2009～2012年郑州市空气质量的时间分布研究

薛帅征，任珊珊，张朋飞，姚顺阳，薛艳艳

（1.河南农业大学，河南 郑州 450002；2.郑州市环境保护监测中心站，河南 郑州 450007；3.国际气候组织，北京 100028）

大气污染是人类死亡或致病的重要影响因素之一，随着污染程度的增加，死亡率会明显上升，从而造成巨大的经济损失[1-5]。大气环境质量是城市环境质量的重要组成部分，也是城市可持续发展的基础[6]。以郑州市环境监测站的监测数据为依据，研究了大气中污染物的季节分布特征，分析了造成郑州市大气污染的原因，并有针对性的提出污染防治措施及建议，为郑州市提升城市大气环境质量提供科学依据。

1 资料与方法

大气污染数据来自郑州市环境保护局的监测资料，监测项目包括主要污染物PM10、SO2和NO2的日浓度，以及API（空气污染指数）。监测站点包括对照点岗李水库，市区的医学院、烟厂、市监测站、郑纺机、银行学校、供水公司、经开区管委会和四十七中共八个监控点。

空气污染等级划分依据《环境空气质量指数（AQI）日报技术规定》[7]中空气污染指数范围及相应的空气质量级别。以PM10、SO2和NO2作为分级污染物，API指数来评价。API指数范围在0～500之间，按API指数大小将空气质量划分为6级，详见表1。

2 结果与分析

2.1 空气质量的时间分布特征

从表 2 中得知：（1）2009～2012 年，全年空气质量达优级的天数均未超过30 d，最少的为2009年，仅18 d。（2）从2009年到2011年年平均API值依次升高，但都在90以下。总体比较2009年空气质量最好，2011年空气质量最差。与2003、2004年的年平均API值分别为79与81相比较[8]，数值有所反弹。（3）2009～2012年郑州市空气质量等级均以Ⅱ级良为主，Ⅱ级以上天数分别占全年的88.2%、86.8%、86.8%和86.6%。首要污染物以可吸入颗粒物PM10为主，占全年天数的90%以上。（4）2009～2012年郑州市大气污染首要污染物均为PM10；最高为 2012 年，达 340 d；最低为 2010 年，也有328 d；而SO2均在28 d左右，没有明显变化。

2.2 污染物的时间分布特征

2.2.1 NO2分布特征 从图1得知，污染物NO2的浓度值最高出现在2010年1月，达0.070 mg/m3，最低值出现在2009年7月，为0.031 mg/m3，最高值约为最低值的2.3倍。4年的NO2浓度月平均数值呈“V”型分布，最高值均出现在1月或12月，而最低值则出现在7、8两个月。从1月起数值逐月降低，从8月起又逐月升高。

表1 空气质量指数及相关信息

表2 郑州市API指数法空气质量评价结果

图1 2009～2012年NO2月平均浓度值

2.2.2 SO2分布特征 从图2得知，污染物SO2的浓度值最高出现在2010年1月，达0.110 mg/m3，最低值出现在2012年7月，为0.019 mg/m3，最高值约为最低值的5.8倍。4 a的NO2月平均数值呈“U”型分布，1月份和12月SO2的浓度值都在0.07 mg/m3以上，而5～9月都在0.04 mg/m3以下。

图2 2009～2012年SO2月浓度平均值

2.2.3 PM10分布特征 从图3可知，污染物PM10的浓度值最高出现在2012年1月，达0.159 mg/m3，最低值为2009年5月的0.071 mg/m3，最高值约为最低值的2.2倍。除2010年最高值出现在3月外，其余3 a最高值均在1月或12月。而3～4月和10～11月出现了第二次高峰，这与郑州市的沙尘暴频发季节出现时间一致。

图3 2009~2012年PM10月浓度平均值

2.2.4 API分布特征 从图4可知，API数值表和PM10的数值表基本一致。因为API数值的计算是选取PM10、SO2和NO23种污染物中的最大值作为基准进行，同时也说明郑州市的首要污染物以PM10为主。只有2011年11月和12月的API数值曲线与SO2的数值曲线一致，说明这两个月首要污染物主要受SO2浓度影响。

图4 2009~2012年API月平均值

3 提高空气质量的建议

由于污染物的季节变化特征，郑州市大气污染的重点控制时段应以冬季、早春和晚秋为主，特别是1、2、11和12月4个月，加强对首要污染物可吸入颗粒物PM10和SO2的控制和治理。针对近年来郑州市大气污染的主要污染物状况特征，未来郑州市主要应加强和开展的工作如下：

（1）全面控制区域内重点大气污染物排放。大气中的污染物质具有随时间、空间变化大的特点，因此很有必要采取区域城市的联防联控原则，如重点行业火电厂、机动车、工业锅炉等，应严格控制其排污。可通过提高善SO2的总量控制、完善SO2排污收费标准和开展排污权交易试点等措施。

（2）进一步加大产业结构调整力度。如提高建设项目环境准入门槛，加强区域产业规划环评工作，加快淘汰落后产能等。

（3）加强工业大气污染综合防治工作。如多污染物协同防控，定期发布重点排污企业的污染物排放情况，优化产业规划和布局等。

（4）加强市区交通污染的防治。如实施清洁汽车行动，完善和优化机动车排污环境监管体系，车用燃油清洁化等。这方面各政府职能部门，包括环保、发改、经信、交通、安全、卫生等应相互协调，通力协作。

（5）加强交通干道的绿化，选用合理常绿的乔灌植物配置以及绿化带宽度，以提高植物对污染物的净化效果。

4 结论与讨论

（1）2009～2012年郑州市空气质量等级均以Ⅱ级良为主。Ⅱ级以上天数分别占全年的88.2%、87.1%、86.8%和87.2%。首要污染物以可吸入颗粒物PM10为主，其颗粒物主要来源于自然风沙扬尘、建筑工地、机动车尾气和煤烟尘等[9-12]。

（2）受气象因素影响，3种污染物浓度具有明显的季节变化特征。冬季浓度较高，早春和晚秋次之，夏季最低。因此7～9月空气质量最好，冬季12～1月空气质量最差。这可能是因为夏秋季节市区绿化植物叶片的滞尘效应最高[13]和绿化带植物对污染物的净化效果不同[14]，也可能是因为夏季7～9月份是雨季，对大气中污染物起到清洗作用[15-17]。而冬季温度低，大气层结稳定，不利于污染物的扩散；也有研究表明[18]：冬季持续多日平均风速小、出现逆温是郑州市出现持续污染的主要原因；冷空气过境带来的较大风速、逆温层的破坏，有利于污染物的动力扩散。另外冬春季燃煤采暖使硫化物、氮化物、粉尘排放量随之增加，特别是SO2排放，也会加重空气污染[19]。该结果与早期研究的石家庄和郑州空气质量污染物分布的结果一致[18-20]。

[1]Samet J M，Dominici F，Curriero F C，et al.Fine particulate air pollution and mortality in 20 US cities，1987-1994[J].New England Journal of Medicine，2000，343：1742-1749.

[2]Pope III C A，Burnett R T，Thun M J，et al.Lung cancer，cardiopulmonary mortality，and long-term exposure to fine particulate air pollution[J].The Journal of the American Medical Association，2002，287：1132-1141.

[3]Dominici F，Peng R D，Bell M L，et al.Fine particulate air pollution and hospital admission for cardiovascular and respiratory diseases[J].The Journal of the American Medical Association，2006，295：1127-1134.

[4]谢 鹏，刘晓云，刘兆荣，等.不同控制指标下的大气PM10浓度对人群的健康影响—以2006年珠江三角洲地区为例[J].中国环境科学，2010，30（1）：25-29.

[5]侯 青，安兴琴，王自发，等.2002-2009年兰州PM10人体健康经济损失评估[J].中国环境科学，2011，31：1398-1402.

[6]赵 勇，孙中党，王 飞，等.郑州市大气酸性物质与降水酸性的相关性分析[J].环境科学研究，2001，14：20-23.

[7]国家环保部.HJ633-2012环境空气质量指数（AQI）日报技术规定[M].北京：中国环境科学出版社，2012.

[8]高文英，杨松芹，张明星，等.2001年-2004年郑州市大气污染现状调查与分析[J].河南预防医学杂志，2006，17：203-205.

[9]裴丽娟，樊瑞强，程晓川.郑州市城区大气环境质量污染特征及其原因分析[J].科技资讯，2012，（11）：136-136.

[10]邹本东，徐子优，华 蕾，等.因子分析法解析北京市大气颗粒物 PM10的来源[J].中国环境监测，2007，23（2）：79-85.

[11]王淑兰，柴发合，张远航，等.成都市大气颗粒物污染特征及其来源分析[J].地理科学，2004，24（4）：488-492.

[12]胡 敏，唐 倩，彭剑飞，等.我国大气颗粒物来源及特征分析[J].环境与可持续发展，2011，36（5）：15-19.

[13]柴一新，祝 宁，韩焕金，等.城市绿化树种的滞尘效应—以哈尔滨市为例[J].应用生态学报，2002，13（9）：1121-1126.

[14]殷 杉，蔡静萍，陈丽萍，等.交通绿化带植物配置对空气颗粒物的净化效益[J].生态学报，2007，27（11）：4590-4595.

[15]张夏琨，王春玲，王宝鉴，等.气象条件对石家庄市空气质量的影响[J].干旱气象，2011，29（1）：42-47.

[16]董继元，王式功，尚可政.降水对中国部分城市空气质量的影响分析[J].干旱区资源与环境，2009，23：43-48.

[17]王 静，邱 粲，刘焕彬，等.山东重点城市空气质量及其与气象要素的关系[J].生态环境学报，2013，（4）：644-649.

[18]朱玉周，刘和平，郭学峰，等.郑州市空气质量状况及冬季持续污染过程的气象机理分析[J].气象与环境科学，2009，32：47-50.

[19]刘和平，代佩玲，张青珍，等.郑州市大气能见度变化特征及与空气污染的关系[J].气象与环境科学，2008，31：44-46.

[20]曲晓黎，付桂琴，贾俊妹，等.2005-2009年石家庄市空气质量分布特征及其与气象条件的关系[J].气象与环境学报，2011，27：29-32.