石家庄市2014—2018年空气质量状况分析

2020-03-05

环境科学导刊 2020年1期

(北京美科思远环境科技有限公司，北京 100089)

随着我国经济的快速发展和人民生活质量的提升，人民群众对于环境质量的要求日益提高，然而我国的环境质量状况却不容乐观[1]。空气污染是我国普遍面临的城市环境问题，近年来我国雾霾频发，特别是在京津冀地区尤为严重[2]。在这些城市群中，能源使用和工业活动相对集中，机动车保有量快速增长，同时向大气中排放了大量污染物[3]，这些大气污染物除了造成城市空气质量问题[4-5]，还通过大范围的物理输送和化学反应，造成区域性复合型大气污染，在整个城市群范围内影响空气质量[6]，其中石家庄市是空气污染最严重的城市之一。石家庄市是河北省省会，地处河北省中南部，环渤海湾经济区，跨太行山地和华北平原两大地貌单元，距首都北京283km，属于暖温带大陆性季风气候[7]。本文根据2014—2018年石家庄市环境空气质量监测数据，研究石家庄市环境空气质量变化趋势，为推进大气污染防治工作和加快环境空气质量改善进度提供依据。

1 数据来源及评价标准

石家庄市空气质量分析数据来源于国家空气质量自动监测点位，监测指标包括细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)、臭氧(O3)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)和二氧化硫(SO2)等六项污染物。采样方法采用环境空气自动检测系统，采集1h数据，24h连续监测。

石家庄市城区共设有7个国家空气质量监测站点，分别是22中南校区、世纪公园、人民会堂、职工医院、西北水源、西南高教和高新区，其监测结果的平均值可以代表石家庄市中心城区环境空气质量的平均水平。城市环境空气质量依据《GB3095-2012环境空气质量标准》[8]进行评价，石家庄市的空气质量平均浓度或达标天数等数据由国控站点公布的小时数据计算而得，具体计算方法参照《HJ663-2013环境空气质量评价技术规范(试行)》[9]规定的方法进行评价。

2 结果与分析

2.1 空气质量总体状况

河北省的产业结构中重工业比例较高，污染物排放量大，空气质量总体较差，大多数城市空气质量超标严重。石家庄市是河北省污染水平较高的地区，空气质量状况堪忧。2018年石家庄市空气质量优良天数为160d，优良达标率仅43.8%，重度污染及以上天数36d，在河北省中排名第一，详见图 1。

2.2 空气污染特征分析

2.2.1 空气质量超标情况

根据石家庄市监测结果，2014—2018年石家庄市各污染物年度污染指标如表 1所示，包括PM2.5、PM10、SO2、NO2年均浓度，O3日最大8h值第90百分位浓度，以及CO日均值第95百分位浓度6个指标。由表 1可知，2014—2018年PM2.5、PM10和NO2浓度总体呈下降趋势，但是仍与国家二级标准限值有较大的差距。2018年PM2.5和PM10年均浓度分别为72 μg/m3和130 μg/m3，分别超过国家二级标准105.7%和85.7%；NO2年均浓度为48 μg/m3，超过国家二级标准限值20.0%；SO2和CO浓度在2018年均已达到国家二级标准限值；2015—2018年O3浓度逐年上升，截至2018年，O3-8h_90per浓度较2015年上升了42.6%，且超过国家二级标准限值31.9%。

表1 2014—2018年石家庄市各污染物年度指标统计

(μg/m3)

2014—2018年石家庄市各污染物达标天数统计结果如图 2所示。除O3外，其余各污染物浓度的达标天数总体上呈上升趋势，其中，PM2.5和PM10浓度达标率仍然较低，是制约石家庄市空气质量达标的重要因素；SO2、NO2和CO达标率较高；而O3浓度达标率缓慢增加后又出现了回落，是未来大气污染控制工作中需要加强关注的重点。

进一步分析首要污染物分布情况，如图 3所示。从图中可以看出，石家庄市的首要污染物以PM10和PM2.5为主，O3次之。

2014—2018年，PM2.5作为首要污染物的天数先增加后减少，PM2.5作为首要污染物的天数2018年为127d，占比34.8%；PM10作为首要污染物的天数仅次于PM2.5，2014—2017年，PM10作为首要污染物的天数先减少后缓慢回升，PM10作为首要污染物的天数2018年为101d，较2017年有所下降，占比27.7%；2014—2018年，O3作为首要污染物的天数逐年上升，2014年仅为24d，占比6.6%，到2018年增加到117d，占比32.1%。首要污染物为O3的天数逐渐增加，问题逐步显现，是未来大气污染控制工作中需要加强关注的重点。

图 4为2014—2018年PM2.5、PM10、NO2和O3四种污染物的逐月超标天数。其中春季为3—5月，夏季为6—8月，秋季为9—11月，冬季为12月和次年1—2月。1—4月、10—12月轻度污染及以上天气的主要超标污染物为PM10和PM2.5， 5—8月轻度污染及以上天气的主要超标污染物为O3。为保障石家庄市的优良达标天数，1—4月、10—12月的污染防治工作应着重减少PM10和PM2.5引起的污染天气的出现，5—8月应着重减少O3引起的污染天气的出现。

2.2.2 污染物浓度时间变化特征

根据国控监测点位提供的数据， 2014—2018年石家庄市主城区6种主要污染物的年均指标监测浓度的变化趋势见图5。截至2018年底石家庄市主城区只有SO2和CO年均指标达到国家二级标准，PM2.5、PM10、NO2和O3-8h_90per还存在超标现象。除O3以外，其余污染物浓度总体呈下降趋势，但颗粒物超标仍然严重，是未来一段时间的重点管控对象，O3超标问题也需引起注意。

进一步分析了2014—2018年4种超标污染物的季节变化特征，以深入探究污染物超标的可能原因。

(1) PM2.5

PM2.5浓度的月度变化特征如图 6所示，总体而言，PM2.5浓度在秋冬季较高，夏季较低，同时2014—2018年，PM2.5浓度整体呈下降趋势，但是，2018年3—4月及11月PM2.5浓度不降反升。

(2) PM10

PM10浓度的月度变化特征如图 7所示，总体而言，PM10浓度在秋冬季高，夏季低。2014年和2017年浓度峰值出现在1月，2015年和2016年的峰值出现在12月，而2018年浓度峰值出现在11月，五年来最高值出现在2016年的12月，达到383 μg/m3。

(3) O3

O3浓度的月变化趋势与其他污染物存在显著差异，总体而言，O3浓度夏季高，冬季较低，如图 8所示。2014—2018年O3浓度超标天主要集中在5—9月，这主要是由于夏季光照条件较强，光化学反应更活跃，从而生成大量O3。

(4) NO2

与颗粒物类似，NO2浓度呈现夏季低、冬季高的变化特征，如图 9所示。2018年NO2浓度较2017年明显下降，除3月、10月和11月NO2浓度同比上升外，其余各月NO2浓度较2017年均同比下降。

2.3 气象条件分析

为分析气象条件对石家庄市空气质量变化的影响，本研究以2018年为例，比较了4种超标污染物浓度随风向和风速的变化情况，如图 10所示。

静风条件下，石家庄市的PM2.5和PM10浓度较高。石家庄市PM2.5高浓度主要是由于本地一次排放较高，除此之外，秋冬季节受不利气象条件影响时前体物扩散难，在本地产生二次转化，是PM2.5浓度较高的另一重要因素。PM10主要来自本地排放，此外，在受到西北偏西风影响时，PM10浓度出现高值，可能是受到来自内蒙方向的沙尘天气影响。

静风条件下SO2浓度较高，表明石家庄市SO2浓度变化受大气传输的影响较小，因此造成石家庄市SO2浓度高值的原因主要为本地排放。

石家庄市NO2浓度变化除本地排放影响以外，在受到西北偏西风向和东南风向影响时也会出现浓度高值。除本地工业企业排放以外，推测石家庄市城区机动车排放的污染贡献也是造成NO2浓度较高的一个重要原因。