霾高發(fā)季節(jié)鄭州五城區(qū)PM2.5污染水平的對(duì)比分析及影響因素初探

杜曉軒,楚明浩,楊 磊

(中原工學(xué)院 能源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450007)

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霾高發(fā)季節(jié)鄭州五城區(qū)PM2.5污染水平的對(duì)比分析及影響因素初探

杜曉軒,楚明浩,楊 磊

(中原工學(xué)院 能源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450007)

指出了冬季是鄭州市區(qū)霾天氣高發(fā)季節(jié)，環(huán)境空氣中PM2.5質(zhì)量濃度在鄭州市各城區(qū)的差異和影響因素尚需進(jìn)一步討論。采用全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)于2015年11月18日至2016年1月31日期間發(fā)布的鄭州市五城區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)和鄭州市經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析了各城區(qū)間PM2.5污染水平的特征、相互關(guān)系及影響因素。結(jié)果顯示：霾高發(fā)季節(jié)鄭州市各城區(qū)之間的PM2.5質(zhì)量濃度相關(guān)性顯著，各城區(qū)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)PM2.5污染水平的影響也比較顯著，城市的綠色發(fā)展對(duì)區(qū)域PM2.5污染水平具有積極作用。

PM2.5；霾；氣象因素；經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)；鄭州

1　引言

隨著中原地區(qū)的快速發(fā)展，PM2.5污染問題日益突出。作為中原腹地的鄭州，由于自然、交通、工業(yè)、生活等種類繁多的污染源加劇了鄭州地區(qū)的PM2.5污染。鄭州市人口密集，相關(guān)研究表明，現(xiàn)在的大氣顆粒物污染受自然源的影響在減弱，城市人為影響逐漸增強(qiáng)[1]。同時(shí)，由于城市熱島效應(yīng)的存在，城區(qū)更容易發(fā)生霾天氣[2]。由于受到城市功能區(qū)劃分和局部污染源等的影響，不同區(qū)域空氣污染存在很大差異[3]。因此，在霾高發(fā)季節(jié)，探討鄭州市各城區(qū)的顆粒物(特別是PM2.5)污染現(xiàn)狀、相互關(guān)系及影響因素非常必要。

2　數(shù)據(jù)來源與分析方法

2.1數(shù)據(jù)來源

筆者采用了全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)發(fā)布的鄭州市城區(qū)各測(cè)點(diǎn)PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)[4]、鄭州市統(tǒng)計(jì)局發(fā)布鄭州各城區(qū)面積、經(jīng)濟(jì)狀況等指標(biāo)數(shù)據(jù)、中國(guó)氣象局發(fā)布的鄭州市氣象資料數(shù)據(jù)。

2.1.1PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)收集

全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)系統(tǒng)在鄭州市區(qū)共有九個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別為：崗李水庫(kù)、供水公司、河醫(yī)大、經(jīng)開區(qū)管委、市監(jiān)測(cè)站、四十七中、煙廠、銀行學(xué)校、鄭紡機(jī)，各測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)鄭州市各城區(qū)如表1所示。 各測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果見表2。

2.1.2氣象參數(shù)數(shù)據(jù)

鄭州地區(qū)屬于溫帶季風(fēng)氣候，冬季這里受來自高緯內(nèi)陸偏北風(fēng)的影響，盛行極地大陸氣團(tuán)，寒冷干燥。鄭州市的風(fēng)玫瑰圖如圖1所示，研究期間的鄭州市風(fēng)向頻率和強(qiáng)度如表3所示。

表1　鄭州市各城區(qū)測(cè)點(diǎn)分布及地理位置

表2　鄭州各城區(qū)測(cè)點(diǎn)PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果

圖1　鄭州市風(fēng)玫瑰圖

序號(hào)時(shí)間風(fēng)向強(qiáng)度111月23日東北5211月24日北4312月1日西北4412月2日西北4512月3日西北3612月10日東北4712月11日東北3812月14日西北3912月15日西北51012月16日西北31112月24日西41212月26日東北41312月27日東北5141月4日北3151月10日東北4161月11日東北5171月22日北3181月23日西北3191月24日西3201月25日西3211月26日西3221月30日東北3

根據(jù)鄭州市統(tǒng)計(jì)局官網(wǎng)，研究的霾高發(fā)季節(jié)鄭州市五城區(qū)主要經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源消耗數(shù)據(jù)[5]如表4所示。

2.2分析方法

采用IBM SPSS Statistics 19數(shù)據(jù)分析軟件中的雙因素相關(guān)性分析模式中的Pearson相關(guān)性分析方法，對(duì)鄭州市五城區(qū)間的PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3　數(shù)據(jù)分析

對(duì)所收集的PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)分析，中原區(qū)PM2.5平均值為138 μg/m3，金水區(qū)PM2.5平均值為140 μg/m3，惠濟(jì)區(qū)PM2.5平均值為144 μg/m3，二七區(qū)PM2.5平均值為143 μg/m3，管城回族區(qū)PM2.5平均值為141 μg/m3。按從大到小的順序排序：惠濟(jì)區(qū)、二七區(qū)、管城回族區(qū)、金水區(qū)、中原區(qū)。將各城區(qū)空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)天數(shù)由大到小排序：管城回族區(qū)51 d，占總天數(shù)69%；惠濟(jì)區(qū)47 d，占總天數(shù)64%；二七區(qū)47 d，占總天數(shù)64%；中原區(qū)45 d，占總天數(shù)61%；金水區(qū)45 d，占總天數(shù)61%。

從表4可知鄭州市各城區(qū)“規(guī)模以上工業(yè)綜合能源消費(fèi)量”與“規(guī)模以上工業(yè)增加值”排名一致，按由大到小的順序排序：中原區(qū)、二七區(qū)、管城回族區(qū)、惠濟(jì)區(qū)、金水區(qū)。其中，中原區(qū)的“規(guī)模以上工業(yè)綜合能源消費(fèi)量(t標(biāo)準(zhǔn)煤)”最大，比其他四個(gè)區(qū)的“規(guī)模以上工業(yè)綜合能源消費(fèi)量”總和還多。但是其區(qū)域內(nèi)的PM2.5質(zhì)量濃度并不明顯高于其它城區(qū)，這主要是受氣象條件影響，冬季鄭州主要刮西北風(fēng)，中原區(qū)位于上風(fēng)口，有利于顆粒物的擴(kuò)散到其他地區(qū)，而二七區(qū)、管城回族區(qū)位于中原區(qū)的下風(fēng)口，受中原區(qū)顆粒物污染的影響較深。所以單個(gè)的區(qū)域性治理對(duì)改善空氣質(zhì)量效果不顯著。

鄭州各城區(qū)PM2.5的24h平均質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相比較如圖2所示。

表4　鄭州市五城區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源消耗數(shù)據(jù)

圖2　霾高發(fā)季節(jié)鄭州各城區(qū)PM2.5的24 h質(zhì)量濃度與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

由圖2可知，鄭州市各城區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度的24 h平均值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，平均值大約是標(biāo)準(zhǔn)限值的兩倍，同時(shí)各城區(qū)的霾天數(shù)均超過統(tǒng)計(jì)天數(shù)的60 %，相比較下中原區(qū)、金水區(qū)空氣質(zhì)量PM2.5污染情況比惠濟(jì)區(qū)、二七區(qū)、管城回族區(qū)輕，鄭州市區(qū)空氣質(zhì)量遠(yuǎn)未達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[6]，空氣污染嚴(yán)重。各城區(qū)各天PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)分析得到鄭州市五城區(qū)相關(guān)性結(jié)果，如表5所示。

從表5可知，中原區(qū)和金水區(qū)最相關(guān)(Pearson系數(shù)為1.000)[7]，中原區(qū)和二七區(qū)、管城回族區(qū)相關(guān)性較強(qiáng)(Pearson系數(shù)為0.993)，中原區(qū)和惠濟(jì)區(qū)相關(guān)性略小(Pearson系數(shù)為0.971)。原因可能為中原區(qū)和金水區(qū)同樣受到惠濟(jì)區(qū)PM2.5的影響，同時(shí)，中原區(qū)和金水區(qū)均又存在大量建筑施工，導(dǎo)致兩城區(qū)PM2.5污染具有較高的相關(guān)性。

金水區(qū)和二七區(qū)、管城回族區(qū)相關(guān)性較高(Pearson系數(shù)為0.993)，金水區(qū)和惠濟(jì)區(qū)相關(guān)性較弱(Pearson系數(shù)為0.971)。原因可能為金水區(qū)、二七區(qū)、管城回族區(qū)在地理位置上緊鄰，它們的交通線聯(lián)系密切，同時(shí)，這三城區(qū)的商業(yè)活動(dòng)相類似。

表5　霾高發(fā)期鄭州市五城區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度相關(guān)性分析

惠濟(jì)區(qū)和二七區(qū)、管城回族區(qū)相關(guān)性較高(Pearson系數(shù)為0.993)，惠濟(jì)區(qū)和中原區(qū)、金水區(qū)相關(guān)性較高(Pearson系數(shù)為0.971)。主要是因?yàn)槿厥芡獠款w粒物影響較大，惠濟(jì)區(qū)在鄭州市區(qū)的最北部，受西北季風(fēng)影響，北方的顆粒物污染給惠濟(jì)區(qū)帶來重要的影響，而二七區(qū)和管城區(qū)同樣是鄭州的出入要地，受交通的影響較大。

二七區(qū)和管城回族區(qū)最相關(guān)(Pearson系數(shù)為1.000)，和其余三地相關(guān)性相同(Pearson系數(shù)為0.993)，且均低于管城回族區(qū)。二七區(qū)的火車站與管城回族區(qū)的機(jī)場(chǎng)高速出入口和京港澳高速出入口是鄭州市重要的交通樞紐，可以認(rèn)為兩區(qū)車流高是這兩區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度相關(guān)性高的原因。

4　結(jié)論

(1)霾高發(fā)季節(jié)鄭州市五城區(qū)的PM2.5日平均質(zhì)量濃度均高于國(guó)家二級(jí)污染標(biāo)準(zhǔn)，鄭州地區(qū)的PM2.5污染具有廣泛性。鄭州的工業(yè)區(qū)在東南、西南、西北方向，所以惠濟(jì)區(qū)、管城區(qū)、二七區(qū)、中原區(qū)的PM2.5質(zhì)量濃度相對(duì)較高，金水區(qū)處于鄭州的東北方向且它是鄭州的金融中心，工業(yè)較少，所以PM2.5污染較輕。

(2)鄭州市五城區(qū)測(cè)試日期內(nèi)PM2.5的平均質(zhì)量濃度變化非常大，主要是冬季不穩(wěn)定的氣象因素造成了PM2.5污染的波動(dòng)性。

(3)鄭州市區(qū)五城區(qū)間環(huán)境空氣的PM2.5污染水平均顯示出較高的相關(guān)性，因此五城區(qū)PM2.5污染有極大的相關(guān)性。其中，“中原區(qū)PM2.5污染”、“金水區(qū)PM2.5污染”、“惠濟(jì)區(qū)PM2.5污染”、“二七區(qū)PM2.5污染”、“管城回族區(qū)PM2.5污染”彼此之間呈現(xiàn)出高度相關(guān)。

(4)控制大氣顆粒物污染，須首先全面治理顆粒物污染源的排放，對(duì)建筑工地、發(fā)電廠、工廠等排放大量顆粒物工程項(xiàng)目，應(yīng)全面監(jiān)管，從源頭減少顆粒物的排放。對(duì)城市各城區(qū)的發(fā)展進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，將工業(yè)區(qū)規(guī)劃到城市南部或西南部，從氣象條件角度可降低顆粒物在城區(qū)擴(kuò)散幾率。

[1]李令軍，王英，李金香，等．北京清潔區(qū)大氣顆粒物污染特征及長(zhǎng)期變化趨勢(shì)[J]．環(huán)境科學(xué)，2011，32(2)：319～323．

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[4]全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)．2015年11月18日-2016年1月31日空氣質(zhì)量PM2.5數(shù)據(jù)[EB].http://106.37.208.233:20035/

[5]鄭州市統(tǒng)計(jì)局．2015年1月1日-2016年2月29日經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，http://www.zzstjj.gov.cn/zztj/index.htm/[EB]，2016年3月15日．

[6]環(huán)境保護(hù)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-2012)[S] ．北京：北京中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2012.

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Comparative Analysis and Influencing Factors of PM2.5Pollution in Five Districts in Zhengzhou during Haze Seasons

Du Xiaoxuan, Chu Minghao, Yang Lei

(EnergyandEnvironmentSchool,ZhongyuanUniversityofTechnology,Zhengzhou,Henan, 450007,China)

Zhengzhou had a high frequency of haze in winter. There are some questions on the differences of aerosol PM2.5mass concentration among the districts of Zhengzhou and the influencing factors on those differences. This study collected PM2.5mass concentration data during Nov. 18, 2015 to Jan. 31, 2016 and economy statistic data from 2015 to 2016 of five districts in Zhengzhou. PM2.5pollution characteristics and interrelation of those districts and their influencing factors were analyzed based on Pearson’s correlation analysis and other methods. The results showed that the correlations between PM2.5mass concentration data of all districts were significant in the haze season. Economic development contributed to high PM2.5mass concentrations for all districts. Hence, green-development might produce positive effects to reduce PM2.5pollution in city developing process.

PM2.5;haze;weather factor;economic data; Zhengzhou

2016-05-17

河南省高等學(xué)校供熱空調(diào)重點(diǎn)學(xué)科開放實(shí)驗(yàn)室研究基金資助課題(編號(hào):2016HAC202)

杜曉軒(1992—)，男，中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院學(xué)生。

X51

A

1674-9944(2016)14-0101-04