京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市空氣質(zhì)量特征及其影響因素

李 慧， 王淑蘭， 張文杰， 王 涵， 王 涵， 王少博， 李海生

中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院, 環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100012

近年來，我國(guó)PM2.5污染嚴(yán)重[1]，濃度最高的區(qū)域包括京津冀、四川盆地、長(zhǎng)三角及珠三角地區(qū)[2]. 為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的大氣環(huán)境問題，2013年，國(guó)務(wù)院頒布了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(簡(jiǎn)稱“《大氣十條》”)，《大氣十條》實(shí)施以來，全國(guó)空氣質(zhì)量改善顯著，與2013年相比，2017年京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角區(qū)域PM2.5年均濃度分別下降了39.6%、34.3%和27.7%，北京市PM2.5年均濃度達(dá)到58 μgm3[3]，全面完成了《大氣十條》的考核目標(biāo). 但是，隨著現(xiàn)有大氣污染控制措施的減排空間逐漸收窄，大氣污染減排難度越來越大，許多地區(qū)PM2.5濃度仍然處在較高水平，尤其是京津冀地區(qū)[4-6]. 2017年原環(huán)境保護(hù)部印發(fā)了《京津冀及周邊地區(qū)2017年大氣污染防治工作方案》，將京津冀及周邊地區(qū)28個(gè)城市列為京津冀大氣污染傳輸通道城市[7]，同時(shí)將“2+26”城市確定為秋冬季大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域. 《2019年中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》[8]顯示：2019年“2+26”城市ρ(PM2.5)平均值為57 μgm3，超全國(guó)平均水平(36 μgm3)58%；“2+26”城市平均超標(biāo)天數(shù)比例為46.9%，超全國(guó)平均水平(18.0%)1.6倍. 2019年“2+26”城市ρ(PM2.5)和ρ(PM10)分別超出GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值0.6倍和0.3倍，距離空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)還存在一定差距. 全國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量排名相對(duì)較差的10個(gè)城市中有9個(gè)屬于“2+26”城市.

京津冀是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心地區(qū)，但同時(shí)也是中國(guó)大氣污染最為嚴(yán)重的區(qū)域之一[9]. 許多學(xué)者對(duì)京津冀地區(qū)開展了PM2.5污染特征分析、重污染過程解析、污染來源與成因分析和區(qū)域傳輸?shù)确矫娴难芯?，如張忠地等[10]對(duì)2017年京津冀地區(qū)PM2.5污染特征的研究表明，京津冀地區(qū)PM2.5污染呈現(xiàn)南高北低的特點(diǎn)，梁麗思等[11]也發(fā)現(xiàn)了類似特征. YAN等[12]利用2016年京津冀13個(gè)城市的空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過空間自相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內(nèi)ρ(PM2.5)具有明顯的空間溢出效應(yīng). 殷麗娜等[13]分析了2018年11月23日—12月4日“2+26”城市的一次重污染過程，結(jié)果表明，此次污染過程是氣象條件、污染物一次排放和二次轉(zhuǎn)化、區(qū)域傳輸、沙塵天氣等多因素綜合作用的結(jié)果. 王彤等[14]對(duì)京津冀地區(qū)秋冬季顆粒物來源進(jìn)行解析，結(jié)果表明，二次顆粒物、交通源、生物質(zhì)燃燒源和民用燃煤源是PM2.5污染的主要來源. 孫韌等[15]研究發(fā)現(xiàn)，京津冀區(qū)域重污染期間近地面100 m處的風(fēng)速氣流為西南—南風(fēng)，而在 1 000 m的高空存在西南輸送通道. 以往的研究主要是集中在京津冀地區(qū)，或是對(duì)一次重污染過程的研究，而京津冀地區(qū)的空氣質(zhì)量同時(shí)會(huì)受到周邊地區(qū)溢出效應(yīng)的影響，對(duì)“2+26”城市空氣質(zhì)量的整體狀況還不清楚，并且針對(duì)“2+26”城市長(zhǎng)期空氣質(zhì)量的研究較少，鑒于此，該研究以京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市為研究對(duì)象，分析2013—2019年區(qū)域空氣質(zhì)量的演變特征及其影響因素，對(duì)了解京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市大氣污染狀況，精準(zhǔn)治污、科學(xué)治污具有重要意義，可為“2+26”城市制定“一市一策”提供理論基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

該研究以京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市為研究對(duì)象，包括北京市，天津市，河北省8城市(石家莊市、唐山市、廊坊市、保定市、滄州市、衡水市、邢臺(tái)市和邯鄲市)，山西省4城市(太原市、陽(yáng)泉市、長(zhǎng)治市和晉城市)，山東省7城市(濟(jì)南市、淄博市、濟(jì)寧市、德州市、聊城市、濱州市和菏澤市)，河南省7城市(鄭州市、開封市、安陽(yáng)市、鶴壁市、新鄉(xiāng)市、焦作市和濮陽(yáng)市)[7].

京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市位于111°30′E～119°50′E、34°16′N～41°36′N之間，總面積約為27×104km2，約占全國(guó)總面積的2.8%. 研究區(qū)域處于華北平原，北臨東西走向的燕山山脈，西臨南北走向的太行山脈，東臨渤海、黃海. 區(qū)域?qū)倥瘻貛啙駶?rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，降水時(shí)空分布不均勻. 夏季溫度較高、濕度較大，冬季溫度較低，氣候干燥[16]. 京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心區(qū)域，2019年常住人口約為1.89億，約占全國(guó)總?cè)丝诘?3.6%，GDP總量14.2萬億元，約占全國(guó)的14.3%.

1.2 數(shù)據(jù)來源

京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3和CO在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來源于中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，2013年以后，中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站在全國(guó)空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)(http：106.37.208.233)公開了全國(guó) 2 100 多個(gè)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的AQI、PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO和O3數(shù)據(jù). GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布以后，“2+26”城市分階段逐步完成了環(huán)境空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)能力建設(shè)，其中北京市、天津市、石家莊市、唐山市、廊坊市、保定市、滄州市、衡水市、邢臺(tái)市、邯鄲市、太原市、濟(jì)南市和鄭州市自2013年1月1日開始按照GB 3095—2012開展6項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測(cè)，陽(yáng)泉市、長(zhǎng)治市、淄博市、濟(jì)寧市、德州市、聊城市、濱州市、菏澤市、開封市、安陽(yáng)市和焦作市2014年1月1日開始開展6項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測(cè)，晉城市、鶴壁市、新鄉(xiāng)市和濮陽(yáng)市自2015年1月1日開始開展6項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測(cè). 該研究將異常值去除后，計(jì)算城市各站點(diǎn)PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO日均濃度的算數(shù)平均值，獲得各城市PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO的日均濃度及年均濃度；計(jì)算城市各站點(diǎn)O3-8 h日均濃度(臭氧日最大8 h平均值)的算數(shù)平均值，獲得各城市O3-8 h日均濃度，并根據(jù)各城市O3-8 h日均濃度計(jì)算O3-8 h第90百分位數(shù)(O3-8 h-90per)，獲得各城市O3濃度年均值.

2 結(jié)果與討論

2.1 主要污染物年際變化趨勢(shì)

由圖1可見，2019年京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(SO2)、ρ(NO2)、ρ(CO)和ρ(O3-8 h-90per)分別為(56.7±6.4)μgm3、(101.0±13.5)μgm3、(15.1±4.4)μgm3、(39.5±5.1)μgm3、(1.0±0.2)mgm3和(195.7±8.2)μgm3，ρ(PM2.5)、ρ(PM10)和ρ(O3-8 h-90per)分別超過GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值0.6、0.3和0.2倍.

由圖1可見，2013—2019年京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(SO2)和ρ(CO)均呈持續(xù)下降趨勢(shì)，2019年ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(SO2)和ρ(CO)分別比2013年下降了50%、41%、79%和49%，ρ(SO2)降幅最為顯著，主要是與SO2減排措施(燃煤電廠的超低排放、落后產(chǎn)能淘汰、火電企業(yè)脫硫脫硝除塵改造、鋼鐵企業(yè)脫硫除塵以及“煤改氣”“煤改電”等)與煤炭消耗量的下降有關(guān)[17]. 2013年京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市ρ(PM2.5)范圍為75.0 μgm3(陽(yáng)泉市)～160.1 μgm3(邢臺(tái)市)，平均值為(113.1±23.2)μgm3，超過GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(35 μgm3)2.2倍，2014年、2015年、2016年、2017年、2018年和2019年ρ(PM2.5)分別同比下降17.0%、10.8%、8.4%、9.1%、12.3%和7.4%，這是《大氣十條》要求采取降低煤炭燃燒、淘汰老舊車輛、推行清潔生產(chǎn)等措施減少了污染物排放[11]，使ρ(PM2.5)大幅降低. 2017年，“2+26”城市積極推進(jìn)農(nóng)村“電代煤”和“氣代煤”工作，全年共完成“電代煤”“氣代煤”(散煤“雙代”)超過470×104戶，削減散煤超過1 000×104t[18]，在京津保廊建成近萬平方公里的“散煤禁燃區(qū)”，北京市城六區(qū)及南部平原地區(qū)實(shí)現(xiàn)無煤化. 散煤“雙代”措施對(duì)ρ(SO2)和ρ(PM2.5)下降的貢獻(xiàn)較大，對(duì)“2+26”城市空氣質(zhì)量站點(diǎn)ρ(PM2.5)下降的貢獻(xiàn)率為3%～28%，對(duì)北京市ρ(PM2.5)下降的貢獻(xiàn)率約為15%[19].

京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市ρ(NO2)在2013—2017年雖有下降，但趨勢(shì)較平緩，2017年以后才有明顯下降，《大氣十條》實(shí)施以來，雖然推行了重點(diǎn)行業(yè)脫硫脫硝除塵改造以及提升機(jī)動(dòng)車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，但是由于京津冀及周邊地區(qū)貨物運(yùn)輸主要依賴于公路運(yùn)輸，并且以柴油車為主，柴油貨車具有污染物排放高、行駛里程長(zhǎng)、使用油品劣和空駛率高等特點(diǎn)，導(dǎo)致污染物排放量居高不下，尤其是NOx和顆粒物，2017年京津冀地區(qū)汽車排放NOx58.9×104t，其中柴油車排放量為38.6×104t，約占排放汽車排放總量的65.2%[20]. 2017年原環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《京津冀及周邊地區(qū)2017年大氣污染防治工作方案》，提出要加強(qiáng)柴油車管控，并于2018年發(fā)布了《柴油貨車污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃》，加大了對(duì)NOx排放的控制，使得NO2有明顯改善，2017年和2019年ρ(NO2)分別比2013年下降了6%和20%.

圖1 2013—2019年“2+26”城市主要污染物變化趨勢(shì)Fig.1 Changes of main pollutants in ‘2+26’ cities from 2013 to 2019

值得注意的是，京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市臭氧污染形勢(shì)凸顯，近年來ρ(O3-8 h-90per)有明顯升高，2019年比2013年升高了21%，尤其是2013—2017年，ρ(O3-8 h-90per)升高了22%，2019年有小幅下降. 主要是因?yàn)椋?014—2018年沒有出臺(tái)針對(duì)O3控制的重要治理政策，直到2018年冬季出臺(tái)的《京津冀及周邊地區(qū)2018—2019年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動(dòng)方案》中才首次提出O3前體物VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物)的綜合治理專項(xiàng)行動(dòng)，2019年初見成效.

2013—2019年京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市不同等級(jí)污染天數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖2. 由圖2可知，2013—2019年京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市優(yōu)良天數(shù)增加，重污染天數(shù)持續(xù)減少. 2019年平均優(yōu)良天數(shù)為194 d，比2013年增加128 d，但是2016—2019年平均優(yōu)良天數(shù)比例穩(wěn)定在50%左右，沒有持續(xù)增加的趨勢(shì)，可能與臭氧污染有關(guān)，研究表明，2015—2019年京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市以臭氧為首要污染物的天數(shù)占比逐年增加，已超過以PM2.5為首要污染物的天數(shù)[21]，臭氧污染成為實(shí)現(xiàn)優(yōu)良天數(shù)約束性指標(biāo)的重要障礙. 2019年平均重污染天數(shù)為20 d，比2013年減少40 d，降幅為67%，其中平均嚴(yán)重污染天數(shù)下降尤為明顯，降幅達(dá)90%. 由此可見，京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市重污染天數(shù)和強(qiáng)度均有大幅下降，空氣質(zhì)量趨于好轉(zhuǎn)，但臭氧污染問題凸顯.

圖2 2013—2019年“2+26”城市空氣質(zhì)量等級(jí)比例分布Fig.2 Ratios of air quality grades in ‘2+26’ cities from 2013 to 2019

2.2 主要污染物濃度變化特征

為了能直觀地看出污染物濃度的變化特征，了解污染物濃度較高的月份，利用2019年“2+26”城市污染物日均濃度繪制時(shí)間序列圖(見圖3). 由圖3可見，1—3月和11—12月ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(SO2)、ρ(NO2)和ρ(CO)均處在較高水平，主要是受到冬季高強(qiáng)度污染排放以及較為不利的氣象條件的影響[22-23].ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(SO2)、ρ(NO2)和ρ(CO)的最大值均出現(xiàn)在1月，分別為210.7 μgm3、292.0 μgm3、42.9 μgm3、81.3 μgm3和2.8 mgm3，ρ(O3-8 h)的最大值出現(xiàn)在6月，為238.8 μgm3，O3主要來源于VOCs及NOx的光化學(xué)反應(yīng)生成，由于夏季溫度較高，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，加快了大氣光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致O3濃度較高. 從污染物濃度的變化趨勢(shì)可以看出，ρ(PM2.5)與ρ(PM10)變化趨勢(shì)較一致，ρ(SO2)與ρ(NO2)變化趨勢(shì)較一致，ρ(CO)與ρ(O3-8 h)呈負(fù)相關(guān). PM2.5PM10〔ρ(PM2.5)ρ(PM10)，下同〕可反映一次污染源和二次污染源對(duì)污染貢獻(xiàn)的變化，比值大說明二次污染源的貢獻(xiàn)大，比值小說明一次污染源的貢獻(xiàn)大. 以往研究用SO2NO2〔ρ(SO2)ρ(NO2)，下同〕來反映燃煤源和移動(dòng)源對(duì)污染貢獻(xiàn)的變化，比值大說明燃煤源的貢獻(xiàn)大，比值小說明移動(dòng)源的貢獻(xiàn)大. 繪制2019年“2+26”城市PM2.5PM10和SO2NO2時(shí)間變化序列結(jié)果(見圖4)，并計(jì)算不同ρ(PM2.5)范圍內(nèi)的PM2.5PM10和SO2NO2，結(jié)果顯示，當(dāng)ρ(PM2.5)為0～50 μgm3、50～100 μgm3、100～150 μgm3、>150 μgm3時(shí)，PM2.5PM10的平均值分別為0.48、0.58、0.71、0.76，SO2NO2分別為0.38、0.39、0.41、0.42，表明ρ(PM2.5)越高，PM2.5PM10和SO2NO2越大，二次污染源和燃煤源的貢獻(xiàn)越大.

圖3 2019年“2+26”城市主要污染物日均濃度時(shí)間序列Fig.3 Changes of daily average concentrations of main pollutants in ‘2+26’ cities in 2019

圖4 2019年“2+26”城市PM2.5PM10和SO2NO2時(shí)間序列Fig.4 Changes of PM2.5/PM10 and SO2/NO2 in ‘2+26’ cities in 2019

2.3 主要污染物濃度空間分布

2019年京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(SO2)、ρ(NO2)、ρ(CO)和ρ(O3-8 h-90per)的空間分布如圖5所示. 從ρ(PM2.5)的空間分布可以看出，區(qū)域整體污染水平較高，“2+26”城市ρ(PM2.5)的范圍為42.0 μgm3(北京市)～70.9 μgm3(安陽(yáng)市)，ρ(PM2.5)高值區(qū)主要集中在區(qū)域中南部，包括安陽(yáng)市、邯鄲市、邢臺(tái)市、濮陽(yáng)市、石家莊市和鶴壁市，ρ(PM2.5)均超過60 μgm3，其中安陽(yáng)市ρ(PM2.5)最高，超過GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(35 μgm3)1.0倍. 中南部地區(qū)城市處于太行山脈西南平原地區(qū)，污染物易累積聚集，同時(shí)平原地區(qū)城市人口密集，交通流量大，并且以重工業(yè)發(fā)展為主，工業(yè)化水平較高，污染物排放量大[24]，導(dǎo)致污染較為嚴(yán)重.ρ(PM2.5)低值區(qū)主要集中在區(qū)域北部，包括北京市、廊坊市、天津市和滄州市，其中北京市ρ(PM2.5)最低，但仍超過GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(35 μgm3)0.2倍. 從ρ(PM10)的空間分布可以看出，其空間分布特征與ρ(PM2.5)類似，高值區(qū)主要集中在區(qū)域中南部，ρ(PM10)的范圍為67.6 μgm3(北京市)～125.7 μgm3(邯鄲市)，除北京市達(dá)標(biāo)外，其他27個(gè)城市全部超標(biāo)，濃度較高的城市主要有邯鄲市、石家莊市、安陽(yáng)市、邢臺(tái)市和菏澤市，ρ(PM10)均超過115 μgm3，邯鄲市ρ(PM10)超過GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(75 μgm3)0.7倍，北京市和天津市ρ(PM10)較低. 從ρ(SO2)的空間分布可以看出，“2+26”城市ρ(SO2)的范圍為4.3 μgm3(北京市)～22.9 μgm3(陽(yáng)泉市)，全部達(dá)到GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(60 μgm3)要求，有24個(gè)城市達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(20 μgm3)要求，濃度較高的城市主要有陽(yáng)泉市、唐山市、太原市、淄博市、濱州市和邢臺(tái)市，這些城市由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重，工業(yè)燃煤量大，導(dǎo)致污染物排放量高. 北京市、廊坊市和鄭州市ρ(SO2)降到了個(gè)位數(shù).

圖5 2019年“2+26”城市主要污染物濃度空間分布Fig.5 Spatial distribution of main pollutants in ‘2+26’ cities in 2019

從ρ(O3-8 h-90per)的空間分布可以看出，“2+26”城市ρ(O3-8 h-90per)的范圍為179.0 μgm3(菏澤市)～208.0 μgm3(濱州市和邢臺(tái)市)，全部超過GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(160 μgm3)，濃度較高的城市主要有濱州市、邢臺(tái)市、聊城市、石家莊市和淄博市，ρ(O3-8 h-90per)的最高值和最低值分別超過GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值1.3倍和1.1倍. 這表明京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市在以PM2.5為治理重點(diǎn)的同時(shí)，需協(xié)同考慮O3控制. 從ρ(NO2)的空間分布可以看出，“2+26”城市ρ(NO2)范圍為31.4 μgm3(菏澤市)～50.5 μgm3(唐山市)，有12個(gè)城市ρ(NO2)超過GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(40 μgm3)，濃度較高的城市主要集中在太原市、石家莊市、鄭州市、濟(jì)南市等省會(huì)城市，以及唐山市和邢臺(tái)市. 菏澤市和開封市ρ(NO2)較低. 從ρ(CO)的空間分布可以看出，“2+26”城市ρ(CO)的范圍為0.7 mgm3(北京市)～1.4 mgm3(唐山市)，濃度較高的城市主要是唐山市、安陽(yáng)市、晉城市、長(zhǎng)治市和邢臺(tái)市，北京市和菏澤市ρ(CO)較低. 總體來說，安陽(yáng)市、邯鄲市、邢臺(tái)市、濮陽(yáng)市、石家莊市、唐山市、菏澤市、太原市等城市污染較重，北京市、天津市、廊坊市、長(zhǎng)治市、滄州市等城市污染較輕.

圖6 “2+26”城市2015—2019年主要污染物平均濃度變化空間分布Fig.6 Spatial distribution of average concentration change of main pollutants in ‘2+26’ Cities from 2015 to 2019

“2+26”城市2015年全部完成了環(huán)境空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)能力建設(shè)，為了解不同城市空氣質(zhì)量改善效果的差異，該研究計(jì)算了“2+26”城市2015—2019年各項(xiàng)污染物濃度的平均變化情況，并繪制空間分布圖(見圖6). 總體來看，與2015年相比，2019年 “2+26”城市ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(SO2)和ρ(CO)均有不同程度的下降；ρ(NO2)有3個(gè)城市不降反升，1個(gè)城市無改善，其他24個(gè)城市ρ(NO2)均有下降；對(duì)于ρ(O3-8 h-90per)，除北京市表現(xiàn)為下降外，其他27個(gè)城市均表現(xiàn)為升高趨勢(shì).ρ(PM2.5)下降較明顯的城市有保定市、德州市、衡水市和聊城市，年均下降值超過10 μgm3；ρ(PM10)下降較明顯的城市有衡水市、保定市、鄭州市和淄博市，年均下降值超過15 μgm3；ρ(SO2)下降較明顯的城市有淄博市、太原市、邢臺(tái)市、保定市、濟(jì)寧市和晉城市，年均下降值超過10 μgm3；ρ(CO)下降較明顯的城市有淄博市、德州市、保定市、濱州市、焦作市、菏澤市和安陽(yáng)市；ρ(NO2)下降較明顯的城市有淄博市、邢臺(tái)市、保定市、北京市和鄭州市，年均下降值均超過3 μgm3，太原市、晉城市和陽(yáng)泉市年均ρ(NO2)分別升高3、0.5和0.25 μgm3，天津市ρ(NO2)無變化；對(duì)于ρ(O3-8 h-90per)，只有北京市有下降，年均下降值為3 μgm3，其他27個(gè)城市均升高，其中，晉城市、邢臺(tái)市、邯鄲市、濱州市和石家莊市上升較明顯，年均升高值均超過15 μgm3，晉城市年均升高值達(dá)26 μgm3. 總之，2015—2019年保定市、淄博市和北京市空氣質(zhì)量改善較明顯.

2.4 “2+26”城市空氣質(zhì)量的影響因素

2.4.1地理位置的影響

京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市位于太行山東側(cè)和燕山南側(cè)的半封閉地形中，這種“弧狀”地形阻擋和削弱了冷空氣活動(dòng)，導(dǎo)致山前空氣流動(dòng)減弱，氣流滯留，污染物聚集不易擴(kuò)散. 當(dāng)高空氣流越過“弧狀”山脈后容易在背風(fēng)地區(qū)產(chǎn)生弱的下沉運(yùn)動(dòng)，下沉增溫進(jìn)一步促使低層逆溫形成. 逆溫層的形成和發(fā)展使得大氣趨于穩(wěn)定，抑制垂直擴(kuò)散能力，使半封閉地形中大氣環(huán)境容量下降；當(dāng)污染物在低層?xùn)|南風(fēng)和南風(fēng)氣流的作用下向京津冀地區(qū)輸送時(shí)，污染物在該區(qū)極易聚集或爆發(fā)性增長(zhǎng)，從而導(dǎo)致污染天氣的形成[25].

2.4.2氣象條件的影響

氣象條件對(duì)污染物的擴(kuò)散、稀釋和累積有一定影響. 不同的天氣條件通過通風(fēng)率、降水沉降、干沉積、化學(xué)轉(zhuǎn)化損失率、自然排放量和背景濃度等影響大氣氣溶膠濃度[26-28]. 在全球氣候變暖的背景下，京津冀及周邊地區(qū)冬季氣溫持續(xù)升高，對(duì)流層中層氣溫逐漸上升，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度總體減弱，大氣穩(wěn)定度增強(qiáng). 研究[29]表明，近年來，冬季對(duì)流層中低層氣溫變化呈顯著“上暖下冷”的“暖蓋”結(jié)構(gòu)特征，氣候變暖增加了大氣層的穩(wěn)定性，大氣對(duì)流擴(kuò)散能力減弱，導(dǎo)致大氣污染加重，增加了空氣質(zhì)量改善的難度. 從氣象條件的年際變化來看，梅梅等[30]利用大氣自凈能力公式(ASI)計(jì)算得出1961—2017年京津冀及周邊地區(qū)大氣自凈能力呈逐漸下降的趨勢(shì)，且在2000年之后下降速率明顯加快. 另外，2010年以后京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市污染物的清除擴(kuò)散能力整體較差，極端的重污染氣象條件發(fā)生頻次有所增加，這是導(dǎo)致京津冀及周邊“2+26”城市大氣重污染頻發(fā)的重要因素之一. 雖然京津冀及周邊地區(qū)不利于污染物擴(kuò)散的氣象條件依然多發(fā)，但2017年秋冬季京津冀及周邊城市大氣對(duì)污染物的清除能力相對(duì)于2013—2016年有所改善. 張小曳等[31]研究了氣象條件變化對(duì)中國(guó)重點(diǎn)區(qū)域ρ(PM2.5)的影響，發(fā)現(xiàn)《大氣十條》實(shí)施后的2014—2015年中國(guó)重點(diǎn)區(qū)域氣象條件相較2013年變差，2016年和2017年氣象條件相較轉(zhuǎn)好. 但在京津冀地區(qū)2017年相較2013年ρ(PM2.5)下降的39.6%中，有約5%的貢獻(xiàn)〔約占總ρ(PM2.5)降幅的13%〕是來自氣象條件；氣象條件改善的貢獻(xiàn)明顯低于ρ(PM2.5)的降幅，表明減排仍然是PM2.5污染改善的主要原因，天氣和氣候變化因素雖有影響但沒有起到控制性作用.

2.4.3經(jīng)濟(jì)社會(huì)的影響

經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式粗放、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理和能源消費(fèi)比例失衡等經(jīng)濟(jì)社會(huì)因素是京津冀及周邊地區(qū)大氣污染嚴(yán)重的主要原因之一[32-35]. 程鈺等[36]利用2014—2017年京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市的AQI數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用PCA-多元線性回歸模型分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、城鎮(zhèn)化、能耗強(qiáng)度、交通結(jié)構(gòu)、城市綠化等因素對(duì)城市空氣質(zhì)量的變化具有重要影響. 張保留等[37]定量評(píng)估了京津冀及周邊地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的趨同化、合理化及高級(jí)化程度，結(jié)果顯示，京津冀及周邊地區(qū)各省市之間產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重的趨同現(xiàn)象；除北京市外，其他城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的合理化程度普遍較低，并且改善速度較慢；區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高級(jí)化程度處于平緩上升的趨勢(shì)，北京市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高級(jí)化程度較高，而其他城市普遍較低.

為了充分了解京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市的經(jīng)濟(jì)社會(huì)特征，統(tǒng)計(jì)分析了2017年“2+26”城市三產(chǎn)比例、單位GDP能耗和煤炭消費(fèi)量，結(jié)果見表1. 從“2+26”城市三產(chǎn)比例可以看出，除北京市、太原市和濟(jì)南市以第三產(chǎn)業(yè)為主外，其他城市均呈以第二產(chǎn)業(yè)為主、第三產(chǎn)業(yè)為輔、兼顧第一產(chǎn)業(yè)的狀況. 京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市的鋼鐵、焦炭、電解鋁、平板玻璃、水泥、原料藥和農(nóng)藥產(chǎn)量分別占全國(guó)的43%、47%、38%、33%、19%、60%和40%[38]. 冶金、建材等高污染、高耗能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能在“2+26”城市中較大，特別是在唐山市和晉冀魯豫交界地區(qū)高度集中[19]. 晉冀魯豫交界地區(qū)重污染企業(yè)扎堆，企業(yè)排放治理水平相對(duì)落后，煙氣深度治理效果參差不齊且未實(shí)現(xiàn)協(xié)同治理，仍有部分工序采用非可行技術(shù)除塵工藝導(dǎo)致超標(biāo)排放風(fēng)險(xiǎn)較大，各工序無組織排放問題仍然較為突出. 而且重化產(chǎn)業(yè)圍城現(xiàn)象突出，在城鄉(xiāng)結(jié)合部、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)，存在大量的“散亂污”企業(yè)，排放的污染物嚴(yán)重污染環(huán)境，是影響區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量的原因之一.

表1 2017年“2+26”城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、單位GDP能耗以及煤炭消費(fèi)量

單位GDP能耗是反映能源消耗水平和節(jié)能降耗的重要指標(biāo)[39]. 2017年京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市平均單位GDP能耗為0.76 t(104元)(以標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì))，是全國(guó)平均水平的1.4倍. 京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市2017年煤炭消費(fèi)總量達(dá)7×108t，煤炭總量大、使用強(qiáng)度高，燃煤污染對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響較大[40-42]，燃煤排放的污染物對(duì)京津冀PM2.5的貢獻(xiàn)率為23.3%～46.6%[43]，秋冬季對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)接近50%[44].

2.4.4減排政策的影響

國(guó)家政策對(duì)空氣質(zhì)量的改善有著重要作用，2013年以來我國(guó)政府加大了對(duì)京津冀及周邊地區(qū)大氣污染治理的力度，2013年以來京津冀及周邊地區(qū)有關(guān)的大氣污染防治舉措見表2. 從表2可以看出，國(guó)家從減排、監(jiān)管、預(yù)警、區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控等多個(gè)角度對(duì)京津冀及周邊地區(qū)大氣污染進(jìn)行治理，主要污染物排放總量顯著減少，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)[45]顯示，2013—2018年，京津冀NO2和SO2柱濃度分別下降27%和79%. 2013—2019年京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市主要污染物濃度呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)(見圖1)，重污染天數(shù)大幅下降(見圖3). 2013年，《大氣十條》開始實(shí)施，制定了10條35項(xiàng)重點(diǎn)措施，以PM2.5為重點(diǎn)，以2017年為目標(biāo)年，對(duì)全國(guó)、重點(diǎn)區(qū)域和重點(diǎn)城市的空氣質(zhì)量改善提出了具體要求. 2015年，修訂后的《環(huán)境保護(hù)法》開始實(shí)施，同時(shí)史上最嚴(yán)格的環(huán)保督查制度開始實(shí)施. 從2017年秋冬季開始，生態(tài)環(huán)境部(原環(huán)境保護(hù)部)連續(xù)發(fā)布了4個(gè)秋冬季京津冀及周邊地區(qū)大氣污染綜合治理攻堅(jiān)方案，以秋冬季PM2.5濃度下降和重污染天數(shù)減少為目標(biāo)，通過長(zhǎng)效措施、季節(jié)性錯(cuò)峰以及重污染天氣應(yīng)對(duì)相結(jié)合，著力改善秋冬季環(huán)境空氣質(zhì)量. 2018年國(guó)務(wù)院印發(fā)了《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》，提出了六方面措施，分解落實(shí)到國(guó)家相關(guān)部門，同時(shí)明確量化指標(biāo)與完成時(shí)限. 與此同時(shí)，2017年啟動(dòng)大氣重污染成因與治理攻關(guān)項(xiàng)目，從京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市秋冬季大氣重污染成因與來源、重點(diǎn)行業(yè)與污染物排放管控技術(shù)、大氣污染綜合決策支撐以及大氣污染對(duì)人群健康的影響等方面開展攻堅(jiān)，實(shí)現(xiàn)了重大突破，推動(dòng)京津冀及周邊地區(qū)空氣質(zhì)量持續(xù)改善[46].

表2 2013—2019年京津冀及周邊地區(qū)大氣污染防治舉措

3 結(jié)論

a) 2013—2019年京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市空氣質(zhì)量總體向好，ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(SO2)和ρ(CO)呈直線下降趨勢(shì)，2019年比2013年分別下降了50%、41%、79%和49%；ρ(NO2)在2017年以后才明顯下降，2017年和2019年分別比2013年下降了6%和20%. 但是臭氧污染形勢(shì)凸顯，近年來有明顯升高的趨勢(shì)，2019年比2013年升高了21%.

b) 2013—2019年京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市重污染天數(shù)持續(xù)減少，2019年比2013年下降67%，嚴(yán)重污染天數(shù)下降尤為明顯，降幅達(dá)90%. 優(yōu)良天數(shù)比例雖然增加，但2016年以后基本穩(wěn)定在50%左右，沒有持續(xù)增加的趨勢(shì).

c)ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(SO2)、ρ(NO2)和ρ(CO)的最大值均出現(xiàn)在1月，ρ(O3-8 h)的最大值出現(xiàn)在6月.ρ(PM2.5)為0～50、50～100、100～150、>150 μgm3時(shí)，PM2.5PM10的平均值分別為0.48、0.58、0.71、0.76，SO2NO2的平均值分別為0.38、0.39、0.41和0.42，說明ρ(PM2.5)越高，PM2.5PM10和SO2NO2越大，二次污染源和燃煤源的貢獻(xiàn)越大.

d) 就空間分布而言，ρ(PM2.5)和ρ(PM10)高值區(qū)主要集中在區(qū)域中南部太行山脈山前的平原地區(qū)，低值區(qū)主要集中在區(qū)域北部；總體來說，安陽(yáng)市、邯鄲市、邢臺(tái)市、濮陽(yáng)市、石家莊市、唐山市、菏澤市、太原市等城市污染較重，北京市、天津市、廊坊市、長(zhǎng)治市、滄州市等城市污染較輕.

e) 地理位置、氣象條件、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消耗以及減排政策是影響2013—2019年京津冀及周邊地區(qū)“2+26”城市空氣質(zhì)量變化的重要因素.