基于地面监测数据的2013年京津冀地区PM2.5变化

张云芝，阿拉腾图娅

（内蒙古师范大学地理科学学院，内蒙古呼和浩特 010022）

近年来，伴随中国工业经济的持续、高速发展，各地区大量化石燃料燃烧及急剧攀升的机动车尾气排放等多种要素叠加，由此造成我国大部分城市地区普遍出现了空气质量严重恶化现象[1]。如2013年1月，全国出现了4次较大范围的灰霾天气过程，有30个省（区、市）出现灰霾天气[2]。

当前，我国大气颗粒物污染特点表现为：细颗粒物污染加重，大气复合型污染特点突出[3]。其中，细颗粒物PM10（空气动力学当量直径≤10 μm）和PM2.5（空气动力学当量直径≤2.5 μm）备受群众关注。与粗颗粒物相比，PM10和PM2.5更容易吸附各种有毒有害物质，并通过人体呼吸进入肺部，进而导致呼吸系统和心脑血管疾病[2，4]。PM10和PM2.5最直观的效应为显著降低大气能见度[5]，引起灰霾天气。京津冀地区是与长三角、珠三角并立的中国经济3个增长极之一，并且由于京津冀地区特殊的政治区位特点，这一地区经济社会及环境问题具有特殊意义[6]。然而，过去十余年来，该地区环境污染物排放呈现高度集中态势[7]，无论从污染发生频率还是严重性来看，京津冀地区灰霾天气都较为突出，是我国大气污染的重灾区。对京津冀地区PM2.5分布变化进行分析有助于增强对该地区大气细颗粒污染物空间分布和动态变化的认知，为卫星遥感反演大气灰霾实验和产品生产提供地面验证资料，为当地政府大气污染治理提供决策依据。

1 数据和方法

1.1 数据来源

2013年后，在环保部统一部署下，京津冀地区共设置了81个国家级空气质量监测站点，81个站点按地区分布为：北京市12个，天津市15个，河北省53个。京津冀地区全部监测站点的空间分布情况见图1。在时间上，本研究使用了2013年3月至2014年2月恰好为一个完整性季节周期的监测数据，来表示2013年特征情况。

1.2 数据处理与分析

数据预处理：如前所述，81个站点每日有24个PM2.5监测数据，本研究时间段内所用数据为根据每天24 h浓度值的算术平均值得到日均值，根据PM2.5的每月的日均浓度的算术平均值求得月均值，同理，求得季度均值等指标数据值。

2 结果与分析

2.1 PM2.5的季节性浓度变化

图2为京津冀地区及三省市2013年在各个季节的PM2.5平均浓度，其中春季为3—5月，夏季为6—8月，秋季为9—11月，冬季为12月和第二年的1、2月。分季节来看，2013年京津冀地区冬季PM2.5平均浓度明显高于其他3个季节，达到140.26 μg/m3；2013年春季和夏季PM2.5的平均浓度水平较为接近，分别为 87.58 μg/m3和 79.64 μg/m3；秋季 PM2.5的浓度值均高于春、夏季低于冬季，且浓度值较为接近，2013年秋季PM2.5平均浓度为95.06 μg/m3。从国家24 h标准限制值看，2013年京津冀区域4个季节PM2.5的平均浓度均超过国家24 h标准二级限值（75 μg/m3）。从省市来看，北京、天津和河北省的PM2.5浓度季节性变化特征与区域整体相同，即秋冬季节高，春、夏季低的变化趋势。

2.2 PM2.5月均浓度变化规律

由图3可以看出，2013年京津冀地区PM2.5的月均浓度整体呈现一个“U”型分布，1月、2月、12月份PM2.5浓度相对最高，3月份浓度值相对较高，可能受春季较多的沙尘天气的影响。3月份以后，受春季大风、地表温度逐步升高影响，地表植被逐渐茂盛等因素影响，大气PM2.5浓度开始呈逐步下降趋势，在5—9月份，区域PM2.5处于“U”字的2个谷底。需要注意的是，在2013年的6月份，本地区出现了局部的峰值，这可能和夏季多发性雾霾天气有关[8-9]。大气PM2.5浓度在10月份迅速攀升，并长期居高不下，这与京津冀地区气候条件、采暖期到来有很大的关系。

从行政区划角度，河北省PM2.5月均浓度明显高于其他两市，京津冀整体区域及北京市、河北省2013年2月份PM2.5月均浓度达到研究期内峰值，分别为 144.00 μg/m3、139.69 μg/m3和 157.66 μg/m3，而天津市浓度为92.45 μg/m3，略微下降。

2.3 PM2.5的空间分布和变化

将京津冀地区按照行政区划及地理特性划分为4个地区，分别为：北部屏障区（张家口市、承德市）、中部核心区（北京市、廊坊市、保定市）、环渤海区（天津市、秦皇岛市、唐山市、沧州市）和冀南区（石家庄市、衡水市、邢台市、邯郸市）。将81个站点中坐落在各区的所有点的PM2.5的平均浓度作为各个区浓度值（图 4）。

分季节来看，2013年京津冀地区各区域PM2.5浓度最高均为冬季，最低的均为夏季。分地区来看，2013年，年均浓度由高到低依次均为冀南区、中部核心区、环渤海区、北部屏障区，各季节最高的均为冀南区，最低的为北部屏障区。2013年春、夏、秋、冬各季节PM2.5浓度最高地区和最低地区的差值分别为 55.45 μg/m3、53.84 μg/m3、90.77 μg/m3和 71.01 μg/m3。2013年北部屏障区、中部核心区、环渤海区和冀南区，同一地区不同季节PM2.5浓度最高季节与最低季节之间差异依次为 35.90 μg/m3、56.25 μg/m3、29.57 μg/m3和 53.07 μg/m3，浓度较高的冀南区和中部核心区季节差异也较大。

3 结论

2013年，京津冀地区PM2.5浓度由高到低的季节依次均为冬季＞秋季＞春季＞夏季，京津冀三省市浓度由高到低依次为河北＞天津＞北京，与区域产业结构偏向“三高”企业有密切关系，同时与区域地势特点和气象条件也有关系；京津冀地区PM2.5浓度随时间变化明显，不同季节波动较大。

京津冀地区大气PM2.5浓度的月均值变化大致呈U形分布。1月、2月、12月份PM2.5浓度相对最高；3月份以后，PM2.5浓度开始呈逐步下降趋势；5—9月份，区域PM2.5处于“U”字的谷底；10月份后迅速攀升，并长期居高不下。

分地区来看，2013年年均PM2.5浓度由高到低依次均为冀南区、中部核心区、环渤海区、北部屏障区。

参考文献：

［1］赵晨曦，王云琦，王玉杰，等.北京地区冬春PM2.5和PM10水平时空分布及其与气象条件的关系［J］.环境科学，2014，35（2）：418-427.

［2］孙志豪，崔燕平.PM2.5对人体健康影响研究概述［J］.环境科技，2013，26（4）：75-78.

［3］肖致美，毕晓辉，冯银厂，等.宁波市环境空气中PM10和PM2.5来源解析［J］.环境科学研究，2012，25（5）：549-55.

［4］Wang J，Hu Z，Chen Y，et al.Contamination characteristics and possible sources of PM10and PM2.5in different functional areas of Shanghai，China ［J］.Atmos pheric Environment，2013，68：221-229.

［5］宋 宇，唐孝炎，方 晨，等.北京市能见度下降与颗粒物污染的关系［J］.环境科学学报，2003，23（4）：468-471.

［6］常纪文，汤方晴.京津冀一体化发展的环境法治保障措施［J］.环境保护，2014（17）：26-29.

［7］白鹤鸣，沈润平.京津冀地区空气污染时空分布研究［M］.南京：南京信息工程大学，2013.

［8］马雁军，刘宁微，洪 也，等.2011年春季辽宁一次沙尘天气过程及其对不同粒径颗粒物和空气质量的影响［J］.环境科学学报，2012，32（5）：1160-1167.

［9］徐文帅，李云婷，孙瑞雯，等.典型沙尘回流天气过程对北京市空气质量影响的特征分析［J］.环境科学学报，2014，34（2）：297-302.