摘要：為探究嚴(yán)控措施對(duì)哈爾濱市空氣質(zhì)量的影響，本文選取哈爾濱市2019—2021年（1月21日至3月23日）的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，分析在此期間的空氣環(huán)境質(zhì)量變化特征。結(jié)果表明，嚴(yán)控期間整體空氣質(zhì)量好于嚴(yán)控前，優(yōu)良比例明顯提高；各類(lèi)大氣污染物中，除O3外，其余污染物濃度均有不同程度的下降，下降幅度表現(xiàn)為PM10＞PM2.5＞NO2＞CO＞SO2；從日變化規(guī)律上看，嚴(yán)控措施對(duì)O3峰谷類(lèi)型及變化幅度沒(méi)有顯著影響，氣態(tài)污染物SO2、NO2、CO日變化幅度減小，PM10及PM2.5日變化規(guī)律明顯改變。

關(guān)鍵詞：哈爾濱市；空氣質(zhì)量；時(shí)間序列分析

中圖分類(lèi)號(hào)：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）03-0-06

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.03.037

Abstract： In order to explore the impact of the strict control measures on the air quality of Harbin City， this paper selects the air quality data of Harbin City from 2019 to 2021 （January 21 to March 23） to analyze the change characteristics of the air environment quality during this period. The results showed that the overall air quality during the strict control period was better than that before the strict control， and the proportion of excellent and good air quality was significantly increased; among all kinds of air pollutants， except for O3， the concentrations of other pollutants had decreased to varying degrees， with the range of PM10＞PM2.5＞NO2＞CO＞SO2; from the perspective of daily change law， the strict control measures had no significant impact on O3 peak and valley type and change range， the daily change range of gaseous pollutants SO2， NO2 and CO was reduced， while the daily change law of PM10 and PM2.5 was significantly changed.

Keywords： Harbin City; air quality; time series analysis

大氣污染物的濃度變化受到諸多因素影響，尤其是政府出臺(tái)的嚴(yán)控措施[1]。有學(xué)者對(duì)嚴(yán)控期間中國(guó)不同城市的大氣環(huán)境特征進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，嚴(yán)控期間空氣質(zhì)量有所改善，主要大氣污染物濃度相比前兩年同期均有下降，工業(yè)源、移動(dòng)源、餐飲源、生活源排放幾乎觸底[2-5]。有學(xué)者分析嚴(yán)格管控下春節(jié)期間人為活動(dòng)與污染物濃度的關(guān)系，結(jié)果顯示，在研究期間NO2與可吸入顆粒物（PM10）濃度顯著降低，但SO2濃度因煙花爆竹的燃燒仍有短暫上升[6-8]。蔡曉斌等[9]則通過(guò)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)指數(shù)反映嚴(yán)控措施對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的消減作用，研究認(rèn)為，嚴(yán)控措施將春節(jié)假期所產(chǎn)生的社會(huì)活動(dòng)減弱期延長(zhǎng)2～3周。周亞端等[10]利用固定污染源排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）數(shù)據(jù)，計(jì)算嚴(yán)控期間湖北省大氣污染物排放情況，研究表明，嚴(yán)控期間重點(diǎn)行業(yè)各項(xiàng)污染物日排放量較管控前下降34.7%～43.6%。潘勇軍等[11]運(yùn)用時(shí)間序列分析法對(duì)廣州市2020年嚴(yán)控期間環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，由于嚴(yán)控措施的影響，廣州市氮氧化物（NOx）、細(xì)顆粒物（PM2.5）、PM10的濃度降低是導(dǎo)致O3濃度升高的主要原因。

有學(xué)者對(duì)近年來(lái)各種重大賽事會(huì)議期間臨時(shí)管控措施及空氣質(zhì)量進(jìn)行研究[12-14]。為保障賽事會(huì)議順利進(jìn)行，采取停工10 d、單雙號(hào)限行、部分單位放假6 d等管控措施，與2020—2021年的嚴(yán)控期間相比，后者的管控手段更嚴(yán)，管控范圍更廣，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，對(duì)嚴(yán)控期間污染物及空氣質(zhì)量的研究是現(xiàn)階段研究污染減排控制措施的重要契機(jī)[15]。定量評(píng)估嚴(yán)控期間污染源減排對(duì)空氣質(zhì)量改善的影響，檢視之前的空氣污染治理思路，可以為未來(lái)大氣污染控制政策的制定提供參考。本文以黑龍江省哈爾濱市為例，基于2019—2021年（1月21日至3月23日）六種空氣污染物逐時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析其時(shí)間變化特征，研究嚴(yán)控前后空氣質(zhì)量變化趨勢(shì)，為探尋哈爾濱市秋冬季節(jié)空氣質(zhì)量改善方法及制定大氣污染管控政策提供客觀依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

哈爾濱市地處中國(guó)東北地區(qū)，位于黑龍江省南部，是黑龍江省省會(huì)，地理位置為東經(jīng)125°42′～130°10′、北緯44°04′～46°40′，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，冬季漫長(zhǎng)寒冷，夏季短暫炎熱，年平均降水量介于400～600 mm，年平均氣溫為3.5 ℃，2020年地區(qū)生產(chǎn)總值為5 183.8億元，城鎮(zhèn)化率為55.7%。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

2020—2021年的研究時(shí)段，哈爾濱市實(shí)行嚴(yán)格精準(zhǔn)管控措施，生產(chǎn)生活活動(dòng)明顯減少?？紤]到大氣污染物擴(kuò)散有一定的滯后期[16]，選取哈爾濱市2019年、2020年、2021年1月21日至3月23日的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，將2020年及2021年簡(jiǎn)稱(chēng)為特殊年，將2019年稱(chēng)為常規(guī)年?？諝猸h(huán)境質(zhì)量指標(biāo)包括空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）、當(dāng)日污染等級(jí)，SO2、NO2、PM10、CO、PM2.5的空氣污染濃度24 h平均值和O3空氣污染物濃度8 h滑動(dòng)平均值，空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)；氣象數(shù)據(jù)源為美國(guó)國(guó)家氣候數(shù)據(jù)中心（NCDC）、真氣網(wǎng)以及天氣后報(bào)。哈爾濱市國(guó)民經(jīng)濟(jì)主要指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)自哈爾濱市人民政府網(wǎng)站。

1.3 研究方法

本文總體采用時(shí)間序列分析法研究嚴(yán)控前后哈爾濱市各項(xiàng)污染物的濃度變化，并通過(guò)Pearson相關(guān)性分析法檢驗(yàn)各項(xiàng)污染物之間的關(guān)聯(lián)。環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)可以分為兩個(gè)部分，即基本項(xiàng)目評(píng)價(jià)和其他項(xiàng)目評(píng)價(jià)[17]，根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》（HJ 633—2012），本文選取基本項(xiàng)目評(píng)價(jià)方法，即選取SO2、NO2、PM10、CO、PM2.5、O3進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)依據(jù)如表1所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 特殊年與常規(guī)年AQI情況

哈爾濱市2019年、2020年、2021年研究時(shí)段AQI均值（見(jiàn)圖1）分別為108、85和84，最大值分別為414、226、243，特殊年空氣質(zhì)量指數(shù)與常規(guī)年相比降低41%～45%。哈爾濱市2019年、2020年、2021年研究時(shí)段空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)分別為40 d、47 d、43 d，優(yōu)良比例分別為64.5%、77.0%、69.4%，2020年空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)較2019年增加7 d，2021年空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)較2019年增加3 d，嚴(yán)控時(shí)段中度污染、重度污染天數(shù)與2019年同期相比明顯減少（見(jiàn)圖2），重度污染持續(xù)時(shí)間與常規(guī)年相比明顯縮短，常規(guī)年嚴(yán)重污染天數(shù)為1 d，而特殊年未出現(xiàn)嚴(yán)重污染情況。進(jìn)一步由不同時(shí)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)主要指標(biāo)可知，2020年社會(huì)消費(fèi)品零售總額減少192.2億元，消費(fèi)市場(chǎng)的整體運(yùn)行規(guī)模受?chē)?yán)控措施影響，有所縮減；2020年工業(yè)用電量較2019年減少0.8億kW·h，說(shuō)明嚴(yán)控期間工業(yè)開(kāi)工率及生產(chǎn)規(guī)模也有所下降；2020年哈爾濱市地區(qū)生產(chǎn)總值減少97.3億元，表明社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)總體規(guī)模下降，2021年各項(xiàng)指標(biāo)有所好轉(zhuǎn)，但仍不及2019年?？梢?jiàn)，受?chē)?yán)控政策影響，工廠停工停產(chǎn)、飯店商超停業(yè)、人員活動(dòng)出行量下降，工業(yè)污染排放、汽車(chē)尾氣排放、餐館油煙排放下降，一定程度上改善了空氣環(huán)境質(zhì)量。

2.2 大氣污染物平均濃度變化趨勢(shì)分析

由圖3可知，O3平均濃度在常規(guī)年為69.9 μg/m3，約是特殊年平均濃度的4/5，常規(guī)年其余污染物濃度與特殊年相比均較高，是特殊年的0.8～1.5倍。2020年研究段PM2.5平均濃度為61.7 μg/m3，與2019年相比下降21.7%；PM10平均濃度為70.9 μg/m3，與2019年相比下降33.6%；SO2平均濃度為25.3 μg/m3，與2019年相比下降4.5%；CO平均濃度為0.8 mg/m3，與2019年相比下降21.1%；NO2平均濃度為29.4 μg/m3，與2019年相比下降26.4%；O3平均濃度為87.8 μg/m3，有上升趨勢(shì)，上升25.5%。

2021年研究段PM2.5平均濃度為60.3 μg/m3，與2019年相比下降23.5%；PM10平均濃度為78.7 μg/m3，與2019年相比下降26.3%；SO2平均濃度為26.3 μg/m3，與2019年相比下降0.7%；CO平均濃度為0.9 mg/m3，與2019年相比下降9.6%；NO2平均濃度為34.6 μg/m3，與2019年相比下降13.4%；O3平均濃度為90.9 μg/m3，同比上升29.8%。

2020年與2021年研究時(shí)段，污染物濃度下降幅度最高的為PM10，PM2.5次之。PM10與PM2.5受揚(yáng)塵源、燃燒源等的綜合影響以及SO2、NO2等其他污染物經(jīng)復(fù)雜反應(yīng)生成的二次源影響[18-19]，所以這兩種污染物對(duì)管控措施的敏感程度較高，與其他污染物相比，特殊年P(guān)M10與PM2.5下降幅度最大。

經(jīng)成因分析，PM2.5分為一次產(chǎn)物和以NO2為主的其他污染物在光化學(xué)作用下形成的二次產(chǎn)物，因此用PM2.5與PM10的比值可以判斷PM2.5的生成與二次源的作用，比值越高表明受二次污染的影響越大。2019年與2020年P(guān)M2.5與PM10的比值分別為0.95和0.88，說(shuō)明嚴(yán)格管控措施對(duì)PM2.5二次源的抑制作用較為明顯。嚴(yán)控期間，工地?fù)P塵、工業(yè)企業(yè)揚(yáng)塵污染源得到一定程度的控制，導(dǎo)致空氣中顆粒物含量明顯下降，嚴(yán)控期間工業(yè)企業(yè)停工停產(chǎn)是造成PM2.5和PM10顯著降低的主要原因。

SO2濃度下降幅度最小，其主要來(lái)源于燃煤供暖、工業(yè)含硫物質(zhì)燃燒與農(nóng)村散煤燃燒。本文研究時(shí)段正值供暖期，燃煤供暖、火電廠、石油化工等保障人民基本生活的企業(yè)仍然正常運(yùn)行，因供暖產(chǎn)生的SO2總量并沒(méi)明顯下降，而停產(chǎn)的工廠企業(yè)所排放的SO2來(lái)源有限，哈爾濱市在SO2管控方面具有較大潛力，因此加強(qiáng)燃煤企業(yè)SO2排放管控，逐步實(shí)現(xiàn)脫硫煤的廣泛應(yīng)用具有廣闊前景。

CO、NO2被看作是機(jī)動(dòng)車(chē)排放的特征產(chǎn)物[20]，嚴(yán)控期間實(shí)施嚴(yán)格的交通管制措施，居民居家管控，機(jī)動(dòng)車(chē)大規(guī)模限制通行，汽車(chē)尾氣排放大幅度下降，CO與NO2濃度隨之降低。化石燃料的不完全燃燒也是導(dǎo)致CO產(chǎn)生的原因之一，未停工的燃煤企業(yè)則是嚴(yán)控期間CO排放的主要污染源，CO濃度下降幅度與NO2相比較小。

O3是NO2與揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）在光化學(xué)反應(yīng)下生成的二次產(chǎn)物，受制于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化，受?chē)?yán)控管控措施影響，人為NO2排放下降導(dǎo)致O3濃度上升[21]。嚴(yán)控期間，消毒用品的大量使用也是造成O3濃度升高的原因之一[22]。

2.3 大氣污染物日變化趨勢(shì)分析

為進(jìn)一步探究嚴(yán)格管控措施對(duì)污染物排放的影響，分析六類(lèi)大氣污染物2019年、2020年、2021年研究時(shí)段每日小時(shí)濃度均值在24 h內(nèi)的變化特征，如圖4所示。六類(lèi)大氣污染物中，除O3的小時(shí)濃度變化曲線在近三年均呈現(xiàn)單峰結(jié)構(gòu)，其余各項(xiàng)污染物的日變化均表現(xiàn)出不同程度的雙峰結(jié)構(gòu)，氣態(tài)污染物峰值變化規(guī)律受?chē)?yán)控措施影響較小，固態(tài)污染物日變化受其影響較大。

對(duì)比特殊年與常規(guī)年P(guān)M2.5及PM10濃度，常規(guī)年P(guān)M2.5及PM10濃度日變化則呈現(xiàn)雙峰單谷分布，在沒(méi)有管控手段的條件下，夜間濃度與白天相比差距較大，且高于白天，白天受早高峰影響，車(chē)流量增加，從07：00起濃度逐漸升高，至10：00達(dá)到峰值，隨后濃度逐漸下降，至17：00達(dá)到谷值，又因下班交通晚高峰的影響，17：00后濃度逐漸攀升，至次日01：00到達(dá)峰值。特殊年二者濃度日變化均呈現(xiàn)出雙峰雙谷型波動(dòng)，且兩年間日變化曲線趨勢(shì)一致，峰值均出現(xiàn)在09：00與23：00左右，具有較強(qiáng)的規(guī)律性，峰谷值差距較小，全天濃度均低于常規(guī)年。究其原因，常規(guī)年二者的日變化受人為因素影響較為明顯，如上下班高峰期的汽車(chē)尾氣排放，特殊年P(guān)M2.5及PM10濃度日變化高值與低值波動(dòng)范圍較小，因?yàn)閲?yán)格管控措施導(dǎo)污染物排放驟減，致使夜間出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象，同時(shí)污染物濃度處于較低水平。

SO2日變化在特殊年與常規(guī)年趨于一致，均呈雙峰雙谷型波動(dòng)，但是特殊年的變化幅度略小。2019年、2020年第一次濃度峰值均出現(xiàn)在09：00，2019年濃度峰值較2020年高出3.2 μg/m3，2021年第一次濃度峰值出現(xiàn)時(shí)間與前兩年相比稍有延后，且低于2019年1.9 μg/m3，2019年第二次濃度峰值出現(xiàn)在21：00，2020年與2021年較為接近，均提前到20：00。現(xiàn)有研究認(rèn)為，SO2的人為排放源主要來(lái)自燃燒源所產(chǎn)生的廢氣，研究時(shí)段正值供暖期，SO2濃度沒(méi)有因?yàn)楣芸厥侄蔚膶?shí)施而下降，甚至在12：00—17：00出現(xiàn)不降反升的現(xiàn)象。

CO日濃度變化呈單峰單谷分布，峰值出現(xiàn)在08：00，16：00濃度到達(dá)谷底，隨之反彈，三年間污染物日變化趨勢(shì)相似，但特殊年變化幅度與常規(guī)年相比較小，尤以2020年最為平緩。CO主要來(lái)自化石燃料的不完全燃燒[23]，主要表現(xiàn)為交通源以及燃燒源排放，受?chē)?yán)控措施影響，限制出行極大程度地限制交通量早晚高峰的出現(xiàn)，導(dǎo)致峰值降低，峰谷差減小。

NO2特殊年與常規(guī)年濃度24 h變化曲線趨勢(shì)相似，高值區(qū)均在01：00—09：00，低值區(qū)分布于12：00—18：00，呈單谷型分布，18：00至次日09：00小范圍浮動(dòng)且濃度較高。受交通管制的影響，移動(dòng)源排放大幅度減少，嚴(yán)控期間NO2的主要排放源是未停產(chǎn)的工業(yè)企業(yè)，特殊年日濃度變化整體低于常規(guī)年。

O3濃度在2019年、2020年、2021年的日變化趨勢(shì)相同，高值區(qū)分布在15：00—20：00，低值區(qū)分布在01：00—09：00，從10：00起濃度上升，至18：00達(dá)到峰值，19：00至翌日00：00 O3濃度逐漸減小，符合O3的典型日變化分布規(guī)律[24]，特殊年日變化趨勢(shì)并沒(méi)有明顯改變。2020年、2021年曲線擬合度較高，且每小時(shí)濃度值均高于2019年。O3作為NO2進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，其日變化情況與NO2緊密相關(guān)，進(jìn)一步應(yīng)用SPSS軟件進(jìn)行Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)可知，O3與NO2的顯著性系數(shù)為0.04，相關(guān)性系數(shù)為-0.647，二者表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)，因此在15：00 NO2濃度降低時(shí)O3濃度逐漸升高。

3 結(jié)論

受防疫政策影響，2020年及2021年的1月21日至3月23日，哈爾濱市空氣質(zhì)量整體好轉(zhuǎn)，優(yōu)良天數(shù)及優(yōu)良比例明顯增加，AQI下降20.83%～22.27%，嚴(yán)控期間社會(huì)生產(chǎn)生活產(chǎn)生重大變化，車(chē)流量減少、工廠停工、餐飲服務(wù)等行業(yè)停業(yè)均是空氣質(zhì)量改善的原因。從各項(xiàng)污染物變化來(lái)看，與嚴(yán)控前相比，SO2、NO2、PM10、CO、PM2.5濃度均有不同程度的下降，僅O3濃度上升。降幅最大的為PM10及PM2.5，降幅最小的為SO2，嚴(yán)控措施影響下移動(dòng)源、工業(yè)源排放強(qiáng)度降低，因供暖燃煤產(chǎn)生的SO2并無(wú)實(shí)質(zhì)性下降。因防控力度不同，2020年污染物下降幅度高于2021年。從污染物日變化情況來(lái)看，道路管控措施導(dǎo)致車(chē)流量早晚高峰暫時(shí)消失，顆粒物PM10及PM2.5濃度由雙峰單谷變?yōu)殡p峰雙谷型波動(dòng)。與顆粒物相比，氣態(tài)污染物SO2、NO2、CO峰谷類(lèi)型及變化程度受?chē)?yán)控措施影響較小，特殊年與常規(guī)年均呈雙峰結(jié)構(gòu)，谷值濃度相近，但特殊年峰值小于常規(guī)年。特殊年與常規(guī)年O3濃度日變化峰谷類(lèi)型及變化幅度相同，均呈現(xiàn)單峰結(jié)構(gòu)，其高值區(qū)與NO2低值區(qū)相對(duì)應(yīng)。由此可見(jiàn)，停工會(huì)導(dǎo)致大氣污染物日變化趨勢(shì)改變。

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