到凤凰山与其他站点的差异略明显，推测与该站点远离城
区有关。

[NO2/NOX]水平自高到低大致是凤凰山、体育西、龙洞、五山和奥体，
该现象一来与环境空气的氧化性有潜在关系，二来与凤凰山远离城市远离交通污
染的特点有关。

图3 各测点[NO2/NOX]质量浓度日变化
（3）一氧化碳（CO）
从CO的日变化曲线图（图4）可见，除凤凰山测点外，天河区各站点CO的
日变化规律相似，共同特点是在上午8时左右、晚上20时左右出现浓度高峰，
而在午后14时左右出现谷值；特别地注意到体育西在上午的高值时段较其他站
点（除凤凰山）的滞后了1个小时，可能与体育西测点周边污染源排放的时间特
征有关；污染物环境浓度水平最高的体育西，其次是五山和龙洞，奥体和凤凰山
偏低。

图4 各测点CO质量浓度日变化
机动车尾气是车用天然气、汽油、柴油燃烧后的产物。

就主流的汽油和柴油
车而言，按照现有的排放因子，汽油车尾气中的CO与NOX比例[CO/NOX]明显高
于柴油车，换言之柴油车的NOX排放贡献比汽油车显著。

从日变化曲线（图5）
可见，除凤凰山测点略有差异之外，天河区其他测点[CO/NOX]的规律性高度一致，共性特征是早上7时处于低值而午后14时左右处于高值；[CO/NOX]以凤凰山最高，其次是体育西、五山和龙洞，奥体偏低。

奥体[CO/NOX]偏低暗示测点周边受
到柴油车较多出行的影响。

图5 各测点[CO/NOX]质量浓度日变化
（4）臭氧（O3）
从日变化曲线图（图6）可见，天河区各测点O3的日变化规律相似程度很高，共同特点是在下午15时左右出现浓度高峰，而在夜间浓度骤降；污染物环境浓
度水平最高的凤凰山，其次是体育西、五山和龙洞，奥体偏低。

人为排放的NOX
和挥发性有机物是O3的前体物，自然植被也有为数不少的挥发性有机物排放。

凤凰山测点很可能同时受到人为源和自然源的影响，但详细情况需要借助对当地
挥发性有机物的成分分析才能确定。

图6 各测点O3质量浓度日变化
（5）二氧化硫（SO2）
从SO2的日变化曲线图（图7）可见，天河区各测点的日变化规律相似，共
同特点是在上午9时左右出现浓度高峰，而在午后18时左右出现谷值；特别地
注意到五山、龙洞和凤凰山在凌晨时段会出现SO2升高的现象；污染物环境浓度
水平最高的体育西，其次是五山和凤凰山，奥体和龙洞偏低。

图7 各测点SO2质量浓度日变化
（6）细颗粒物（PM2.5）
从PM2.5的日变化曲线图（图8）可见，天河区各测点PM2.5的日变化趋势
差别很大，但仍然有一些共性，如中午和傍晚至夜间时段环境浓度水平偏高，形
成两个或三个高值区，基本以19-21时的浓度最高；污染物环境浓度水平体育西、龙洞偏高，其次是奥体和五山，凤凰山偏低。

图8 各测点PM2.5质量浓度日变化
（7）可吸入颗粒物（PM10）
从PM10的日变化曲线图（图9）可见，天河区各测点PM10的日变化特征差别明显，但仍有一些共性特征，如晚上20-21时、凌晨0-2时环境浓度水平偏高
而形成高值区；污染物环境浓度水平五山较高、其次是体育西、奥体，龙洞和凤
凰山偏低。

图9 各测点PM10质量浓度日变化
PM2.5是PM10的一部分，代表了粒径较小的颗粒物群体，它们多来自高温
燃烧和二次转化；而粒径较大的颗粒物来源多为机械破碎和起尘。

PM2.5和
PM10的比值[PM2.5/PM10]有助于分辨受影响测点颗粒物的尺寸倾向，有助于了
解颗粒物的来源。

从[PM2.5/PM10]的日变化曲线（图10），可见天河区各站点并
不存在一致的规律，凤凰山和五山测点[PM2.5/PM10]的波动相对平稳，体育西、
奥体和龙洞的变化较为强烈。

从整体水平看，体育西和龙洞的[PM2.5/PM10]较大，说明倾向于粒径较小的颗粒物污染，体育西在凌晨04时和中午12时、龙洞在凌
晨00和早上08时出现高峰；奥体和凤凰山处于中等水平，其中奥体在00、07
和19时出现高峰，凤凰山在09时出现高峰；整体上，五山测点的[PM2.5/PM10]
偏低且日变化规律性不明显。

图10 各测点[PM2.5/PM10]质量浓度日变化
四、结论
综上，凤凰山测点除了SO2、O3的浓度水平非天河区内最低水平外，其他如NOX、NO2、PM10、PM2.5、CO等的环境浓度水平均基本是全区最低值。

凤凰山
测点O3的浓度水平偏高除了不排除是区域臭氧污染的影响外，推测还与植被带
来的挥发性有机物自然来源有关系。

因此，凤凰山测点的情况基本上满足了作为
全区清洁对照点的功能定位，在以下的关于污染来源的进一步探讨中暂不讨论。

另一方面，在不将凤凰山纳入统计分析的前提下，体育西的各种污染物浓度
水平大多是全区中偏高的，如SO2、NOX、PM2.5、CO等，这些污染物浓度水平
的偏高与城市交通尾气不无关系，基本对应了体育西测点位于城市中心区域的地
理特征，尤其SO2的水平不分昼夜地远高于其他站点，更加充分地揭示了燃烧源
的贡献对体育西测点的影响。

对于高度城市化人口密集的区域，燃烧源往往包括
道路移动源、非道路移动作业机械及来源于居民生活的燃料燃烧。

奥体测点的情况很具特点，夜间至早晨NOX偏高而[NO2/NOX]、[CO/NOX]的
偏低，是暗示了柴油车密集出行的影响。

PM10的偏高、[PM2.5/PM10]的偏低则
有可能与重型车辆出行而引起的起尘有关。

龙洞测点的特点在于晚高峰至午夜SO2、NOX、CO、PM2.5、PM10及
[PM2.5/PM10]的偏高现象，尤其是午夜的SO2出现小高峰且PM2.5、PM10浓度
偏高，怀疑该时段常有某种燃烧源的影响，但该燃烧源并不一定是机动车。

与奥
体测点一起，龙洞测点需要针对午夜前后空气质量恶化的原因进行更详细的观测
和分析，继而开展“削峰”行动。

与其余三个同样位于城市区域的测点比较，五山测点的情况有独特之处，可
见其NOx、CO、PM2.5、[PM2.5/PM10]水平偏低但SO2、PM10及O3偏高，该现
象暗示五山测点周边的空气污染源较特殊。

参考文献：
[1]尚子溦. 同气候区代表城市空气污染与气象条件的关系及其预报研究[D]. 兰州：兰州大学，2018
[2]尹文君，张大伟，严京海等. 基于深度学习的大数据空气污染预报[J].中国环境管理. 2015（06）
[3]唐天均，韩龙，彭溢，陈纯兴等. 深圳湾水环境污染现状及防治对策研究[J].环境科学与管理. 2016（02）。