焦作市城區(qū)冬季大氣污染物濃度時空變化特征分析

王海鄰 賀玉曉 劉玉飛 曹雪瑩

河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 河南焦作 454000

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，人類活動對于大氣影響日益顯著，大氣中積累的污染物超出了環(huán)境容量，自2017年3月焦作市被列入京津冀大氣污染傳輸通道城市之一，與京津冀、長三角、珠三角相比，河南地區(qū)大氣污染物時空分布特征及氣象因子的影響研究明顯不足，而在華北地區(qū)由于秋冬季取暖季、不利氣象條件等的影響更為明顯（安俊林等，2007；張凱等2006）。本文通過對2016年12月1日到2017年2月28日焦作市區(qū)四個監(jiān)測站點(diǎn)（市環(huán)保局、市監(jiān)測站、影視城、高新區(qū)政府）的大氣污染監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，分析焦作市市區(qū)大氣污染物六個常規(guī)污染因子（PM2.5、PM10、NO2、SO2、O3）的時空分布特征，探討焦作市區(qū)冬季環(huán)境空氣質(zhì)量的影響因素，為環(huán)境管理和規(guī)劃部門科學(xué)決策提供數(shù)據(jù)支持。

2 區(qū)域概況

2.1 自然概況

焦作市位于河南省西北部，北依太行山，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，日照充足，冬冷夏熱，春暖秋涼，四季分明，年平均氣溫12.8°C，7月最熱，月均氣溫為28°C，1月最冷，月均氣溫為-3°C，歷史極端最高 43.6°C，歷史最低氣溫-22.4°C，年均降雨量551.6mm，雨量主要集中在7、8月，年平均風(fēng)速為1.7m/s。

2.2 數(shù)據(jù)來源和觀測站點(diǎn)

本文數(shù)據(jù)采用焦作市環(huán)境質(zhì)量信息實(shí)時發(fā)布平臺公布的 2016年12月1日至 2017年2月28期間市區(qū)4個環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站點(diǎn)的監(jiān)測結(jié)果，四個監(jiān)測站點(diǎn)分別為市環(huán)保局、市監(jiān)測站、影視城、高新區(qū)政府。

3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

四個監(jiān)測點(diǎn)位六個常規(guī)污染因子（PM2.5、PM10、NO2、SO2、O3）的月均濃度和冬季平均濃度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

從表1可以看出影視城監(jiān)測點(diǎn)位除O3外各污染因子均低于其他的觀測點(diǎn)位監(jiān)測結(jié)果，影視城位于焦作市北部，北依太行山南部，距市區(qū)、居民區(qū)聚集區(qū)較遠(yuǎn)，受到人類活動影響最小，此外，影視城位于城區(qū)西北，焦作市冬季盛行西南風(fēng)，地理位置與冬季主導(dǎo)風(fēng)向也有利于該處大氣污染物的擴(kuò)散。

影視城、市監(jiān)測站、市環(huán)保局、高新區(qū)政府四個站點(diǎn)SO2日均值變化范圍分別是6～75 g/m3、18～80 g/m3、13～66 g/m3、16～78 g/m3，均低于國家二級標(biāo)準(zhǔn)限值，且市監(jiān)測站監(jiān)測結(jié)果大于其他的監(jiān)測站點(diǎn)，可能的原因是市監(jiān)測站站點(diǎn)位于城區(qū)東部，受附近工業(yè)、機(jī)動車排放污染物影響較大，且該區(qū)域冬季盛行西南風(fēng)，城區(qū)居民生活、冬季取暖等活動排放的SO2，對該測點(diǎn)的監(jiān)測結(jié)果也有影響。

四個監(jiān)測站點(diǎn)中NO2日均濃度變化范圍分別是16～114 g/m3、22～134 g/m3、22～127 g/m3、18～131 g/m3，超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)分別為5、16、15、17d，超標(biāo)率分別為6%、18%、17%、19%，市監(jiān)測站、市環(huán)保局、高新區(qū)政府三個監(jiān)測點(diǎn)的NO2濃度測值明顯高于影視城處。

四個監(jiān)測站點(diǎn) O3日均值變化范圍分別是6～138 g/m3、9～129 g/m3、8～120 g/m3、5～131 g/m3，影視城 O3濃度明顯大于其他監(jiān)測。

四個監(jiān)測站點(diǎn)中PM2.5超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)分別是66、67、70、70天，超標(biāo)率分別是73%、74%、79%、79%，且PM2.5/PM10平均值為0.688，大于0.6，說明PM10質(zhì)量濃度主要集中在PM2.5以下的細(xì)小顆粒，焦作市區(qū)細(xì)粒子污染偏重，冬季焦作城區(qū)大氣污染物首要因子為PM2.5，主要原因與大氣污染源類型和污染物來源有關(guān)，也與焦作市所處地理位置有關(guān)。分析四個站點(diǎn)的PM2.5與PM10監(jiān)測結(jié)果可知，二者在空氣中具有相似的變化規(guī)律，各站點(diǎn)相關(guān)系數(shù)均高達(dá)0.98，具有連續(xù)相同的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。

表1 PM 2.5、PM 10、NO2、SO2、O3濃度月均值 (單位：g/m3)

表1 PM 2.5、PM 10、NO2、SO2、O3濃度月均值 (單位：g/m3)

注：O3為最大8小時濃度。

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3.2 結(jié)果分析

風(fēng)是影響污染物稀釋擴(kuò)散的重要因子，風(fēng)向和風(fēng)速均對大氣污染物擴(kuò)散起著重要的作用，風(fēng)速是造成快速水平輸送或平流輸送的主要原因（李宗凱等，1985），焦作市冬季靜風(fēng)頻率較高，大氣穩(wěn)定度較高，不利用大氣污染物垂直方向和水平方向的擴(kuò)散，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活活動排放的大氣污染物容易在局部聚集，造成大氣污染物濃度超標(biāo)現(xiàn)象。針對于冬季主要污染物PM10和PM2.5污染物進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)焦作市冬季風(fēng)速與PM10、PM2.5呈顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.01,n=90），與風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)分別為-0.29、-0.3，說明風(fēng)速的增大對大氣中PM10、PM2.5起了明顯的稀釋作用。此外，風(fēng)向也是影響焦作市大氣污染物濃度分布的重要原因，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和氣象記錄，在焦作市幾次重污染天氣前均有多次或連續(xù)的偏東風(fēng)，在偏東風(fēng)的影響下焦作市除臭氧外其他五個污染因子均比其他風(fēng)向下的污染物濃度高，偏東風(fēng)氣象條件下污染物濃度大于偏西風(fēng)時段污染物濃度，西北風(fēng)時段污染物濃度最低。

4 結(jié)論

焦作市冬季大氣污染物首要污染因子為PM2.5、PM10，其他因子除SO2外均在不同程度上超標(biāo)，重污染天氣條件下焦作市大氣污染物濃度與風(fēng)速相關(guān)關(guān)系顯著，且風(fēng)向?qū)τ诖髿馕廴疚餄舛纫灿杏绊?，持續(xù)的偏東風(fēng)會導(dǎo)致焦作市大氣污染物聚集形成重污染天氣。由于焦作市所處地區(qū)地理位置和氣象條件不利于大氣污染物的遷移和擴(kuò)散，建議相關(guān)管理部門加大對大氣污染防治的治理和管理，根據(jù)區(qū)域地理?xiàng)l件，合理規(guī)劃布置工業(yè)項(xiàng)目。