邯鄲市大氣污染特征及變化趨勢(shì)研究

張　霞，孟琛琛，王麗濤，馬思萌，魏　哲，張芬芬，馬　笑

(河北工程大學(xué)　城市建設(shè)學(xué)院，河北　邯鄲　056038)

?

邯鄲市大氣污染特征及變化趨勢(shì)研究

張霞，孟琛琛，王麗濤，馬思萌，魏哲，張芬芬，馬笑

(河北工程大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，河北邯鄲056038)

摘要：利用邯鄲市四個(gè)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，2013～2014連續(xù)兩年的顆粒物及氣態(tài)污染物在線觀測(cè)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)對(duì)該市大氣污染狀況進(jìn)行分析，結(jié)果表明：邯鄲市大氣污染以細(xì)顆粒物為主，2013、2014年邯鄲市PM2.5年均濃度分別為139μg/m3和116μg/m3，為國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(35μg/m3)的近4倍和近3倍，2014年較2013年有所緩解，濃度下降比例為16.5%，超標(biāo)率由2013年的74.4%降低到2014年的66.6%；邯鄲市PM2.5濃度的空間分布并無明顯差異；PM2.5季節(jié)變化規(guī)律為冬季>秋季>春季>夏季，PM10季節(jié)變化規(guī)律為冬季>春季>秋季>夏季；邯鄲市PM2.5和PM10在一周內(nèi)的濃度差異均較小，說明邯鄲市污染物排放的周變化不明顯，工業(yè)等排放較為穩(wěn)定的行業(yè)占其排放的主導(dǎo)地位；與氣象條件的相關(guān)性分析表明，邯鄲市四季中靜風(fēng)頻率最高，邯鄲市的風(fēng)向主要集中在從東到南到西這一方向帶上，河南、山東、山西三省對(duì)于邯鄲市顆粒物的貢獻(xiàn)較大。

關(guān)鍵詞：PM2.5；PM10；邯鄲；空氣質(zhì)量

霾是指大量極細(xì)微的干塵顆粒等均勻地浮游在空中，使能見度小于10km的空氣普遍渾濁現(xiàn)象[1-2]。近年來隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，霾發(fā)生的頻率越來越高，導(dǎo)致空氣質(zhì)量逐漸惡化。對(duì)霾的研究成為近幾年空氣污染的研究熱點(diǎn)[3-8]。邯鄲市地處河南、山東、山西和河北4省交界地帶，面臨霾污染頻發(fā)、排放量大、排放環(huán)境復(fù)雜的種種挑戰(zhàn)。煤炭、鋼鐵和水泥作為邯鄲的支柱產(chǎn)業(yè)，不僅能耗高，而且排放量大，導(dǎo)致邯鄲市的污染形勢(shì)非常嚴(yán)峻。國(guó)家環(huán)保部發(fā)布的2013年和2014年全國(guó)污染最嚴(yán)重的10個(gè)城市中，邯鄲均位列其中。因此，邯鄲市大氣污染特征以及發(fā)展趨勢(shì)的研究，對(duì)邯鄲市霾污染治理具有重要意義。目前對(duì)邯鄲地區(qū)霾污染問題的研究較少，程丹丹等應(yīng)用CMAQ模型對(duì)邯鄲市霾污染來源進(jìn)行了模擬研究；魏哲等對(duì)邯鄲市嚴(yán)重霾天氣的污染特征進(jìn)行了分析；另外，Wang[10-13]等應(yīng)用CMAQ模型對(duì)河北省南部城市群進(jìn)行了模擬。然而利用長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)邯鄲市大氣污染狀況進(jìn)行分析還十分匱乏。本研究利用邯鄲市四個(gè)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，2013～2014連續(xù)兩年的PM10、PM2.5、SO2、CO、NO2、O3等的在線觀測(cè)數(shù)據(jù)并結(jié)合氣象數(shù)據(jù)對(duì)該市顆粒物和氣態(tài)污染物的濃度水平進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步分析了顆粒物的時(shí)空變化規(guī)律和污染特征等，以期深入了解邯鄲市大氣污染的特征，并對(duì)未來的污染控制提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

1數(shù)據(jù)來源和分析方法

1.1　監(jiān)測(cè)站基本情況

目前邯鄲市區(qū)共有四個(gè)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，分別位于市環(huán)保局、東污水處理廠、河北工程大學(xué)和叢臺(tái)公園。其中，市環(huán)保局屬于商業(yè)交通居民混合區(qū)，東污水處理廠屬于一般工業(yè)區(qū)，河北工程大學(xué)屬于典型的文化居民區(qū)，叢臺(tái)公園屬于城市綠地。

1.2　數(shù)據(jù)概況和分析方法

本研究所獲得數(shù)據(jù)為上述四個(gè)站點(diǎn)2013～2014年全年的小時(shí)濃度值，污染物包括PM10、PM2.5、SO2、CO、NO2、O3六種。

研究首先對(duì)各個(gè)污染物的平均濃度進(jìn)行了分析，然后深入探討了顆粒物污染物的時(shí)空變化特征，污染物濃度與風(fēng)向之間的關(guān)系等，通過這些分析闡釋邯鄲市大氣污染的來源和成因。

2邯鄲市大氣污染概況

圖1給出了邯鄲市整體的大氣污染狀況。圖1(a)表示2013和2014年的日空氣質(zhì)量級(jí)別分布情況，各污染物的空氣質(zhì)量指數(shù)由邯鄲市環(huán)保局提供的濃度數(shù)據(jù)計(jì)算。圖1(b)表示這兩年的日首要污染物分布情況。

從圖1(a)可以看出，邯鄲市空氣污染嚴(yán)重，2013年空氣質(zhì)量為優(yōu)的天數(shù)為0天，2014年空氣質(zhì)量為優(yōu)的天數(shù)為3天，僅占全年的1%；2013年空氣質(zhì)量為良的天數(shù)占全年的15%，2014年較2013年有所改善，空氣質(zhì)量為良的天數(shù)占全年的25%；2013年輕度污染天數(shù)占全年的42%，2014年下降到35%；2013年中度污染及以上的占43%，2014年中度污染及以上的占39%。由此表明，2014年邯鄲市整體污染較2013年有所減輕，但污染仍舊嚴(yán)重。從圖1(b)可以看出，2013年P(guān)M10和PM2.5為首要污染物的頻率均為45%，2014年P(guān)M10和PM2.5為首要污染物的頻率分別為22%和72%，相比于2013年，PM10為首要污染物的天數(shù)明顯減少，而PM2.5則大幅增加，由此表明，邯鄲市的大氣污染仍以顆粒物為主，但更趨向于細(xì)顆粒物污染。

表1給出了邯鄲市主要大氣污染物的污染水平，包括2013年和2014年顆粒物(PM10、PM2.5)、氣態(tài)污染物(SO2、NO、NO2、NOx、O3、CO)的年均值。從整體來看，四個(gè)站點(diǎn)顆粒物濃度具有以下特征：第一，各站點(diǎn)PM10、PM2.5年均濃度均差別較小，各個(gè)站點(diǎn)的局地環(huán)境對(duì)顆粒物濃度貢獻(xiàn)較小；第二，2014年顆粒物污染水平較2013年有所減輕，相較于PM2.5，PM10的下降更為明顯；第三，雖然2014年顆粒物污染狀況有所減輕，但污染仍然很嚴(yán)重，其中2013年P(guān)M10和PM2.5四個(gè)站點(diǎn)的年均值分別為國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的近3倍和近4倍；2014年P(guān)M10和PM2.5四個(gè)站點(diǎn)的年均值均為國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的近3倍。

另外，四個(gè)站點(diǎn)氣態(tài)污染物濃度具有以下特征：第一，除CO外，其余氣態(tài)污染物的年均質(zhì)量濃度在各個(gè)站點(diǎn)差別較?。坏诙?，除市環(huán)保局NO2之外，2014年各站點(diǎn)氣態(tài)污染物濃度較2013年均有所改善，尤其是SO2，其濃度的四站年均值為57μg/m3，在國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(60μg/m3)之內(nèi)。

表1　邯鄲市主要大氣污染物的污染水平(單位：μg/m3　)

注：表中數(shù)據(jù)為年均濃度值。

3邯鄲市大氣顆粒物污染時(shí)間變化特征

3.1　季節(jié)變化特征

圖2給出了2013年和2014年邯鄲市四個(gè)站點(diǎn)PM2.5日均濃度變化情況。由圖可以看出，四個(gè)站點(diǎn)PM2.5日均濃度變化趨勢(shì)基本一致，尤其是2013年，表明邯鄲市PM2.5濃度空間分布并無明顯差異，各采樣點(diǎn)周圍的局地環(huán)境對(duì)PM2.5濃度影響較小。相比較而言，2014年河北工程大學(xué)PM2.5濃度與其他三個(gè)站點(diǎn)有一定的差距，這可能與數(shù)據(jù)的可靠性有關(guān)。

季節(jié)變化規(guī)律顯示，四個(gè)站點(diǎn)兩年均為冬季濃度最高(1、2和12月)，尤其是2013年冬季四站均值高達(dá)260μg/m3，超標(biāo)率高達(dá)91.6%，2014年冬季雖有所減輕，但四站均值依舊高達(dá)166μg/m3，超標(biāo)率達(dá)84.4%；其他三個(gè)季節(jié)的濃度值和超標(biāo)率明顯低于冬季，夏季濃度最低(6、7和8月)，夏季四站PM2.5平均濃度由2013年的94μg/m3下降到2014年的85μg/m3，超標(biāo)率也由2013年的61.5%下降到2014年的52.2%。

綜合邯鄲市兩年的整體污染狀況可以看出，四個(gè)站點(diǎn)年均濃度大小表現(xiàn)為：河北工程大學(xué)(135μg/m3)>東污水(128μg/m3)=市環(huán)保局(128μg/m3)>叢臺(tái)公園(126μg/m3)，超標(biāo)率大小表現(xiàn)為：東污水(72.6%)>河北工程大學(xué)(69.6%)>叢臺(tái)公園(68.5%)>市環(huán)保局(67.8%)。兩年總體季節(jié)變化表現(xiàn)為：冬季(平均濃度213μg/m3，超標(biāo)率88.0%)>秋季(平均濃度117μg/m3，超標(biāo)率71.8%)>春季(平均濃度101μg/m3，超標(biāo)率68.7%)>夏季(平均濃度90μg/m3，超標(biāo)率56.9%)。

圖3給出了2013年和2014年邯鄲市四個(gè)站點(diǎn)PM10日均濃度變化情況，可以看出，四個(gè)站點(diǎn)PM10濃度變化趨勢(shì)基本一致，表明四個(gè)站點(diǎn)的局地環(huán)境對(duì)PM10影響并不明顯。四季幾乎大部分情況PM10濃度超過國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，鋸齒形周期變化明顯，且表現(xiàn)出與PM2.5不同的季節(jié)性變化，四個(gè)站點(diǎn)兩年均為冬季濃度最高(1、2和12月)，尤其是2013年冬季四站均值高達(dá)341μg/m3，超標(biāo)率高達(dá)90.0%，2014年冬季雖有所減輕，但冬季四站均值依舊高達(dá)243μg/m3，超標(biāo)率達(dá)77.8%；其次是春季(3、4和5月)，2013年春季平均濃度高達(dá)223μg/m3，超標(biāo)率高達(dá)82.6%，2014年春季稍有減輕(平均濃度188μg/m3，超標(biāo)率78.3%)；秋季(9、10和11月)PM10污染水平稍低于春季，但明顯高于夏季(6、7和8月)，兩年比較可以看出，2014年秋季PM10平均濃度和超標(biāo)率有很大幅度的降低，平均濃度由2013年的258μg/m3降低到2014年的184μg/m3，超標(biāo)率由2013年的82.4%降低到2014年的56.0%；夏季PM10污染最輕。

綜合邯鄲市兩年的整體污染狀況可以看出，四個(gè)站點(diǎn)PM10污染水平表現(xiàn)為：東污水(平均濃度232μg/m3，超標(biāo)率76.0%)>河北工程大學(xué)(平均濃度215μg/m3，超標(biāo)率66.0%)>市環(huán)保局(平均濃度201μg/m3，超標(biāo)率60.8%)>叢臺(tái)公園(平均濃度194μg/m3，超標(biāo)率56.1%)。兩年總體季節(jié)變化表現(xiàn)為：冬季(平均濃度292μg/m3，超標(biāo)率83.9%)>春季(平均濃度206μg/m3，超標(biāo)率80.5%)>秋季(平均濃度221μg/m3，超標(biāo)率69.2%)>夏季(平均濃度147μg/m3，超標(biāo)率39.2%)。

3.2　周變化特征

圖4為2013、2014年邯鄲市顆粒物一周的日均濃度。相對(duì)于2013年，2014年P(guān)M2.5和PM10濃度一周內(nèi)變化更明顯，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別由2013年的5.8%和3.9%升高到2014年9.5%和7.3%。整體上，兩年P(guān)M2.5和PM10污染一周內(nèi)的濃度差異均較小(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均在10%以下)，無明顯變化，說明邯鄲市的污染物排放的周變化不明顯，也就是說，工業(yè)等排放較為穩(wěn)定的行業(yè)占其排放的主導(dǎo)地位，機(jī)動(dòng)車排放貢獻(xiàn)不占主導(dǎo)地位。

表2　邯鄲市各季節(jié)風(fēng)速統(tǒng)計(jì)表

4顆粒物濃度與風(fēng)向的關(guān)系

表2給出了各站點(diǎn)的風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速<1m/s定義為靜風(fēng)。風(fēng)頻統(tǒng)計(jì)顯示，兩年四季中均為靜風(fēng)頻率最高，夏、秋、冬三季靜風(fēng)頻率均在60%左右。2013年四季靜風(fēng)頻率分別為：春季38.9%，夏季59.9%，秋季61.1%，冬季64.1%。2014年四季靜風(fēng)頻率分別為：春季46.5%，夏季60.1%，秋季67.6%，冬季61.5%，這種不利的氣象條件可能是造成邯鄲市四季顆粒物污染均很嚴(yán)重的原因之一?？傮w而言，邯鄲市的風(fēng)向主要集中在從東到南到西這一方向帶上，北風(fēng)幾乎沒有，表明了相較于石家莊、邢臺(tái)等位于邯鄲市北方的城市，河南、山東、山西三省對(duì)于邯鄲市顆粒物的貢獻(xiàn)更大。

5結(jié)論

1)邯鄲市大氣污染嚴(yán)重，以顆粒物尤其是細(xì)顆粒物污染為主。2013、2014年邯鄲市PM2.5年均濃度分別為139、116μg/m3，為國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的近4倍和近3倍。2014年較2013年有所緩解，PM2.5濃度下降比例為16.5%，超標(biāo)率由2013年的74.4%降低到2014年的66.6%。與2013年相比，2014年P(guān)M10為首要污染物的頻率由45%下降到22%，而PM2.5為首要污染物的頻率則由45%上升為72%。

2)四個(gè)站點(diǎn)PM2.5、PM10日均濃度變化趨勢(shì)基本一致，表明邯鄲市顆粒物濃度空間分布并無明顯差異，各采樣點(diǎn)周圍的局地環(huán)境對(duì)其濃度影響較小。PM2.5季節(jié)變化表現(xiàn)為：冬季>秋季>春季>夏季，PM10季節(jié)變化表現(xiàn)為冬季>春季>秋季>夏季。PM2.5和PM10污染一周內(nèi)的濃度差異均較小，無明顯變化，說明邯鄲市的污染物排放的周變化不明顯，工業(yè)等排放較為穩(wěn)定的行業(yè)占其排放的主導(dǎo)地位，機(jī)動(dòng)車排放貢獻(xiàn)不占據(jù)主導(dǎo)地位。

3)邯鄲市四季中均為靜風(fēng)頻率最高，這種不利的氣象條件可能是造成邯鄲市四季顆粒物污染均很嚴(yán)重的原因之一。邯鄲市的風(fēng)向主要集中在從東到南到西這一方向帶上，北風(fēng)幾乎沒有，表明了相較于石家莊、邢臺(tái)等位于邯鄲市北方的城市，河南、山東、山西三省對(duì)邯鄲市顆粒物的貢獻(xiàn)更大。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳兌，吳曉京，李菲，等.1951-2005年中國(guó)大陸霾的時(shí)空變化.氣象學(xué)報(bào)，2010，68(5)：680-688.

[2]中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范.北京:氣象出版社，2003.

[3]MALMWC，KREIDENWEISSM.Theeffectsofmodelsofaerosolhygroscopicityontheapportionmentofextinction.AtmosphericEnvironment，1997，31(13)：1965-1976.

[4]程丹丹，王麗濤，潘雪梅，等.基于CMAQ模型的邯鄲市霾污染來源的模擬研究.河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，29(2)：45-48.

[5]QUINNPK，BATESTS.NorthAmerican,Asian,andIndianhaze:Similarregionalimpactsonclimate.GeophysicalResearchLetters，2003，30(11)：1555-1559.

[6]魏文秀，張欣，田國(guó)強(qiáng).河北霾分布與地形和風(fēng)速關(guān)系分析.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2010，19(1)：49-52.

[7]張素敏.石家莊市大氣能見度變化與大氣顆粒物的關(guān)系研究.石家莊：河北師范大學(xué)，2009.

[8]王麗濤，潘雪梅，鄭佳，等.河北及周邊地區(qū)霾污染特征的模擬研究.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32(4)：925-931.

[9]魏哲，楊晶，王麗濤，等.2013年1月邯鄲市嚴(yán)重霾天氣的污染特征分析.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34(5)：1181-1124.

[10]WANGLT，XUJ，YANGJ，etal.UnderstandinghazepollutionoverthesouthernHebeiareaofChinausingtheCMAQmodel.AtmosphericEnvironment，2012(56)：69-79.

[11]WANGLT，WEIZ，YANGJ，etal.The2013severehazeoverthesouthernHebei，China：modelevaluation，sourceapportionment，andpolicyimplications.AtmosphericChemistry&Physics，2014，14(6)：3151-3173.

[12]YANGJ，ZHANGP，MENGCC，etal.QuantifyingtheSourcesoftheSevereHazeovertheSouthernHebeiUsingtheCMAQModel.TheScientificWorldJournal，2013：1-9.

[13]魏巍，王麗濤，潘雪梅，等.河北城市霾污染來源的模擬研究.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2013，36(2)：116-119.

(責(zé)任編輯王利君)

CharacteristicsandtrendofairpollutioninHandanCity

ZHANGXia,MENGChen-chen,WANGLi-tao,MASi-meng,WEIZhe,ZHANGFen-fen,MAXiao

(CollegeofCityConstruction,HebeiUniversityofEngineering,HebeiHandan056038,China)

Abstract：ThestatusofairpollutioninHandancitywasbasedontheonlineobservationdataofatmosphericparticulatemattersandgaseouspollutantsatfourairqualitymonitoringstationsduring2013and2014,aswellasthemeteorologicalobservationdata.ItisfoundthatthefineparticulatematterswerethekeyairpollutantinHandan.TheannualaveragePM2.5concentrationsin2013and2014wererespectively139μg/m3and116μg/m3,whichwereabout4and3timesofthenationalgradeIIstandard(35μg/m3).Comparingwith2013,thePM2.5concentrationsin2014wasreducedby16.5%.Inaddition,theratioofthedaysexceedingthestandarddroppedto66.6%in2014from74.4%in2013.TherewasnoobviousdifferenceinthespacialdistributionofPM2.5concentrationinHandan.ThePM2.5concentrationwashighestinwinter,followedbyautumn,springandsummer,whilethePM10concentrationswereintheorderofwinter>spring>autumn>summer.TherewerenocleardifferencesintheconcentrationofPM2.5andPM10inaweek,indicatingthatweeklychangesarenotobviousinthepollutantemissionsandtherelativelystablepollutantemissionsectors,e.g.,industries,playedakeyrole.CorrelationanalysisbetweenthemeteorologicalconditionandthepollutantconcentrationsindicatedthatthecalmwindhadthehighestfrequencyinfourseasonsinHandan,andthewinddirectionwasconcentratedinthedirectionzonefromtheeasttothesouthandtothewest.Henan,ShandongandShanxicontributedmoretoparticulatemattersofHandan.

Keywords：PM2.5;PM10;Handan;airquality

中圖分類號(hào)：X131.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-9469(2015)04-0069-06doi:10.3969/j.issn.1673-9469.2015.04.015

作者簡(jiǎn)介：張霞(1987-)，女，河北衡水人，碩士，從事大氣污染控制工程方面的研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(41475131)；國(guó)家環(huán)境保護(hù)大氣復(fù)合污染來源與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(SCAPC201307)；河北省青年拔尖人才支持計(jì)劃，河北省教育廳優(yōu)秀青年基金資助項(xiàng)目(YQ2013031)；河北省邯鄲市環(huán)境保護(hù)局項(xiàng)目。

收稿日期：2015-06-15