解 楠，茹 藝

(1.哈爾濱師范大學 地理科學學院，寒區(qū)地理環(huán)境監(jiān)測與空間信息服務黑龍江省重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150025；2.哈爾濱市道外區(qū)疾病預防控制中心，黑龍江 哈爾濱 150056)

1 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的不斷加快，區(qū)域性大氣污染問題日益突出，這不僅對人們的身體健康造成嚴重不良影響，還制約著社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[1]。盡管各部門從燃煤控制、機動車管理、工業(yè)生產(chǎn)控制等方面作出相對全面且針對性的大氣環(huán)境改善戰(zhàn)略部署，但區(qū)域性重污染天氣治理仍未找到可持續(xù)的治理模式[2]。其中PM2.5和NO2是影響城市空氣質量的主要大氣污染物，其濃度的增加不但會影響人們正常工作和生活，而且會對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成一定的危害[3,7]。

國內(nèi)外學者對PM2.5和NO2的污染特征相關研究進行了多方面的探討，并取得了大量研究成果，主要集中在研究改善原因[8]、模擬其濃度變化[9]、成因研究[10,11]、健康風險研究[12]、來源解析[13,14]、與氣象因子的關系[15,16]和影響因素分析[17～19]等方面。根據(jù)《黑龍江省生態(tài)環(huán)境狀況公報》大氣環(huán)境城市達標情況顯示，全省13個地級市及以上城市中，僅哈爾濱市環(huán)境空氣質量未達標，PM2.5年均污染濃度達到二級標準，NO2濃度達到一級標準，污染情況較為嚴重[20]。

鑒于此，本文選取哈爾濱為研究區(qū)域，采用哈爾濱市環(huán)境空氣自動監(jiān)測點位2014～2019年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對大氣環(huán)境中PM2.5和NO2的污染特征及二者的相關性進行探討。通過對市域角度污染情況進行分析，可以根據(jù)實際情況制定合理的對策，以期為未來哈爾濱市PM2.5和NO2的治理提供科學基礎。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 觀測數(shù)據(jù)來源

本文用到的年、月均數(shù)據(jù)均來源于中國空氣質量在線監(jiān)測分析平臺發(fā)布的2014～2019年哈爾濱市空氣質量歷史數(shù)據(jù)和真氣網(wǎng)(www.aqistudy.cn)。該平臺數(shù)據(jù)基于哈爾濱的12個環(huán)境空氣自動監(jiān)測站點，分別為道里建國路、平房東輕興盛鋁材廠、呼蘭師專、嶺北、宏偉路太平公園、省農(nóng)科院、松北商大、香坊紅旗大街、南崗學府路、道外承德廣場、動力和平路和阿城會寧。每月濃度數(shù)據(jù)是中國空氣質量在線監(jiān)測分析平臺網(wǎng)站根據(jù)當天環(huán)?？傉久啃r數(shù)據(jù)計算求平均的結果，存在丟失數(shù)據(jù)的情況，故用插入平均值的方法來補充缺失的數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

運用IBM SPSS Statistics 25軟件中適用于連續(xù)變量或等間距變量的Pearson相關系數(shù)[21]分析來分析哈市的PM2.5與NO2濃度的相關性。數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法按照《環(huán)境空氣質量標準》(GB3095-2012)[22]中的二類區(qū)二級濃度限值執(zhí)行。

3 結果與分析

3.1 哈爾濱PM2.5和NO2的污染時空變化特征

3.1.1 年變化特征

由圖1可知，哈爾濱PM2.5和NO2的年均濃度最高值均出現(xiàn)在2014年，分別超過國家二級標準的1.06倍和0.30倍，之后PM2.5和NO2年均濃度逐年呈下降趨勢。2018年PM2.5的年均濃度是近6年最低濃度，相比2014年降低了45.8%。2019年NO2較2014年降低了36.5%。這可能是因為《哈爾濱市打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃實施方案》的穩(wěn)步落實，使得城市可以有效應對重污染天氣，從而保持和鞏固2018年環(huán)境空氣質量改善成果，大幅減少主要大氣污染物排放總量，提高了環(huán)境空氣質量。

圖1 2014～2019年研究區(qū)PM2.5和NO2年均濃度變化

3.1.2 季節(jié)變化特征

如圖2所示，哈爾濱PM2.5的濃度值冬季最高，超過國家二級標準1.37倍。NO2的濃度值最高也出現(xiàn)在冬季，超過國家二級標準0.45倍。這是因為進入取暖期后，燃煤會釋放出更多的一次顆粒物和一些前體物，例如SO2和NOx，而且在秋季和冬季大氣層靜穩(wěn)更有利于污染物的二次轉化和累積[23]。而春夏季NO2濃度低的原因可能是OH對NO2的化學清除作用[24]。

圖2 研究區(qū)PM2.5和NO2濃度在四季典型月份的平均值統(tǒng)計

3.1.3 月變化特征

如圖3所示，哈爾濱PM2.5和NO2濃度變化趨勢類似于“U”型曲線。其中，PM2.5和NO2濃度的最低值出現(xiàn)在8月份，最高值出現(xiàn)在1月份，超過國家二級標準的1.54倍和0.53倍。這種月變化差異主要和不同季節(jié)的大氣環(huán)流形勢、主導風向、邊界層風溫濕結構，以及不同天氣條件下的擴散、傳輸和沉降等因素有關，還與人為、自然源的季節(jié)變動有關[25,26]。

圖3 2014～2019年研究區(qū)各月份PM2.5和NO2平均值變化

3.2 PM2.5與NO2濃度的相關性分析

3.2.1 PM2.5與NO2年均濃度變化的相關性

由圖4可以看出，2014～2019年2項空氣質量指標的回歸方程為y=0.52x+13.28，R2=0.376，|r|=0.613，PM2.5與NO2呈顯著正相關。污染物的來源可能會導致PM2.5與NO2同時產(chǎn)生。人類活動，尤其是煤、石油等化石燃料的燃燒，會釋放出NO2等污染物，在不利環(huán)境和氣象條件下，滯留于近地面大氣中，一次直接污染物和二次氣溶膠污染物并存，從而導致PM2.5濃度上升[27]。

圖4 研究區(qū)2014～2019年PM2.5與NO2年均濃度變化的相關性分析

3.2.2 PM2.5與NO2季節(jié)濃度變化的相關性

如表1所示，哈爾濱夏季和秋季PM2.5與NO2相關性最強，為高度正相關；春季和冬季較強，為顯著正相關。四季相對來說，冬季二者的相關性最低，夏季二者的相關性最高。

表1 2016～2019年PM2.5與NO2濃度隨季節(jié)變化的相關性分析

3.2.3 PM2.5與NO2月均濃度變化的相關性

由表2可知，哈爾濱2019年4、5、7月份PM2.5與NO2呈微弱正相關；6月份PM2.5與NO2呈低度正相關；3、8、9、10、11月份PM2.5與NO2呈顯著正相關；1、2、12月份PM2.5與NO2呈高度正相關。氮氧化物主要是燃料燃燒，汽車尾氣，工業(yè)窯爐等產(chǎn)生，顯著正相關表明哈爾濱市機動車尾氣、燃料燃燒等對PM2.5有一定的貢獻。

表2 2019年1～12月份PM2.5與NO2月均濃度相關性分析

4 結論與建議

2014年哈爾濱PM2.5和NO2的濃度最高，之后逐年呈下降趨勢。1月份PM2.5和NO2的濃度最高，8月份最低。冬季哈爾濱市PM2.5和NO2的濃度最高，夏季濃度最低。PM2.5與NO2濃度總體的相關性為顯著正相關。

如今大氣污染狀況已十分嚴重，建議及時采取有效的大氣污染防治措施：應積極推進煤炭清潔化利用和清潔能源利用，加快實施天然氣供暖和電供暖等各類分散式清潔供暖；在建成區(qū)公交、公共服務和社會領域等方面積極推動城市應用新能源車輛；在供暖期間實施錯峰起爐，可有效地減少二次顆粒物的產(chǎn)生，降低污染負荷，減少污染物累積，從而使污染水平得到顯著下降。