2013-2015年哈爾濱首要污染物變化特征

王婷婷,邵瀅宇

（1.黑龍江省氣象局，黑龍江哈爾濱150001; 2.哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150081）

2013-2015年哈爾濱首要污染物變化特征

王婷婷1,邵瀅宇2

（1.黑龍江省氣象局，黑龍江哈爾濱150001; 2.哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150081）

1 引言

大氣污染因其對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人們生活質(zhì)量及健康等方面的嚴(yán)重威脅，受到了全社會的廣泛關(guān)注，因此探究空氣質(zhì)量變化也成為了眾多學(xué)者們研究的方向。對2014年3月－2015年2月錦州市空氣質(zhì)量研究發(fā)現(xiàn)，首要污染物以PM2.5為主，其次是PM10、SO2、O3。夏季O3濃度高于其它季節(jié)，春季受風(fēng)沙天氣影響，首要污染物為PM10和PM2.5[1]。此外，同為東北城市的哈爾濱，PM2.5在2014年供暖期占PM10的平均比重為71%，非供暖期最低為53%，各時期PM2.5的比重均較大，污染較嚴(yán)重[2]。本文利用2013－2015年空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，研究新標(biāo)準(zhǔn)實施以來哈爾濱首要污染物的變化情況。

22013 -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1）。

圖12013 -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%。

32013 -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2）。

圖2 (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1）。鑒于3 a首要污染物主要以PM2.5、PM10以及NO2為主，故下文主要研究這3種污染物的濃度變化。

表12013 -2015年3 a各首要污染物出現(xiàn)率（%）

4 污染物質(zhì)量濃度變化

4.1 PM2.5質(zhì)量濃度變化

4.1.1 PM2.5質(zhì)量濃度年變化

PM2.5的平均質(zhì)量濃度2014年最高，其次是2013年，均高于70 ug/m3，2015年降至68.47 ug/m3，按規(guī)定，PM2.5濃度35—75 ug/m3以及75—115 ug/ m3分別對應(yīng)空氣質(zhì)量分指數(shù)為50－100（良）及100－150（輕度污染），故單由PM2.5引起的污染而言，2014年全年平均空氣質(zhì)量為輕度污染，2013、2015年平均空氣質(zhì)量為良。3 a的PM2.5質(zhì)量濃度波動幅度逐年下降，幅度都很大，是平均值的1.05－1.13倍。3 a PM2.5質(zhì)量濃度最大值都發(fā)生在10－11月（取暖期），尤其是2013、2014年，最大值出現(xiàn)在取暖期的開始（哈爾濱取暖開始日期10月20日），最大值逐年下降，降速約為79 ug/m3/a（表2）。

表22013 -2015年P(guān)M2.5質(zhì)量濃度平均值及標(biāo)準(zhǔn)差（ug/m3）

4.1.2 PM2.5質(zhì)量濃度月變化

對2013－2015年3 a的PM2.5的質(zhì)量濃度做月平均統(tǒng)計（圖3），從圖可知，全年P(guān)M2.5質(zhì)量濃度1－4月呈下降趨勢，5－9月相對平緩，10月開始急劇升高。5－9月PM2.5質(zhì)量濃度處于低值期，平均質(zhì)量濃度均＜35 ug/m3（空氣質(zhì)量分指數(shù)優(yōu)），其中以9月濃度值最低，為25.14 ug/m3；其次是3、4月質(zhì)量濃度為35－75 ug/m3（空氣質(zhì)量分指數(shù)良），2月平均濃度對應(yīng)空氣質(zhì)量分指數(shù)為輕度污染，10、11、12、1月PM2.5質(zhì)量濃度較高，全月平均空氣質(zhì)量分指數(shù)為中度污染，空氣質(zhì)量較差。哈爾濱供暖期為10月－次年4月，期間PM2.5的平均質(zhì)量濃度（103.18 ug/m3）是非供暖期的（33.89 ug/m3）3倍，由此引起的平均空氣質(zhì)量為中度污染。此外，供暖期PM2.5質(zhì)量濃度波動較大，以10月居首，標(biāo)準(zhǔn)差超過了平均值。PM2.5質(zhì)量濃度與排放源及消散速度（氣象條件等）有關(guān)，供暖期排放量增大，基礎(chǔ)濃度增大，當(dāng)有大風(fēng)及降水等氣象條件時，能有效清除PM2.5，致使?jié)舛妊杆贉p小，故其對氣象條件較敏感，濃度波動較大。

圖32013 -2015年P(guān)M2.5濃度月變化（平均值和標(biāo)準(zhǔn)差）

4.2 PM 10質(zhì)量濃度變化

4.2.1 PM10質(zhì)量濃度年變化

PM10的平均質(zhì)量濃度仍以2014年最高，2013、2015年分別較2014年降低3.2、7.9%。

3 a PM10平均空氣質(zhì)量分指數(shù)對應(yīng)的空氣質(zhì)量均為良。PM10質(zhì)量濃度波動幅度都比同年P(guān)M2.5的波動幅度大，但標(biāo)準(zhǔn)差與平均濃度的比值都小于PM2.5，說明PM10質(zhì)量濃度的離散度較大，但其平均值的代表性優(yōu)于PM2.5。由于PM10質(zhì)量濃度主要是由PM2.5貢獻(xiàn)，故3 a里每年的最大值與PM2.5的最大值都出現(xiàn)在同一天。雖然最大質(zhì)量濃度2013－2015年間降幅較大，但濃度值仍然破表，污染嚴(yán)重（表3）。

表32013 -2015年P(guān)M10質(zhì)量濃度平均值及標(biāo)準(zhǔn)差（ug/m3)

4.2.2 PM10質(zhì)量濃度月變化

PM10年變化趨勢與PM2.5相似，1－12月也呈兩端高中間低的形勢。與PM2.5平均濃度最低值在9月不同，PM10平均質(zhì)量濃度最低值出現(xiàn)在8月，但最高值與PM2.5一致，均在1月。PM10月平均濃度及對應(yīng)的空氣質(zhì)量分指數(shù)：8月最低（49.73 ug/m3、優(yōu)）；2－7、9月＜150 ug/m3,分指數(shù)對應(yīng)天氣為良，但2－4月濃度較高，＞90 ug/m3,其中2月高達(dá)146.24 ug/ m3，接近輕度污染；10－12、1月PM10質(zhì)量濃度＞150 ug/m3，尤其是11、12、1月濃度＞170 ug/m3處于輕度污染。PM10質(zhì)量濃度波動幅度也在取暖期增大（10月最大），離散程度高，非取暖期波動較小，平均值的代表性較好（圖4）。

圖42013 -2015年P(guān)M10濃度月變化（平均值和標(biāo)準(zhǔn)差）

4.3 NO2質(zhì)量濃度變化

4.3.1 NO2質(zhì)量濃度年變化

與顆粒物（PM2.5、PM10）不同，NO2的質(zhì)量濃度隨時間呈遞減趨勢，遞減速度約為2.16 ug/m3/a。3 a NO2平均空氣質(zhì)量分指數(shù)對應(yīng)的空氣質(zhì)量均為良，且其質(zhì)量濃度波動明顯小于顆粒物，離散度比較小。每年NO2質(zhì)量濃度最大值與最小值的差都＜180，而顆粒物的值都在600以上，也可大致看出NO2的質(zhì)量濃度相比顆粒物更集中于平均值處。隨著取暖期煤燃燒排放的增加，排放的NO2質(zhì)量濃度也上升，故3 a的質(zhì)量濃度最大值也發(fā)生在取暖期，與顆粒物一致（表4）。

表42013 -2015年NO2質(zhì)量濃度平均值及標(biāo)準(zhǔn)差（ug/m3）

4.3.2 NO2質(zhì)量濃度月變化

NO2質(zhì)量濃度的月變化雖與顆粒物相似，但其中間波谷的寬度明顯小于顆粒物。1－7月質(zhì)量濃度一直下降，7－8月基本持平，濃度分別為33.78、33.19 ug/m3（最低），10月迅速上升，與顆粒物一直上升不同，在10－11月濃度出現(xiàn)一段時間持平，在12月濃度又開始增加。全年濃度最高的月份是1、12月（74.22、70.65 ug/m3）。NO2月平均濃度及對應(yīng)的空氣質(zhì)量分指數(shù)：6－9月為優(yōu)，10－12、1－5月為良，可見，由NO2引起的空氣污染相比顆粒物要輕很多。NO2質(zhì)量濃度波動雖然也是取暖期較大，但每月的標(biāo)準(zhǔn)差差異較顆粒物小很多（圖5）。

圖52013 -2015年NO2濃度月變化（平均值和標(biāo)準(zhǔn)差）

5 結(jié)論

（1）3 a首要污染物均以PM2.5為主，且逐年遞增；其次是PM10，2013年P(guān)M10出現(xiàn)率較高為31%，之后逐年下降；首要污染物為SO2的出現(xiàn)率最少，僅為0.3－1%；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。

（2）2013－2015年3 a的PM2.5的質(zhì)量濃度1－4月呈下降趨勢，5－9月相對平緩，10月開始急劇升高；PM10年變化趨勢月也呈兩端高中間低的形勢，但PM10平均質(zhì)量濃度最低值出現(xiàn)在8月，最高值在1月；NO2質(zhì)量濃度的月變化，1-7月質(zhì)量濃度一直下降，7-8月基本持平，10月迅速上升，與顆粒物一直上升不同，在10-11月濃度出現(xiàn)一段時間持平，在12月濃度又開始增加，其中間波谷的寬度明顯小于顆粒物。

（3）2013-2015年3 a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，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；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；O3春—冬呈單峰分布，夏季出現(xiàn)率最高，冬季沒有出現(xiàn)。

[1]白雪，張翠艷，紀(jì)源，等.錦州市空氣質(zhì)量變化特征及其與氣象條件關(guān)系[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2016，32（2）：52-58.

[2]汪永英，張雪梅，韓冬薈，等.哈爾濱供暖期間PM2.5污染狀況及其與氣象因子的相關(guān)性分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（19）：185-189.

1002－252X（2017）02－0020－04

2017－3－1

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.