哈尔滨PM2.5和NO2的污染特征及相关性分析

解 楠，茹 艺

(1.哈尔滨师范大学 地理科学学院，寒区地理环境监测与空间信息服务黑龙江省重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150025；2.哈尔滨市道外区疾病预防控制中心，黑龙江 哈尔滨 150056)

1 引言

随着经济的快速发展和城市化进程的不断加快，区域性大气污染问题日益突出，这不仅对人们的身体健康造成严重不良影响，还制约着社会经济的可持续发展[1]。尽管各部门从燃煤控制、机动车管理、工业生产控制等方面作出相对全面且针对性的大气环境改善战略部署，但区域性重污染天气治理仍未找到可持续的治理模式[2]。其中PM2.5和NO2是影响城市空气质量的主要大气污染物，其浓度的增加不但会影响人们正常工作和生活，而且会对人体健康和生态环境造成一定的危害[3,7]。

国内外学者对PM2.5和NO2的污染特征相关研究进行了多方面的探讨，并取得了大量研究成果，主要集中在研究改善原因[8]、模拟其浓度变化[9]、成因研究[10,11]、健康风险研究[12]、来源解析[13,14]、与气象因子的关系[15,16]和影响因素分析[17～19]等方面。根据《黑龙江省生态环境状况公报》大气环境城市达标情况显示，全省13个地级市及以上城市中，仅哈尔滨市环境空气质量未达标，PM2.5年均污染浓度达到二级标准，NO2浓度达到一级标准，污染情况较为严重[20]。

鉴于此，本文选取哈尔滨为研究区域，采用哈尔滨市环境空气自动监测点位2014～2019年的监测数据，对大气环境中PM2.5和NO2的污染特征及二者的相关性进行探讨。通过对市域角度污染情况进行分析，可以根据实际情况制定合理的对策，以期为未来哈尔滨市PM2.5和NO2的治理提供科学基础。

2 数据来源与研究方法

2.1 观测数据来源

本文用到的年、月均数据均来源于中国空气质量在线监测分析平台发布的2014～2019年哈尔滨市空气质量历史数据和真气网(www.aqistudy.cn)。该平台数据基于哈尔滨的12个环境空气自动监测站点，分别为道里建国路、平房东轻兴盛铝材厂、呼兰师专、岭北、宏伟路太平公园、省农科院、松北商大、香坊红旗大街、南岗学府路、道外承德广场、动力和平路和阿城会宁。每月浓度数据是中国空气质量在线监测分析平台网站根据当天环保总站每小时数据计算求平均的结果，存在丢失数据的情况，故用插入平均值的方法来补充缺失的数据。

2.2 研究方法

运用IBM SPSS Statistics 25软件中适用于连续变量或等间距变量的Pearson相关系数[21]分析来分析哈市的PM2.5与NO2浓度的相关性。数据统计方法按照《环境空气质量标准》(GB3095-2012)[22]中的二类区二级浓度限值执行。

3 结果与分析

3.1 哈尔滨PM2.5和NO2的污染时空变化特征

3.1.1 年变化特征

由图1可知，哈尔滨PM2.5和NO2的年均浓度最高值均出现在2014年，分别超过国家二级标准的1.06倍和0.30倍，之后PM2.5和NO2年均浓度逐年呈下降趋势。2018年PM2.5的年均浓度是近6年最低浓度，相比2014年降低了45.8%。2019年NO2较2014年降低了36.5%。这可能是因为《哈尔滨市打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案》的稳步落实，使得城市可以有效应对重污染天气，从而保持和巩固2018年环境空气质量改善成果，大幅减少主要大气污染物排放总量，提高了环境空气质量。

图1 2014～2019年研究区PM2.5和NO2年均浓度变化

3.1.2 季节变化特征

如图2所示，哈尔滨PM2.5的浓度值冬季最高，超过国家二级标准1.37倍。NO2的浓度值最高也出现在冬季，超过国家二级标准0.45倍。这是因为进入取暖期后，燃煤会释放出更多的一次颗粒物和一些前体物，例如SO2和NOx，而且在秋季和冬季大气层静稳更有利于污染物的二次转化和累积[23]。而春夏季NO2浓度低的原因可能是OH对NO2的化学清除作用[24]。

图2 研究区PM2.5和NO2浓度在四季典型月份的平均值统计

3.1.3 月变化特征

如图3所示，哈尔滨PM2.5和NO2浓度变化趋势类似于“U”型曲线。其中，PM2.5和NO2浓度的最低值出现在8月份，最高值出现在1月份，超过国家二级标准的1.54倍和0.53倍。这种月变化差异主要和不同季节的大气环流形势、主导风向、边界层风温湿结构，以及不同天气条件下的扩散、传输和沉降等因素有关，还与人为、自然源的季节变动有关[25,26]。

图3 2014～2019年研究区各月份PM2.5和NO2平均值变化

3.2 PM2.5与NO2浓度的相关性分析

3.2.1 PM2.5与NO2年均浓度变化的相关性

由图4可以看出，2014～2019年2项空气质量指标的回归方程为y=0.52x+13.28，R2=0.376，|r|=0.613，PM2.5与NO2呈显著正相关。污染物的来源可能会导致PM2.5与NO2同时产生。人类活动，尤其是煤、石油等化石燃料的燃烧，会释放出NO2等污染物，在不利环境和气象条件下，滞留于近地面大气中，一次直接污染物和二次气溶胶污染物并存，从而导致PM2.5浓度上升[27]。

图4 研究区2014～2019年PM2.5与NO2年均浓度变化的相关性分析

3.2.2 PM2.5与NO2季节浓度变化的相关性

如表1所示，哈尔滨夏季和秋季PM2.5与NO2相关性最强，为高度正相关；春季和冬季较强，为显著正相关。四季相对来说，冬季二者的相关性最低，夏季二者的相关性最高。

表1 2016～2019年PM2.5与NO2浓度随季节变化的相关性分析

3.2.3 PM2.5与NO2月均浓度变化的相关性

由表2可知，哈尔滨2019年4、5、7月份PM2.5与NO2呈微弱正相关；6月份PM2.5与NO2呈低度正相关；3、8、9、10、11月份PM2.5与NO2呈显著正相关；1、2、12月份PM2.5与NO2呈高度正相关。氮氧化物主要是燃料燃烧，汽车尾气，工业窑炉等产生，显著正相关表明哈尔滨市机动车尾气、燃料燃烧等对PM2.5有一定的贡献。

表2 2019年1～12月份PM2.5与NO2月均浓度相关性分析

4 结论与建议

2014年哈尔滨PM2.5和NO2的浓度最高，之后逐年呈下降趋势。1月份PM2.5和NO2的浓度最高，8月份最低。冬季哈尔滨市PM2.5和NO2的浓度最高，夏季浓度最低。PM2.5与NO2浓度总体的相关性为显著正相关。

如今大气污染状况已十分严重，建议及时采取有效的大气污染防治措施：应积极推进煤炭清洁化利用和清洁能源利用，加快实施天然气供暖和电供暖等各类分散式清洁供暖；在建成区公交、公共服务和社会领域等方面积极推动城市应用新能源车辆；在供暖期间实施错峰起炉，可有效地减少二次颗粒物的产生，降低污染负荷，减少污染物累积，从而使污染水平得到显著下降。