2013-2015年哈尔滨首要污染物变化特征

王婷婷,邵滢宇

（1.黑龙江省气象局，黑龙江哈尔滨150001; 2.哈尔滨职业技术学院，黑龙江哈尔滨150081）

2013-2015年哈尔滨首要污染物变化特征

王婷婷1,邵滢宇2

（1.黑龙江省气象局，黑龙江哈尔滨150001; 2.哈尔滨职业技术学院，黑龙江哈尔滨150081）

1 引言

大气污染因其对社会经济发展、人们生活质量及健康等方面的严重威胁，受到了全社会的广泛关注，因此探究空气质量变化也成为了众多学者们研究的方向。对2014年3月－2015年2月锦州市空气质量研究发现，首要污染物以PM2.5为主，其次是PM10、SO2、O3。夏季O3浓度高于其它季节，春季受风沙天气影响，首要污染物为PM10和PM2.5[1]。此外，同为东北城市的哈尔滨，PM2.5在2014年供暖期占PM10的平均比重为71%，非供暖期最低为53%，各时期PM2.5的比重均较大，污染较严重[2]。本文利用2013－2015年空气质量数据，研究新标准实施以来哈尔滨首要污染物的变化情况。

22013 -2015年首要污染物出现次数年变化

AQI大于50时空气质量分指数最大的污染物即为首要污染物。2013－2014年AQI＞50的天数即空气质量良以上的天数分别为299、305、281 d，由于存在同一天有两种及以上污染物分指数并列最大的情况，故一天可能有两种或以上的首要污染物存在。将污染物出现的次数记为总样本容量，故3 a的样本容量分别为347、316和290次。为方便比较，求得各首要污染物的出现率（图1）。

图12013 -2015年各首要污染物的出现率

3 a首要污染物均以PM2.5为主，且逐年递增，出现率占比43－58%；其次是PM10，2013年PM10出现率较高为31%，之后逐年下降，2014、2015年相差不大，分别为20%、19%；首要污染物为SO2的出现率最少，仅为0.3－1%，尤其是2014年仅出现1次；NO2出现率（12－23%）仅次于PM10，且在2014年与PM10相当，也呈逐年递减趋势；2013年以O3为首要污染物出现8次，2014、2015年出现次数增幅较大，分别为27、29次，占比9－10%。

32013 -2015年首要污染物出现次数季节变化

2013年以SO2为首要污染物较少，全年仅在秋季出现1次，以O3为首要污染物的也仅在夏、秋季分别出现4次，全年首要污染物主要以PM2.5、PM10、NO2为主，春季，以NO2为首要污染物出现59次，远高于颗粒物（PM2.5、PM10共33次），夏季PM10出现次数增多，超过NO2成为当季主要的首要污染物，秋冬季以颗粒物为主，主要为PM2.5，尤其是冬季，PM2.5出现71次，PM10出现1次。2014年以SO2、O3为首要污染物次数增加，SO2在春、秋、冬季均有出现，冬季最多为7次，秋季最少为1次，O3夏季出现增至22次，并成为夏季主要的首要污染物，NO2仍是春季首要污染物，PM10仅次之，且由春—冬递减，PM2.5秋冬季爆增，并成为主要的首要污染物。2015年SO2为首要污染物仅在冬季出现4次，O3为首要污染物出现在夏秋季，夏季最多为27次，并成为该季主要的首要污染物，NO2为首要污染物较前两年出现次数下降，PM10、PM2.5为首要污染物在春季出现次数增加，PM10为春季主要首要污染物，PM2.5仍为秋、冬季主要的首要污染物（图2）。

图2 (a)2013年(b)2014年(c)2015年各年首要污染物出现次数季节变化

2013－2015年3 a首要污染物以PM2.5为主，出现率占比近50%，其次是PM10、NO2，O3、SO2出现较少，合计不足10%。春季首要污染物以NO2为主，夏季以PM10为主，秋、冬季则以PM2.5为主。PM2.5在夏季出现率最低，其次是春季，均在7%以下，秋季出现率暴增近3倍，冬季达到最大，是夏季的近5倍；PM10春季出现率最高，由春—冬逐季递减，递减率约为1.8%/季；SO2夏季没有出现，春、秋季出现较少，冬季最多也仅为1%左右。NO2春季最高，春—冬呈线性逐季递减（R2=0.9），递减率约为2.8%/季；O3春—冬呈单峰分布，夏季出现率最高，冬季没有出现（表1）。鉴于3 a首要污染物主要以PM2.5、PM10以及NO2为主，故下文主要研究这3种污染物的浓度变化。

表12013 -2015年3 a各首要污染物出现率（%）

4 污染物质量浓度变化

4.1 PM2.5质量浓度变化

4.1.1 PM2.5质量浓度年变化

PM2.5的平均质量浓度2014年最高，其次是2013年，均高于70 ug/m3，2015年降至68.47 ug/m3，按规定，PM2.5浓度35—75 ug/m3以及75—115 ug/ m3分别对应空气质量分指数为50－100（良）及100－150（轻度污染），故单由PM2.5引起的污染而言，2014年全年平均空气质量为轻度污染，2013、2015年平均空气质量为良。3 a的PM2.5质量浓度波动幅度逐年下降，幅度都很大，是平均值的1.05－1.13倍。3 a PM2.5质量浓度最大值都发生在10－11月（取暖期），尤其是2013、2014年，最大值出现在取暖期的开始（哈尔滨取暖开始日期10月20日），最大值逐年下降，降速约为79 ug/m3/a（表2）。

表22013 -2015年PM2.5质量浓度平均值及标准差（ug/m3）

4.1.2 PM2.5质量浓度月变化

对2013－2015年3 a的PM2.5的质量浓度做月平均统计（图3），从图可知，全年PM2.5质量浓度1－4月呈下降趋势，5－9月相对平缓，10月开始急剧升高。5－9月PM2.5质量浓度处于低值期，平均质量浓度均＜35 ug/m3（空气质量分指数优），其中以9月浓度值最低，为25.14 ug/m3；其次是3、4月质量浓度为35－75 ug/m3（空气质量分指数良），2月平均浓度对应空气质量分指数为轻度污染，10、11、12、1月PM2.5质量浓度较高，全月平均空气质量分指数为中度污染，空气质量较差。哈尔滨供暖期为10月－次年4月，期间PM2.5的平均质量浓度（103.18 ug/m3）是非供暖期的（33.89 ug/m3）3倍，由此引起的平均空气质量为中度污染。此外，供暖期PM2.5质量浓度波动较大，以10月居首，标准差超过了平均值。PM2.5质量浓度与排放源及消散速度（气象条件等）有关，供暖期排放量增大，基础浓度增大，当有大风及降水等气象条件时，能有效清除PM2.5，致使浓度迅速减小，故其对气象条件较敏感，浓度波动较大。

图32013 -2015年PM2.5浓度月变化（平均值和标准差）

4.2 PM 10质量浓度变化

4.2.1 PM10质量浓度年变化

PM10的平均质量浓度仍以2014年最高，2013、2015年分别较2014年降低3.2、7.9%。

3 a PM10平均空气质量分指数对应的空气质量均为良。PM10质量浓度波动幅度都比同年PM2.5的波动幅度大，但标准差与平均浓度的比值都小于PM2.5，说明PM10质量浓度的离散度较大，但其平均值的代表性优于PM2.5。由于PM10质量浓度主要是由PM2.5贡献，故3 a里每年的最大值与PM2.5的最大值都出现在同一天。虽然最大质量浓度2013－2015年间降幅较大，但浓度值仍然破表，污染严重（表3）。

表32013 -2015年PM10质量浓度平均值及标准差（ug/m3)

4.2.2 PM10质量浓度月变化

PM10年变化趋势与PM2.5相似，1－12月也呈两端高中间低的形势。与PM2.5平均浓度最低值在9月不同，PM10平均质量浓度最低值出现在8月，但最高值与PM2.5一致，均在1月。PM10月平均浓度及对应的空气质量分指数：8月最低（49.73 ug/m3、优）；2－7、9月＜150 ug/m3,分指数对应天气为良，但2－4月浓度较高，＞90 ug/m3,其中2月高达146.24 ug/ m3，接近轻度污染；10－12、1月PM10质量浓度＞150 ug/m3，尤其是11、12、1月浓度＞170 ug/m3处于轻度污染。PM10质量浓度波动幅度也在取暖期增大（10月最大），离散程度高，非取暖期波动较小，平均值的代表性较好（图4）。

图42013 -2015年PM10浓度月变化（平均值和标准差）

4.3 NO2质量浓度变化

4.3.1 NO2质量浓度年变化

与颗粒物（PM2.5、PM10）不同，NO2的质量浓度随时间呈递减趋势，递减速度约为2.16 ug/m3/a。3 a NO2平均空气质量分指数对应的空气质量均为良，且其质量浓度波动明显小于颗粒物，离散度比较小。每年NO2质量浓度最大值与最小值的差都＜180，而颗粒物的值都在600以上，也可大致看出NO2的质量浓度相比颗粒物更集中于平均值处。随着取暖期煤燃烧排放的增加，排放的NO2质量浓度也上升，故3 a的质量浓度最大值也发生在取暖期，与颗粒物一致（表4）。

表42013 -2015年NO2质量浓度平均值及标准差（ug/m3）

4.3.2 NO2质量浓度月变化

NO2质量浓度的月变化虽与颗粒物相似，但其中间波谷的宽度明显小于颗粒物。1－7月质量浓度一直下降，7－8月基本持平，浓度分别为33.78、33.19 ug/m3（最低），10月迅速上升，与颗粒物一直上升不同，在10－11月浓度出现一段时间持平，在12月浓度又开始增加。全年浓度最高的月份是1、12月（74.22、70.65 ug/m3）。NO2月平均浓度及对应的空气质量分指数：6－9月为优，10－12、1－5月为良，可见，由NO2引起的空气污染相比颗粒物要轻很多。NO2质量浓度波动虽然也是取暖期较大，但每月的标准差差异较颗粒物小很多（图5）。

图52013 -2015年NO2浓度月变化（平均值和标准差）

5 结论

（1）3 a首要污染物均以PM2.5为主，且逐年递增；其次是PM10，2013年PM10出现率较高为31%，之后逐年下降；首要污染物为SO2的出现率最少，仅为0.3－1%；NO2出现率（12－23%）仅次于PM10，且在2014年与PM10相当，也呈逐年递减趋势；2013年以O3为首要污染物出现8次，2014、2015年出现次数增幅较大，分别为27、29次。

（2）2013－2015年3 a的PM2.5的质量浓度1－4月呈下降趋势，5－9月相对平缓，10月开始急剧升高；PM10年变化趋势月也呈两端高中间低的形势，但PM10平均质量浓度最低值出现在8月，最高值在1月；NO2质量浓度的月变化，1-7月质量浓度一直下降，7-8月基本持平，10月迅速上升，与颗粒物一直上升不同，在10-11月浓度出现一段时间持平，在12月浓度又开始增加，其中间波谷的宽度明显小于颗粒物。

（3）2013-2015年3 a春季首要污染物以NO2为主，夏季以PM10为主，秋、冬季则以PM2.5为主。PM2.5在夏季出现率最低，其次是春季，秋季出现率暴增近3倍，冬季达到最大，是夏季的近5倍；PM10春季出现率最高，由春—冬逐季递减；SO2夏季没有出现，春、秋季出现较少，冬季最多也仅为1%左右。NO2春季最高，春—冬呈线性逐季递减；O3春—冬呈单峰分布，夏季出现率最高，冬季没有出现。

[1]白雪，张翠艳，纪源，等.锦州市空气质量变化特征及其与气象条件关系[J].气象与环境学报，2016，32（2）：52-58.

[2]汪永英，张雪梅，韩冬荟，等.哈尔滨供暖期间PM2.5污染状况及其与气象因子的相关性分析[J].安徽农业科学，2015，43（19）：185-189.

1002－252X（2017）02－0020－04

2017－3－1

王婷婷（1985－），女，黑龙江省海林市人，中国气象科学研究院，硕士生，工程师.