付博文

（吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000）

京津冀地區(qū)包括北京、天津兩個直轄市以及河北省的11 個地級行政單位（唐山市、秦皇島市、承德市、張家口市、保定市、石家莊市、邢臺市、邯鄲市、衡水市、滄州市、廊坊市），研究區(qū)概況如圖1 所示。

圖1 研究區(qū)概況

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)描述

北京市有12 個氣象站點，河北省有53 個氣象站點，天津市有15 個氣象站點，共計80 個站點。本文以精細(xì)的站點數(shù)據(jù)為主，城市數(shù)據(jù)為輔進(jìn)行研究，站點分布如圖2 所示。

圖2 研究區(qū)站點分布

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

數(shù)據(jù)來源于中國環(huán)境監(jiān)測總站（www.cnemc.cn）。 運用Excel 軟件繪制月均值曲線圖，通過污染特征圖譜計算污染物特征值并繪制污染特征雷達(dá)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 時間序列分析

對數(shù)據(jù)按月分類，通過計算取月平均值，繪制空氣質(zhì)量指數(shù)（）隨月份變化的曲線。從北京市、天津市和河北省11 個地級市的QI月均值變化來看，上半年（1-6月）曲線呈W 形，下半年（6-12月）曲線呈橫放的S 形。1月、3月、6月值較高，1月、6月前后空氣質(zhì)量波動大，而8月、9月、10月值較低，比較穩(wěn)定，一年中空氣質(zhì)量最好。

2.2 特征雷達(dá)圖分析

2.2.1 特征雷達(dá)圖的介紹

普遍認(rèn)為，北方地區(qū)冬季值高的原因為燒煤取暖。為了探究6月值偏高的原因，采用繪制特征雷達(dá)圖的方法，對污染來源進(jìn)行進(jìn)一步劃分。運用這種方法，一方面避免小的污染波動掩蓋在大的波動之下，另一方面可以通過圖標(biāo)形式形象地表現(xiàn)出污染特征。污染特征雷達(dá)圖例如圖3 所示。

圖3 污染特征雷達(dá)圖例

污染特征雷達(dá)圖大致呈五邊形或六邊形，一般為五邊形。五個角分別代表5 種污染物（PM、PM、SO、CO、NO）。雷達(dá)圖由4 條線組成，其分別是污染物特征值、污染濃度上限值（＞1）、污染濃度下限值（＜1）、標(biāo)準(zhǔn)值（=1）。通過對特征值的分析，觀察哪一種污染濃度突出或超過上限值，則該污染物在其中影響最大。

一是求歸一化污染特征成分譜，具體計算公式為：

式中：為歸一化污染特征成分譜；為某時間或者某一區(qū)域；為第幾種污染物；為原始質(zhì)量濃度。

將污染物進(jìn)行百分比化，形成新的譜圖。

二是求污染物濃度特征值，具體計算公式為：

三是求標(biāo)準(zhǔn)值、上限值、下限值，具體計算公式分別為：

特征雷達(dá)圖將污染類型劃分為6種：偏綜合型（無明顯超出上限的污染物）、偏二次型（PM偏高或超出上限）、偏機動車型（NO、CO 偏高或超出上限）、偏燃煤型（SO偏高或超出上限）、偏粗顆粒型（PM偏高或超出上限）、其他類型（結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況進(jìn)一步研究）。

本文對污染天數(shù)及污染源頭進(jìn)行統(tǒng)計分析，為避免人為誤差，除上述劃分依據(jù)外，進(jìn)一步精細(xì)劃分統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)。其標(biāo)準(zhǔn)如下：取影響天數(shù)高于其他污染物且突出影響天數(shù)占污染天數(shù)比值大于1/3 的為突出污染源。綜合污染源是指沒有超上限或特別突出的污染源，污染物濃度接近標(biāo)準(zhǔn)值，沒有在標(biāo)準(zhǔn)值與上限值間過半，彼此共同綜合影響空氣質(zhì)量。

突出污染源附加衡量標(biāo)準(zhǔn)如下：如果沒有超上限的值，那么其他值不超過標(biāo)準(zhǔn)值，有超標(biāo)準(zhǔn)值的為突出污染源。突出污染源取一項最突出結(jié)果。若超過空隙一半，則認(rèn)為接近上限值，若沒有，則判斷是否為綜合污染源。若在上限上壓線小于0.01 的范圍內(nèi)，則認(rèn)為超上限。

2.2.2 特征雷達(dá)圖結(jié)果分析

6月份中突出或不小于上限值的污染天數(shù)如表1 所示，6月份30 d 內(nèi)，京津冀地區(qū)除張家口市，空氣質(zhì)量為輕度污染及以上的天數(shù)過半甚至達(dá)2/3 之多。張家口市屬空氣質(zhì)量較好的地區(qū)，所以污染天數(shù)相對較少，但依然近半。這驗證了京津冀地區(qū)6月出現(xiàn)次高峰的情況。

表1 突出或不小于上限值的天數(shù)

北京市6月PM突出影響天數(shù)遠(yuǎn)大于其他污染源，且占污染天數(shù)的比例超過一半，所以判定北京市6月主要突出污染源為PM，屬于偏粗顆粒型污染特征。

天津市污染天數(shù)中，PM、PM、NO及綜合影響天數(shù)占比相差不大。但類型并不能劃分為偏綜合型，因為污染源復(fù)雜且多變，要進(jìn)一步根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H產(chǎn)業(yè)狀況進(jìn)行研究，將其劃分為其他型?？禃燥L(fēng)等研究發(fā)現(xiàn)，天津市空氣質(zhì)量受區(qū)域傳輸影響較大，建議加強區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控。

河北省11 座城市中，石家莊污染天數(shù)有22 d，PM與PM占比最大，為二次+粗顆粒型。張家口6月污染天數(shù)有13 d，5 d PM為主要污染源，4 d PM為主要污染源，且SO、NO、CO 以及綜合天數(shù)接近零。綜合判斷，PM和PM為主要影響源頭，其應(yīng)為二次＋粗顆粒型。張家口、唐山、廊坊均為偏二次型。承德SO為主要污染源，其為偏燃煤型。保定空氣質(zhì)量較差，污染源種類多，PM、PM、CO 和NO占比大，其為二次+粗顆粒+機動車型。秦皇島為二次+機動車型。滄州空氣質(zhì)量排名在河北省處于中游，但6月污染天數(shù)仍較高，為21 d。在這21 d 中，從5 種污染物來看，PM為主要污染源的有9 d，占比大于1/3 且接近一半。PM影響天數(shù)占比明顯最多，所以判斷滄州為偏二次型。

邢臺、衡水5 種污染物及綜合影響天數(shù)相差不大，所以同天津，污染源復(fù)雜且多變，要進(jìn)一步根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H產(chǎn)業(yè)狀況進(jìn)行研究，將其劃分為其他型。邯鄲為二次+粗顆粒型。

綜上，針對京津冀地區(qū)6月值偏高的現(xiàn)象，可以得出，不同區(qū)域分為不同類型，總體來看，13個城市中受PM影響的有8 個，可見PM為6月京津冀地區(qū)大氣污染的主要源頭，應(yīng)加強管控及防護(hù)。

3 結(jié)論

PM污染主要發(fā)生在秋冬季，但對京津冀地區(qū)來說，春夏季節(jié)依然存在PM超標(biāo)的情況。這一現(xiàn)象可能與O有關(guān)。兩者具有共同的前體物——氮氧化物（NO）和揮發(fā)性有機物（VOCs），NO和VOCs 通過光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生O，同時，VOCs 通過大氣光氧化過程、成核過程、凝結(jié)和氣粒分配過程及非均相反應(yīng)等生成二次有機氣溶膠，它是PM的重要組成部分，有助于PM的生成。但針對兩者之間明確的相關(guān)性，要結(jié)合氣象條件、社會驅(qū)動因素等進(jìn)一步探究。另外，針對6月空氣中PM、PM含量高的原因，進(jìn)一步探究發(fā)現(xiàn)，京津冀地區(qū)多年來重工業(yè)較多，結(jié)構(gòu)性污染突出，貫穿全年，顆粒物始終是京津冀地區(qū)的主要污染物。所以，應(yīng)給予顆粒物更多關(guān)注。