焦作市城区冬季大气污染物浓度时空变化特征分析

2018-11-07王海邻贺玉晓刘玉飞曹雪莹

成功 2018年9期

王海邻贺玉晓刘玉飞曹雪莹

河南理工大学资源环境学院河南焦作 454000

1 引言

随着我国经济持续快速发展，人类活动对于大气影响日益显著，大气中积累的污染物超出了环境容量，自2017年3月焦作市被列入京津冀大气污染传输通道城市之一，与京津冀、长三角、珠三角相比，河南地区大气污染物时空分布特征及气象因子的影响研究明显不足，而在华北地区由于秋冬季取暖季、不利气象条件等的影响更为明显（安俊林等，2007；张凯等2006）。本文通过对2016年12月1日到2017年2月28日焦作市区四个监测站点（市环保局、市监测站、影视城、高新区政府）的大气污染监测数据的统计，分析焦作市市区大气污染物六个常规污染因子（PM2.5、PM10、NO2、SO2、O3）的时空分布特征，探讨焦作市区冬季环境空气质量的影响因素，为环境管理和规划部门科学决策提供数据支持。

2 区域概况

2.1 自然概况

焦作市位于河南省西北部，北依太行山，属温带大陆性季风气候，日照充足，冬冷夏热，春暖秋凉，四季分明，年平均气温12.8°C，7月最热，月均气温为28°C，1月最冷，月均气温为-3°C，历史极端最高 43.6°C，历史最低气温-22.4°C，年均降雨量551.6mm，雨量主要集中在7、8月，年平均风速为1.7m/s。

2.2 数据来源和观测站点

本文数据采用焦作市环境质量信息实时发布平台公布的 2016年12月1日至 2017年2月28期间市区4个环境空气质量自动监测站点的监测结果，四个监测站点分别为市环保局、市监测站、影视城、高新区政府。

3 数据统计和分析

3.1 数据统计

四个监测点位六个常规污染因子（PM2.5、PM10、NO2、SO2、O3）的月均浓度和冬季平均浓度统计结果见表1。

从表1可以看出影视城监测点位除O3外各污染因子均低于其他的观测点位监测结果，影视城位于焦作市北部，北依太行山南部，距市区、居民区聚集区较远，受到人类活动影响最小，此外，影视城位于城区西北，焦作市冬季盛行西南风，地理位置与冬季主导风向也有利于该处大气污染物的扩散。

影视城、市监测站、市环保局、高新区政府四个站点SO2日均值变化范围分别是6～75 g/m3、18～80 g/m3、13～66 g/m3、16～78 g/m3，均低于国家二级标准限值，且市监测站监测结果大于其他的监测站点，可能的原因是市监测站站点位于城区东部，受附近工业、机动车排放污染物影响较大，且该区域冬季盛行西南风，城区居民生活、冬季取暖等活动排放的SO2，对该测点的监测结果也有影响。

四个监测站点中NO2日均浓度变化范围分别是16～114 g/m3、22～134 g/m3、22～127 g/m3、18～131 g/m3，超过国家二级标准的天数分别为5、16、15、17d，超标率分别为6%、18%、17%、19%，市监测站、市环保局、高新区政府三个监测点的NO2浓度测值明显高于影视城处。

四个监测站点 O3日均值变化范围分别是6～138 g/m3、9～129 g/m3、8～120 g/m3、5～131 g/m3，影视城 O3浓度明显大于其他监测。

四个监测站点中PM2.5超过国家二级标准的天数分别是66、67、70、70天，超标率分别是73%、74%、79%、79%，且PM2.5/PM10平均值为0.688，大于0.6，说明PM10质量浓度主要集中在PM2.5以下的细小颗粒，焦作市区细粒子污染偏重，冬季焦作城区大气污染物首要因子为PM2.5，主要原因与大气污染源类型和污染物来源有关，也与焦作市所处地理位置有关。分析四个站点的PM2.5与PM10监测结果可知，二者在空气中具有相似的变化规律，各站点相关系数均高达0.98，具有连续相同的迁移转化规律。

表1 PM 2.5、PM 10、NO2、SO2、O3浓度月均值 (单位：g/m3)

注：O3为最大8小时浓度。

3.2 结果分析

风是影响污染物稀释扩散的重要因子，风向和风速均对大气污染物扩散起着重要的作用，风速是造成快速水平输送或平流输送的主要原因（李宗凯等，1985），焦作市冬季静风频率较高，大气稳定度较高，不利用大气污染物垂直方向和水平方向的扩散，工农业生产和居民生活活动排放的大气污染物容易在局部聚集，造成大气污染物浓度超标现象。针对于冬季主要污染物PM10和PM2.5污染物进行相关性分析发现焦作市冬季风速与PM10、PM2.5呈显著负相关（p＜0.01,n=90），与风速的相关系数分别为-0.29、-0.3，说明风速的增大对大气中PM10、PM2.5起了明显的稀释作用。此外，风向也是影响焦作市大气污染物浓度分布的重要原因，根据数据统计和气象记录，在焦作市几次重污染天气前均有多次或连续的偏东风，在偏东风的影响下焦作市除臭氧外其他五个污染因子均比其他风向下的污染物浓度高，偏东风气象条件下污染物浓度大于偏西风时段污染物浓度，西北风时段污染物浓度最低。

4 结论

焦作市冬季大气污染物首要污染因子为PM2.5、PM10，其他因子除SO2外均在不同程度上超标，重污染天气条件下焦作市大气污染物浓度与风速相关关系显著，且风向对于大气污染物浓度也有影响，持续的偏东风会导致焦作市大气污染物聚集形成重污染天气。由于焦作市所处地区地理位置和气象条件不利于大气污染物的迁移和扩散，建议相关管理部门加大对大气污染防治的治理和管理，根据区域地理条件，合理规划布置工业项目。