黑龙江省主要城市的大气污染物变化特征

宋 涛，王婷婷

（1.牡丹江市气象局，黑龙江 牡丹江 157000；2.黑龙江省气象局，黑龙江 哈尔滨150001）

1 引言

大气污染是指由自然或人为原因使大气中某些成分超过正常含量或排入有毒有害的物质对人类、生物和物体造成危害的现象。随着国民经济的发展，工业排放量的增加，空气污染已成为提高人民生活水平的一个瓶颈，它可诱发多种呼吸道疾病甚至致癌，杨民[1]的研究表明，PM10月均浓度与同期呼吸道疾病月发病人数的变化趋势基本一致,两者呈显著性正相关;当PM10日均浓度明显升高后1～2 d,呼吸道疾病发病人数也随之增多。此外，气溶胶还可通过吸收、散射等作用削弱到达地面的直接太阳辐射从而影响气候。受对流层大气气溶胶增多的影响，1961-2003年间天津日照时数明显减少，市区每日日照时数90年代比60年代减少1 h以上[2]。由于大气污染的影响范围广、危害大，已成为全球最为关注的环境问题之一。

目前对黑龙江省大气污染的研究主要集中在对污染过程以及首要污染物PM10的特征分析上，而对污染物的时空分布和变化趋势的统计研究尤其是对多个城市的对比研究相对较少，故本文选取黑龙江省三个主要城市：哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江作为研究对象，对比分析污染物的变化特征。

2 资料和方法

本文利用哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江2005年1月1日-2010年12月31日的空气质量数据，时间分辨率为1 d，该数据由中华人民共和国环境保护部数据中心下载http://datacenter.mep.gov.cn/。

空气污染指数(API)是将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数数值形式，可根据以下公式计算得出。

设I为某污染物的污染指数，C为该污染物的浓度。则：

C大与C小是API分级限值表（表略）中最贴近C值的两个值，C大为大于C的限值，C小为小于 C的限值；I大与 I小是在API分级限值表中最贴近I的两个值，I大为大于I的值，I小为小于I的值。各污染物的污染分指数计算出以后，取最大者为该城市的空气污染指数API=max(I1,I2,……In),该项污染物即为该城市空气中首要污染物。

3 总体污染特征

根据空气污染指数可将空气质量划分为7档，其中空气质量为优、良时，人们可正常活动。三个城市中齐齐哈尔空气质量优、良天数所占比例最高为93.92%，其次是牡丹江89.26%，再次是哈尔滨84.37%；而空气质量为优的天数比例，牡丹江要明显高于其它两城市；在中、重度污染中，哈尔滨的天数比例最高为0.33%，牡丹江则为0。由此可见，哈尔滨的空气污染要比其它两城市严重（表1）。

表1 2005年1月1日-2010年12月31日哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江各档空气质量天数所占百分比

目前中国计入空气污染指数的项目为二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物，其中污染分指数最大的污染物确定为当天该市的首要污染物，当各污染分指数<50时，则不报告首要污染物。利用公式(1)计算得到各首要污染物的质量浓度时间序列（图1），三座城市主要的首要污染物均为PM10，其所占天数比例都>94%，在所统计的时间内，哈尔滨，牡丹江都出现了以SO2、NO2为首要污染物的日子，齐齐哈尔则没有以NO2为首要污染物的报告。NO2、SO2为首要污染物主要发生在冬季取暖期，这主要是由化石燃料燃烧所引起。从图1可看出，哈尔滨及牡丹江的PM10浓度有明显的周期变化，周期为1 a，冬季为浓度峰值，夏季为谷值，而齐齐哈尔的PM10浓度基本在一固定值的上下波动，无明显峰谷变化。此外，2008年以后，图中牡丹江的空白点增多，即空气质量为优的天数增加，且PM10浓度基本<0.2mg/m3，空气质量明显提高。

图1 2005年1月1日-2010年12月31日哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江首要污染物浓度时间序列

4 PM10的浓度变化特征

4.1 年变化特征

统计三个城市PM10的年平均浓度，从图2可看出，哈尔滨年平均浓度值呈上下波动趋势，齐齐哈尔及牡丹江PM10浓度则基本呈递减趋势。2005-2010年哈尔滨的PM10浓度均>0.105 mg/m3，一直高于其它两城市，2009年达最高为0.112 mg/m3；牡丹江的PM10浓度在2008年及2010年出现大幅降低，减小幅度约为0.01 mg/m3，占总浓度的10%左右，2010年降至0.084mg/m3，首次低于齐齐哈尔；6 a平均PM10浓度，齐齐哈尔最低为0.093 mg/m3，其次是牡丹江0.098 mg/m3，哈尔滨最高为0.11mg/m3，齐齐哈尔的空气质量总体上要优于其它两城市。

图2 2005年1月1日-2010年12月31日哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江PM10的年平均质量浓度

4.2 月变化特征

黑龙江省的取暖期一般为10月-次年4月，该时期PM10浓度较高，室外气温越低，化石燃料燃烧越多，PM10的排放量就越大，故三城市的PM10浓度都是在1月和12月份最高（图3），而在取暖期的其它月份浓度相对较低。哈尔滨在1、12月份的PM10平均浓度分别为0.152 mg/m3、0.155mg/m3，而空气质量为良的PM10浓度界限值是0.15mg/m3，即哈尔滨在1、12月份空气质量属轻微污染级别，心脏病及呼吸系统患者应减少户外活动。非取暖期5-9月为PM10浓度低值期，这主要是因为减少了PM10的排放，且该时期对流活动强烈有利于污染物扩散，降水增多也可加速颗粒物的沉降。在哈尔滨及齐齐哈尔4、5月份出现了一个浓度的小高峰，这可能与沙尘暴有关。此外，取暖期每月的PM10浓度标准差较大，即浓度波动大，这是因为每年燃烧排放量相差较大，而非取暖期PM10的来源主要是汽车尾气排放，排放量相对比较稳定，浓度波动较小。

5 小结

图3 2005年1月1日-2010年12月31日哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江PM10的月平均质量浓度和标准差

本文分析了哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江2005年1月1日-2010年12月31日的空气质量情况以及首要污染物的变化特征，获得初步结论如下：

（1）在统计的6 a时间里，齐齐哈尔、牡丹江空气质量优、良的天数占总统计天数的比例>85%，其中牡丹江空气质量为优的天数比例为35.45%，位居三城市之首。哈尔滨优良天数的比例为84.37%，且重度污染天数比例最高为0.33%，其污染要比其它两城市严重。

（2）三个城市主要的首要污染物均为PM10，所占天数比例都>94%。哈尔滨、牡丹江的首要污染物还包括NO2、SO2，齐齐哈尔则无NO2为首要污染物的情况。

（3）哈尔滨PM10浓度的年变化特征表现为上下波动，齐齐哈尔、牡丹江PM10浓度则基本呈递减趋势。6 a的平均PM10浓度哈尔滨>牡丹江>齐齐哈尔，齐齐哈尔的空气质量总体上要优于其它两城市。

（4）因燃烧排放增加，取暖期10月-次年4月为三个城市PM10浓度高值期，而5-9月受排放源减少，对流增强，降水增多的影响，PM10浓度较取暖期明显减小，其中哈尔滨、齐齐哈尔在5月出现一个浓度的小高峰，这可能是受沙尘暴影响。

[1]杨民,丁瑞强,王式功,等.兰州市大气气溶胶的特征及其对呼吸道疾病的影响[J].干旱气象,2005,23(1):54-57.

[2]郭军,任国玉.天津地区近40年日照时数变化特征及其影响因素[J].气象科技,2006,34（4）：415-420.