2013-2015年哈爾濱市空氣質(zhì)量特征分析

王婷婷，任桂林,王華昕

(1.黑龍江省氣象局，黑龍江哈爾濱150001; 2.伊春市氣象局，黑龍江伊春153000)

2013-2015年哈爾濱市空氣質(zhì)量特征分析

王婷婷1，任桂林1,王華昕2

(1.黑龍江省氣象局，黑龍江哈爾濱150001; 2.伊春市氣象局，黑龍江伊春153000)

本文利用2013-2015年哈爾濱市空氣質(zhì)量日平均數(shù)據(jù)，研究AQI以及首要污染物的年、季變化。研究發(fā)現(xiàn)：3 a空氣質(zhì)量均以良為主，其次是優(yōu)及輕度污染，2014年空氣質(zhì)量最好，2015年達(dá)標(biāo)天數(shù)最少。全年首要污染物主要以顆粒物為主，但春季NO2為首要污染物出現(xiàn)率最高。

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，使得空氣污染日益嚴(yán)重，大氣污染已成為人類目前面臨的重要環(huán)境問題，不僅影響著人類的健康，還制約著社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1]?；诖?，學(xué)者們對空氣質(zhì)量做了相關(guān)研究，劉淼研究發(fā)現(xiàn)2015年6-8月大連市夏季質(zhì)量達(dá)標(biāo)率為97.9%，其中優(yōu)占44.6%，良占53.3%[2]；岳巖裕研究發(fā)現(xiàn)2013年武漢市AQI平均值為135，良和輕度污染所占比例分別為35%和30%，AQI年變化呈U型分布[3]。

2 數(shù)據(jù)與方法

本文利用哈爾濱市2013年1月18日-2015年12月31日的空氣質(zhì)量指數(shù)數(shù)據(jù)，時間分別率1 d?？諝赓|(zhì)量指數(shù)2013年數(shù)據(jù)樣本為348 d，2014年因11月21、30日數(shù)據(jù)缺失，故樣本容量為364 d，2015年數(shù)據(jù)量為363 d，4月18日、8月24日數(shù)據(jù)缺失。數(shù)據(jù)來源中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部數(shù)據(jù)中心。

3 空氣質(zhì)量天數(shù)的年、季變化

3.1 2013-2015年各級別空氣質(zhì)量天數(shù)年變化

表1 2013-2015年哈爾濱市各級別空氣質(zhì)量天數(shù)（單位：d）

根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）（HJ633-2012）[4]（以下簡稱技術(shù)規(guī)定），將空氣質(zhì)量指數(shù)按0-50、50-100、101-150、151-200、201-300以及>300分為優(yōu)、良、輕度污染、重度污染以及嚴(yán)重污染。將空氣質(zhì)量指數(shù)按照等級劃分來研究不同級別空氣質(zhì)量天數(shù)的年變化。

由表1可知，2013年，空氣質(zhì)量良的天數(shù)最多（191 d），其次是輕度污染（51 d），其多于優(yōu)級2 d，重度污染天數(shù)32 d，嚴(yán)重污染天數(shù)最少為10 d；2014年空氣質(zhì)量良的天數(shù)最高（178 d），優(yōu)級天數(shù)多于輕度污染14 d，中度污染天數(shù)超過重度污染天數(shù)10 d，嚴(yán)重污染天數(shù)最少為14 d；2015年良級天數(shù)為150 d，優(yōu)級較輕度污染天數(shù)多10 d，重度污染最少為11 d。

圖1 2013-2015年各空氣質(zhì)量等級天數(shù)百分比

綜上，2013-2015年哈爾濱空氣質(zhì)量均以良天數(shù)最多，其次是優(yōu)及輕度污染居多，嚴(yán)重污染天數(shù)最少。因每年的樣本量不同，故求得各空氣質(zhì)量天數(shù)百分比用以比較每年空氣質(zhì)量變化（圖1）。空氣質(zhì)量優(yōu)天數(shù)占比逐年增加，2013年最低為14%，2015年最高為23%；良天數(shù)呈遞減趨勢，2013年最高55%，2015年最低為41%。輕度污染均超過10%，其中2015年最高為20%，中度污染2014年最高為11%，其余均低于6%，重度污染及嚴(yán)重污染天數(shù)占比相差不大。綜上分析，2013年空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)占比最高（69%），而中度污染及以上占比最少（16%），是3 a中空氣質(zhì)量最好的一年，2014年比2015年優(yōu)良天數(shù)占比高1%，但中度污染以上占比高7%，相比較空氣質(zhì)量最差。

3.2 2013-2015年各級別空氣質(zhì)量天數(shù)季節(jié)變化

2013年空氣質(zhì)量優(yōu)的天數(shù)最多出現(xiàn)在夏季，超過30 d,其次是秋季，春季較少，冬季沒有出現(xiàn)；良的天數(shù)在春、夏、秋均占比最多，冬季則以重度污染為主；輕度污染及以上天數(shù)均在夏季最低，可見夏季是全年空氣質(zhì)量最好的時節(jié)。重度及嚴(yán)重污染僅在秋、冬季節(jié)出現(xiàn)，嚴(yán)重污染與重度污染天數(shù)持平，均為5 d。2014年全年均有重度污染天氣出現(xiàn)，秋季輕度污染及以上天數(shù)有所增加，冬季良、中度污染及重度污染天數(shù)相對均衡。與前2 a不同，2015年全年均有空氣質(zhì)量優(yōu)級天數(shù)出現(xiàn)，且各季節(jié)優(yōu)天數(shù)均較前2 a有所增加，夏季無中度及以上污染天氣出現(xiàn)(圖2)。

圖2 (a)2013年(b)2014年(c)2015年各空氣質(zhì)量等級天數(shù)的季節(jié)變化

統(tǒng)計2013-2015年3 a各級空氣質(zhì)量天數(shù)發(fā)現(xiàn)，空氣優(yōu)級天數(shù)夏季最高、其次是秋季、春季，冬季最少僅有3 d；空氣質(zhì)量良的天數(shù)由春-冬呈遞減趨勢，且在春、夏、秋季天數(shù)均多于其它空氣質(zhì)量等級天數(shù)；輕度污染各季均有發(fā)生，夏季最少，秋、春次之，冬季最多，并超過空氣質(zhì)量良成為該季天數(shù)最多的空氣等級。中、重度污染主要發(fā)生在冬、秋季節(jié)，在春、夏季較少發(fā)生，3 a共分別出現(xiàn)10、4 d。嚴(yán)重污染僅在秋、冬季出現(xiàn)，且秋季（21 d）高于冬季（14 d）。總體上，空氣質(zhì)量夏季最好，春季次之，秋、冬季較差（圖3）。

4 首要污染物出現(xiàn)頻率變化

4.1 2013-2015年首要污染物出現(xiàn)次數(shù)年變化

AQI大于50時空氣質(zhì)量分指數(shù)最大的污染物即為首要污染物。2013-2014年AQI>50的天數(shù)即空氣質(zhì)量良以上的天數(shù)分別為299、305、281 d，由于存在同一天有兩種及以上污染物分指數(shù)并列最大的情況，故一天可能有兩種或以上的首要污染物存在。將污染物出現(xiàn)的次數(shù)記為總樣本容量，故3 a的樣本容量分別為347、316和290次。為方便比較，求得各首要污染物的出現(xiàn)率（圖4）。

圖3 2013-2015年各空氣質(zhì)量等級天數(shù)季節(jié)變化

圖4 2013-2015年各首要污染物的出現(xiàn)率

3 a首要污染物均以PM2.5為主，且逐年遞增，出現(xiàn)率占比43-58%；其次是PM10，2013年P(guān)M10出現(xiàn)率較高為31%，之后逐年下降，2014、2015年相差不大，分別為20%、19%；首要污染物為SO2的出現(xiàn)率最少，僅為0.3-1%，尤其是2014年僅出現(xiàn)1次；NO2出現(xiàn)率（12-23%）僅次于PM10，且在2014年與PM10相當(dāng)，也呈逐年遞減趨勢；2013年以O(shè)3為首要污染物出現(xiàn)8次，2014、2015年出現(xiàn)次數(shù)增幅較大，分別為27、29次，占比9-10%。

4.2 2013-2015年首要污染物出現(xiàn)次數(shù)季節(jié)變化

2013年以SO2為首要污染物較少，全年僅在秋季出現(xiàn)1次，以O(shè)3為首要污染物的也僅在夏、秋季分別出現(xiàn)4次，全年首要污染物主要以PM2.5、PM10、NO2為主，春季，以NO2為首要污染物出現(xiàn)59次，遠(yuǎn)高于顆粒物（PM2.5、PM10共33次），夏季PM10出現(xiàn)次數(shù)增多，超過NO2成為當(dāng)季主要的首要污染物，秋冬季以顆粒物為主，主要為PM2.5，尤其是冬季，PM2.5出現(xiàn)71次，PM10出現(xiàn)1次。2014年以SO2、O3為首要污染物次數(shù)增加，SO2在春、秋、冬季均有出現(xiàn)，冬季最多為7次，秋季最少為1次，O3夏季出現(xiàn)增至22次，并成為夏季主要的首要污染物，NO2仍是春季首要污染物，PM10僅次之，且由春—冬遞減，PM2.5秋冬季爆增，并成為主要的首要污染物。2015年SO2為首要污染物僅在冬季出現(xiàn)4次，O3為首要污染物出現(xiàn)在夏秋季，夏季最多為27次，并成為該季主要的首要污染物，NO2為首要污染物較前兩年出現(xiàn)次數(shù)下降，PM10、PM2.5為首要污染物在春季出現(xiàn)次數(shù)增加，PM10為春季主要首要污染物，PM2.5仍為秋、冬季主要的首要污染物（圖5）。

圖5 (a)2013年(b)2014年(c)2015年各年首要污染物出現(xiàn)次數(shù)季節(jié)變化

2013-2015年3 a首要污染物以PM2.5為主，出現(xiàn)率占比近50%，其次是PM10、NO2，O3、SO2出現(xiàn)較少，合計不足10%。春季首要污染物以NO2為主，夏季以PM10為主，秋、冬季則以PM2.5為主。PM2.5在夏季出現(xiàn)率最低，其次是春季，均在7%以下，秋季出現(xiàn)率暴增近3倍，冬季達(dá)到最大，是夏季的近5倍；PM10春季出現(xiàn)率最高，由春—冬逐季遞減，遞減率約為1.8%/季；SO2夏季沒有出現(xiàn)，春、秋季出現(xiàn)較少，冬季最多也僅為1%左右。NO2春季最高，春—冬呈線性逐季遞減（R2=0.9），遞減率約為2.8%/季；O3春—冬呈單峰分布，夏季出現(xiàn)率最高，冬季沒有出現(xiàn)（表2）。

表2 2013-2015年3 a各首要污染物出現(xiàn)率（%）

5 結(jié)論

（1）2013-2015年空氣質(zhì)量優(yōu)級天數(shù)逐年增加，但優(yōu)良天數(shù)占比2013年最高，空氣質(zhì)量最好，2014年空氣達(dá)標(biāo)率（優(yōu)、良）高于2015年1%，但中度以上污染占比較多。

（2）空氣優(yōu)級天數(shù)夏季最高、其次是秋季、春季，冬季最少僅有3 d；空氣質(zhì)量良的天數(shù)由春-冬呈遞減趨勢，總體上，空氣質(zhì)量夏季最好，春季次之，秋、冬季較差。

（3）3 a首要污染物以PM2.5為主，出現(xiàn)率逐年增加，其次是PM10，NO2，二者出現(xiàn)率均逐年遞減。

（4）2013-2015年春季以NO2首要污染物出現(xiàn)率最高，夏季以PM10為主，秋冬季首要污染物則以PM2.5為主。

[1]王海鵬，張斌，劉祖涵，等．基于小波變換的蘭州市近十年空氣污染指數(shù)變化[J]．環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，31（5）：1070-1076.

[2]劉淼，顧吉林，劉麗娟，等.基于AQI數(shù)據(jù)的大連夏季空氣質(zhì)量分析[J].大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報，2016，11 (2)：111-117.

[3]岳巖裕,王曉玲,張蒙晰,等.武漢市空氣質(zhì)量狀況與氣象條件的關(guān)系[J].暴雨災(zāi)害,2016,35(3):271-278.

[4]HJ633-2012.環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）[S].北京：環(huán)境保護(hù)部，2012.

1002－252X(2017)01－0025－03

2017－1－1

王婷婷（1985-），女，黑龍江省海林市人，中國氣象科學(xué)研究院，碩士生，工程師.