河北省PM2.5時(shí)空分布及傳輸過程分析

朱　爍　魏亞楠　許　政

（河北省環(huán)境應(yīng)急與重污染天氣預(yù)警中心河北石家莊050037）

河北省PM2.5時(shí)空分布及傳輸過程分析

朱爍魏亞楠許政

（河北省環(huán)境應(yīng)急與重污染天氣預(yù)警中心河北石家莊050037）

根據(jù)2013-2015年河北省PM2.5濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)研究了PM2.5時(shí)空分布特征以及污染區(qū)域傳輸情況。結(jié)果表明，河北省PM2.5濃度分布與地域及時(shí)間分布有關(guān)，并呈現(xiàn)整體下降趨勢。

PM2.5；時(shí)空分布；區(qū)域傳輸

1　數(shù)據(jù)來源及分析評價(jià)方法

1.1數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來自河北省2013～2015年11個(gè)設(shè)區(qū)市空氣自動(dòng)監(jiān)測站點(diǎn)。河北省共有環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)位207個(gè)，其中，國控點(diǎn)位53個(gè)，省控點(diǎn)位143個(gè)，質(zhì)控站11個(gè)。分布在各個(gè)設(shè)區(qū)市及縣（市、區(qū)）的建成區(qū)內(nèi)。

監(jiān)測頻度為每日24h，每1h的平均質(zhì)量濃度。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2013、2014年共獲得PM2.5小時(shí)質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)約1.75萬個(gè)，各點(diǎn)位數(shù)據(jù)捕集率為99.5%。

1.2分析評價(jià)方法

按照環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測分析方法及技術(shù)要求［1-2］，我省現(xiàn)已在全部點(diǎn)位設(shè)置空氣質(zhì)量連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)。對PM2.5采用的監(jiān)測方法為β射線法，分析儀器型號為“先河-XH PM 2000E”。PM2.5超標(biāo)情況的評價(jià)限值依據(jù)國家《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012），以二級標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量濃度限值判定PM2.5是否超標(biāo)，即年平均值35μg/m3，24h平均值75μg/m3。

本文中分析使用的數(shù)據(jù)均基于小時(shí)濃度，根據(jù)每天24h的小時(shí)濃度算數(shù)平均值求得日均值，根據(jù)每個(gè)月內(nèi)每一天的日均值的算數(shù)平均值求得月均值，根據(jù)每個(gè)季度內(nèi)每月的月均值的算術(shù)平均值求得季度均值［3］。

1.3質(zhì)控方法

零點(diǎn)/跨度檢查及校準(zhǔn)：定期進(jìn)行零點(diǎn)及標(biāo)點(diǎn)檢查，提高測量的準(zhǔn)確度，使分析儀的飄移在可接受的范圍內(nèi)。在零跨度檢查的漂移超過國家相關(guān)規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)對分析儀進(jìn)行零跨校準(zhǔn)。

儀器清洗及部件檢查：定期清洗PM10及PM2.5切割器、采樣總管及采樣風(fēng)機(jī)等，檢查β法顆粒物分析儀部件及濾膜，保證正常運(yùn)行。

精度檢查：定期的精度檢查，可確定各個(gè)設(shè)備和監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測過程的精度，該精度表示了由于設(shè)備和環(huán)境差異引起的數(shù)據(jù)可變性。

維修和故障診斷：及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正環(huán)境空氣監(jiān)測儀器的異常，減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間和提高數(shù)據(jù)捕獲率。

2　 PM2.5時(shí)空分布特征

2.1PM2.5空間分布

根據(jù)河北省重污染天氣區(qū)域分布以及城市地理位置關(guān)系，將全省劃分為三個(gè)區(qū)域。區(qū)域一包括石家莊（含辛集）、保定（含定州）、衡水、邢臺、邯鄲市；區(qū)域二包括唐山、廊坊、滄州市；區(qū)域三包括承德、張家口、秦皇島市。

依據(jù)2013-2015年監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別對河北省PM2.5質(zhì)量濃度年均值進(jìn)行分析，見圖1。得出河北省PM2.5濃度變化趨勢較為統(tǒng)一，呈南高北低的分布格局，2014年均濃度較2013年有所下降。其中區(qū)域一最高，2014年各設(shè)區(qū)市年平均濃度均＞100μg/m3，區(qū)域三（北部）最低。區(qū)域一2013、2014年P(guān)M2.5年均濃度分別高于全省年均濃度31.5%、28.4%。區(qū)域三2013、2014年年均濃度分別低于全省年均濃度52.8%、48.4%。

圖1　2013-2015年P(guān)M2.5年平均濃度圖

這也與河北省地域跨度較大，不同地區(qū)地形地貌有明顯差異有關(guān)。位于河北省北部地區(qū)的張家口、承德和秦皇島地區(qū)大氣污染擴(kuò)散條件較好，空氣質(zhì)量相對較好；位于河北省東部的唐山、廊坊和滄州地區(qū)大氣污染擴(kuò)散條件一般；而位于河北省太行山沿線中南部區(qū)域的石家莊、保定、邢臺、邯鄲和衡水地區(qū)，大氣污染擴(kuò)散條件較差，為河北省空氣質(zhì)量最差的區(qū)域。

2.2PM2.5時(shí)間分布

2.2.1PM2.5年際濃度分布

2013-2015年河北省各設(shè)區(qū)市PM2.5濃度均呈下降趨勢，2015年較2014年下降了18.9%，較2013年年均濃度下降了28.7%。河北省PM2.5大幅降低與河北省近兩年來采取的重污染天氣應(yīng)急減排措施有關(guān)。

2.2.2PM2.5季節(jié)濃度分布

圖2為河北省空氣自動(dòng)監(jiān)測站在各個(gè)季節(jié)的PM2.5平均濃度和國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值，其中春季為3~5月，夏季為6~8月，秋季為9~11月，冬季為1月、2月和12月。由圖可知，春、夏、秋三個(gè)季節(jié)的PM2.5濃度比較接近，冬季則明顯高于其他三個(gè)季節(jié)，這主要是受到燃煤的影響。根據(jù)國家《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）規(guī)定，24h平均濃度一級和二級標(biāo)準(zhǔn)分別為，35μg/m3和75μg/m3，2014年P(guān)M2.5濃度雖較2013年有一定改善，但是部分時(shí)段仍處于較高的污染水平。

圖2　2013-2015年河北省PM2.5季節(jié)平均濃度圖

2.2.3PM2.5月均濃度分布

河北省2013-2015年P(guān)M2.5濃度月均濃度變化規(guī)律為，濃度最高點(diǎn)在春、冬兩季，兩年的月變化規(guī)律均呈現(xiàn)“U”型，自4月后濃度逐漸下降，9月之后逐步升高。環(huán)境污染行為與采暖期、非采暖期的燃煤量變化以及不利天氣的頻發(fā)有關(guān)。

3　 PM2.5傳輸過程分析

根據(jù)空氣質(zhì)量指數(shù)級別劃分［4］，0

3.1由北向南的傳輸過程

圖3 2014年2月18日至2月28日污染過程示意圖

圖3給出了四個(gè)城市在2014年2月18日至2月28日PM2.5小時(shí)濃度變化曲線，由此可得出，大氣污染物沿太行山前遷移擴(kuò)散，北京2月20日19時(shí)首先出現(xiàn)高值，依此是保定、石家莊、邢臺三市PM2.5濃度陸續(xù)升高，但污染濃度較北京高，可能是污染物在傳輸過程中不斷累積，包括二次生成。2月26日15：00時(shí)北京開始降低，河北省三市陸續(xù)降低，時(shí)差約5h～7h，這是一次典型的污染物由北向南的傳輸過程。

在污染物傳輸過程中，處于下游城市的PM2.5濃度峰值存在一個(gè)延時(shí)現(xiàn)象，這個(gè)過程的主要影響因素是風(fēng)向和風(fēng)速。在污染物的傳輸過程中，外來的污染物加上本地的污染物使下風(fēng)向的城市較上風(fēng)向的城市嚴(yán)重。本地污染排放加重了這一過程。

3.2由南向北的傳輸過程

圖4 2013年1月12日的PM2.5濃度水平分布（左）和PM2.5濃度輸送通量

圖4為2013年1月12日的PM 2.5濃度水平分布和PM2.5濃度輸送通量。圖5為2014年12月31～2015年1月6日的京津冀各城市空氣質(zhì)量等級。PM2.5高值區(qū)是沿著太行山-燕山山脈由西南向東北延伸區(qū)域，邯鄲市首先達(dá)到輕度污染，由邯鄲市經(jīng)邢臺市、石家莊市、保定市沿太行山脈東側(cè)各城市污染程度均加重達(dá)到中度污染及以上；污染逐步加重，之后污染物逐步消散。

圖5　2014年12月31日～2015年1月6日的京津冀各城市空氣質(zhì)量等級

4　結(jié)語

河北省PM2.5濃度變化呈南高北低的分布格局，2015年均濃度較2013、2014年有所下降。其中區(qū)域一最高，區(qū)域三（北部）最低。與河北省地域跨度較大，不同地區(qū)地形地貌有明顯差異有關(guān)。

2013-2015年河北省PM2.5濃度月均濃度變化規(guī)律為，濃度最高點(diǎn)在春、冬兩季，兩年的月變化規(guī)律均呈現(xiàn)“U”型分布，自4月后濃度逐漸下降，9月之后逐步升高。春、夏、秋三個(gè)季節(jié)的PM2.5濃度比較接近，冬季則明顯高于其他三個(gè)季節(jié)，環(huán)境污染行為與采暖期、非采暖期的燃煤量變化以及不利天氣的頻發(fā)有關(guān)。

污染物的跨界傳輸是客觀存在的，傳輸路徑主要是自北向南和自南向北兩種，在污染物的傳輸過程中，外來的污染物加上本地的污染物使下風(fēng)向的城市較上風(fēng)向的城市嚴(yán)重。本地污染排放加重了這一過程。

［1］國家環(huán)境保護(hù)總局.空氣和廢氣監(jiān)測分析方法［M］.第四版增補(bǔ)版.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社.2003.

［2］H J653-2013，環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法［S］.

［3］王占山，李云婷，陳添，等.2013年北京市PM2.5的時(shí)空分布.地理學(xué)報(bào)，70（7）：110-120.

［4］環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）H J633-2012［S］.

朱爍（1988—），男，本科，助理工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測、預(yù)報(bào)預(yù)警及環(huán)境應(yīng)急工作。