邯鄲市曲周縣大氣污染特征分析

＊蔡 婧

（北京中科云智慧環(huán)?？萍加邢薰?北京 100086）

大氣顆粒物是影響環(huán)境空氣質(zhì)量的重要污染物，主要包括可吸入顆粒物（PM10）和細(xì)顆粒物（PM2.5）。研究表明[1]， PM10和PM2.5被人體吸入后，均會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，長(zhǎng)期累積下不僅會(huì)對(duì)人體呼吸道構(gòu)成危害，還會(huì)影響身體其他器官，因此，對(duì)大氣顆粒物的監(jiān)測(cè)與防控至關(guān)重要。

近年來(lái)，我國(guó)大氣污染區(qū)域性特征明顯，以京津冀為中心的區(qū)域霧霾頻發(fā)。邯鄲市位于太行山東麓地區(qū)，是聯(lián)接京津冀、中原經(jīng)濟(jì)區(qū)兩大經(jīng)濟(jì)區(qū)的紐帶[2]。然而2019年168城市中，邯鄲市高居全國(guó)大氣污染最嚴(yán)重的十大城市之列，空氣質(zhì)量污染程度位列前五，河北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心發(fā)布的環(huán)境質(zhì)量報(bào)告顯示，大氣顆粒物是近年來(lái)邯鄲市大氣污染的首要污染物。邯鄲市空氣質(zhì)量時(shí)空差異明顯，但當(dāng)前對(duì)各區(qū)縣大氣顆粒污染物缺乏系統(tǒng)的研究，因此關(guān)于曲周縣大氣顆粒物的研究對(duì)了解邯鄲市及京津冀區(qū)域污染狀況具有重要意義[3]。

本文以2019年曲周縣環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析PM10和PM2.5在不同時(shí)空尺度的變化特征，為全面衡量邯鄲市污染狀況提供理論支持，也為京津冀地區(qū)大氣顆粒物污染成因及聯(lián)防聯(lián)控提供數(shù)據(jù)支持。

1.材料與方法

(1)研究區(qū)域

曲周縣位于河北省南部太行山東麓海河平原的黑龍港流域，東接邱縣，南鄰廣平、肥鄉(xiāng)，西連永年、雞澤，北依邢臺(tái)市平鄉(xiāng)[4]。屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，春季風(fēng)多干旱，冬季寒冷干燥，年平均氣溫13.5℃，年平均日照2557h，全年無(wú)霜期201天，年平均降雨量為556.2mm。曲周主城區(qū)的風(fēng)向以南風(fēng)為主，地勢(shì)由西南向東北傾斜[5]。

(2)數(shù)據(jù)收集

PM2.5及PM10小時(shí)濃度數(shù)據(jù)來(lái)自河北環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)提供的兩個(gè)省控站，分別為武裝部站點(diǎn)和漢光重工站點(diǎn)，氣象數(shù)據(jù)也來(lái)自相應(yīng)時(shí)段2站點(diǎn)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)時(shí)間為2019年1月1日至2019年12月31日。

(3)數(shù)據(jù)分析

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)檢質(zhì)控，收集兩站點(diǎn)有效數(shù)據(jù)為：武裝部站點(diǎn)8737條，漢光重工站點(diǎn)8737條。對(duì)各站點(diǎn)四個(gè)季節(jié)顆粒物小時(shí)濃度分別計(jì)算平均值，得到曲周春、夏、秋、冬季PM2.5和PM10的平均濃度。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)有效性依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）[6]和《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ663-2013）[7]。

2.結(jié)果與討論

(1)PM2.5與PM10質(zhì)量濃度季節(jié)變化特征

受季節(jié)和氣象影響，不同月份，不同氣象條件下大氣顆粒物也存在明顯的差異，曲周縣2019年P(guān)M2.5和PM10的質(zhì)量濃度月均值變化如下圖所示。

從全年來(lái)看，2019年曲周縣PM10全年濃度均大于PM2.5的濃度，并且不同季節(jié)的PM10和PM2.5均呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化；分季節(jié)來(lái)看，夏季的PM10和PM2.5濃度均為最低，冬季的PM10和PM2.5濃度均為最高。這與江瑤等[8]的研究結(jié)果相似。PM2.5四季對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為42μg/m3、37μg/m3、57μg/m3、 116μg/m3。PM10四季對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為97μg/m3、68μg/m3、 114μg/m3、177μg/m3。說(shuō)明季節(jié)對(duì)PM10和PM2.5濃度的影響也較為顯著。

圖2為春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)小時(shí)濃度間的的相關(guān)性圖，冬季PM2.5與PM10、CO、NO2、SO2均呈正相關(guān)，同時(shí)，PM2.5與PM10、CO小時(shí)濃度之間顯著性相關(guān)，而PM2.5與SO2小時(shí)濃度間仍顯著相關(guān)，但相關(guān)性相對(duì)較差，可能的原因是：冬季采暖期燃煤會(huì)產(chǎn)生大量CO、NO2和SO2，而由于冬季期間相對(duì)濕度大，幾乎每天相對(duì)濕度都在50%以上，使得NO2和SO2等一次排放的污染氣體向顆粒態(tài)二次無(wú)機(jī)鹽的轉(zhuǎn)化貢獻(xiàn)中，以SO2的二次轉(zhuǎn)化貢獻(xiàn)占主導(dǎo)作用[9,10]，進(jìn)而導(dǎo)致PM2.5與SO2表現(xiàn)出較差的相關(guān)性。夏季PM2.5同樣與PM10、CO、NO2、SO2呈正相關(guān)，但是相關(guān)系數(shù)與冬季相比均較差，可能是由于夏季曲周縣主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠巷L(fēng)，漢光重工站點(diǎn)位于曲周縣開(kāi)發(fā)區(qū)，站點(diǎn)南側(cè)工業(yè)企業(yè)較多，易受企業(yè)生產(chǎn)排放廢氣影響，但是總體排放強(qiáng)度較冬季有明顯降低，另一方面是由于夏季臭氧濃度較高，利于氧化NO2和SO2轉(zhuǎn)化成硫酸鹽和硝酸鹽等顆粒態(tài)二次污染物，故PM2.5與NO2、SO2相關(guān)性變差。

圖2 四季小時(shí)濃度間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)系數(shù)

(2)PM2.5與PM10質(zhì)量濃度月變化特征

由圖1可看出，PM2.5、PM10質(zhì)量濃度呈現(xiàn)正相關(guān)性。PM2.5、 PM10質(zhì)量濃度在1月達(dá)到最大，隨后呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)；PM10在8月降為最低，濃度為58μg/m3，隨后開(kāi)始呈現(xiàn)顯著增長(zhǎng)的趨勢(shì)。PM2.5在5月降為最低，濃度為31μg/m3，隨后緩慢上升至7月，又開(kāi)始下降，8月又一次達(dá)到波谷，濃度為32μg/m3，之后緩慢上升?？偟膩?lái)看，PM2.5和PM10質(zhì)量濃度月變化規(guī)律相同，這說(shuō)明PM2.5和PM10在污染物來(lái)源和成分上有一定的同源性[11,12]。

圖1 曲周縣PM2.5和PM10質(zhì)量濃度月變化

由于1月、2月和12月這三個(gè)月份為采暖的高峰期，因此PM2.5和PM10濃度處于較高水平，1月份達(dá)到波峰，其PM2.5月均濃度為最低月份（5月）的4.1倍，PM10月均濃度為最低月份（8月）的3.4倍，整個(gè)采暖期PM2.5、PM10平均濃度分別為94μg/m3、156μg/m3，為非采暖季的平均濃度的2.2倍和1.8倍。

(3)PM2.5與PM10質(zhì)量濃度日變化特征

由圖3為可以看出，1月和12月PM2.5和PM10日均濃度較高，8月PM2.5和PM10日均濃度較低，但總體日均變化也呈現(xiàn)較好的相關(guān)性。

圖3 PM2.5和PM10的全年日變化趨勢(shì)

(4)PM2.5與PM10質(zhì)量濃度與氣象因素的相關(guān)性

利用省控點(diǎn)氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與顆粒物濃度小時(shí)監(jiān)測(cè)值進(jìn)行相關(guān)性分析，將Spearman相關(guān)系數(shù)作為二者相關(guān)性的指標(biāo)，如表1和表2。

表1 曲周縣漢光重工站點(diǎn)PM10、PM2.5小時(shí)濃度與氣象因素的相關(guān)系數(shù)

表2 曲周縣武裝部站點(diǎn)PM10、PM2.5小時(shí)濃度與氣象因素的相關(guān)系數(shù)

武裝部和漢光重工兩站點(diǎn)PM10與PM2.5的小時(shí)濃度值與風(fēng)速、風(fēng)向[13]無(wú)明顯相關(guān)性，與溫度[14]呈負(fù)相關(guān)性（p＜0.01），與相對(duì)濕度[15]正相關(guān)（p＜0.01），尤其是PM2.5受相對(duì)濕度影響較明顯，相關(guān)系數(shù)分別為0.382和0.344。

3.結(jié)論

（1）從2019年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，曲周縣PM2.5和PM10的年均濃度分別為63μg/m3和114μg/m3，分別是國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的1.8倍和1.6倍。PM2.5、PM10日均濃度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)分別為97天、82天，占全年的1/4。

（2）曲周縣冬季PM2.5與PM10、CO、NO2、SO2均呈正相關(guān)，PM2.5與PM10、CO小時(shí)濃度之間顯著性相關(guān)，而PM2.5與SO2小時(shí)濃度間仍顯著相關(guān)，但相關(guān)性相對(duì)較差，夏季PM2.5同樣與PM10、CO、NO2、SO2呈正相關(guān)，但是相關(guān)系數(shù)與冬季相比均較差。

（3）PM2.5和PM10質(zhì)量濃度在月變化上呈現(xiàn)相同的規(guī)律，說(shuō)明PM2.5和PM10在污染物來(lái)源上有一定的同源性。PM2.5和PM10整體呈現(xiàn)5-8月下降，9-12月上升的趨勢(shì)。PM2.5和PM10在采暖期時(shí)濃度高于非采暖期。日均質(zhì)量濃度呈現(xiàn)8月日均濃度較低，1月和12月日均濃度較高的趨勢(shì)。

（4）武裝部和漢光重工兩站點(diǎn)PM10與PM2.5的小時(shí)濃度值與風(fēng)速、風(fēng)向無(wú)明顯相關(guān)性，與溫度呈負(fù)相關(guān)性（p＜0.01）， 與相對(duì)濕度正相關(guān)（p＜0.01）。