趙善良 侯慶澤 吳曉龍 趙坤宇 魯彥

關(guān)鍵詞：黑龍江??；PM2.5；時(shí)空分布；氣象因子

前言

大氣細(xì)顆粒物（Fine particulate matter，PM2.5）導(dǎo)致的大氣污染是中國(guó)乃至全世界最主要的環(huán)境問(wèn)題。2013年中國(guó)開(kāi)始進(jìn)行國(guó)家尺度的大氣污染治理，先后頒布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（2013-2017年）、《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》（2018-2020年）。大氣環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)逐年好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。在“十三五”期間，中國(guó)PM2.5防治取得明顯的成效。然而，全國(guó)年均人口加權(quán)PM2.5暴露濃度水平（2019年，48ug/m3）仍然超出WHO指導(dǎo)值（10ug/m3）4倍有余，99%的人口暴露在超過(guò)WHO指導(dǎo)值的大氣環(huán)境中；PM2.5污染的歸因疾病負(fù)擔(dān)影響依然存在上升風(fēng)險(xiǎn)。黑龍江作為一個(gè)中國(guó)東北方大省，幅員遼闊，工農(nóng)業(yè)發(fā)展穩(wěn)步前進(jìn)，因此工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的大氣污染問(wèn)題也十分嚴(yán)峻。此課題對(duì)黑龍江省2015年-2019年13個(gè)地級(jí)行政區(qū)域的PM2.5濃度時(shí)空分布特征展開(kāi)了研究，以期為國(guó)家全局PM2.5污染監(jiān)測(cè)以及黑龍江省開(kāi)展區(qū)域性PM2.5污染精準(zhǔn)治理提供可靠依據(jù)。

1材料與方法

1. 1研究目標(biāo)

黑龍江省13個(gè)地級(jí)城市：大慶市、大興安嶺地區(qū)、哈爾濱市、鶴崗市、黑河市、雞西市、佳木斯市、牡丹江市、七臺(tái)河市、齊齊哈爾市、雙鴨山、綏化市、伊春市。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

大氣污染物PM2.5濃度數(shù)據(jù)來(lái)源于真氣網(wǎng)（ht-tps：//www. zq12369. com/）氣象數(shù)據(jù)從網(wǎng)站rP5Weather網(wǎng)站（https：//rP5. rul）下載，該網(wǎng)站的數(shù)據(jù)來(lái)源于NOAA官方網(wǎng)站。

1.3評(píng)價(jià)方法

依據(jù)中國(guó)《國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-2012）》二級(jí)濃度限值進(jìn)行評(píng)價(jià)。季節(jié)劃分：3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季，12月、次年1月和2月為冬季。采暖期為10月15日至次年4月15日，其余月份為非采暖期。

1.4統(tǒng)計(jì)分析方法

使用SPSS29.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（X±S），中位數(shù)（M）、百分位數(shù)（P25、P75）、最大值（Max）、最小值（Min）表示；采用Spearman相關(guān)性分析相關(guān)性；檢驗(yàn)水準(zhǔn)：Q=0.05。

2結(jié)果與討論

2.1黑龍江省PM2.5濃度時(shí)空分布特征

2.1.1黑龍江省PM2.5濃度年度時(shí)空變化特征

黑龍江省PM2.5省年均濃度呈下降上升再下降的總體趨勢(shì)，在2015年和2017年超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（35ug/m3）。如圖1所示，在2015年-2019年黑龍江省13個(gè)地級(jí)市中，五年中年均濃度最高的城市均為哈爾濱市，且五年都超過(guò)了國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，最高年均濃度為2015年的69.33u9/m3，這是由于哈爾濱市作為黑龍江省省會(huì)城市，在2015年全市常住人口已超過(guò)千萬(wàn)級(jí)別，且作為中國(guó)最早一批的工業(yè)基地之一，其工業(yè)區(qū)與生活區(qū)相較其余地級(jí)市更加龐大與密集，所以工業(yè)生產(chǎn)與人為活動(dòng)導(dǎo)致PM2.5濃度相對(duì)更高。大慶市、大興安嶺地區(qū)、鶴崗市、黑河市、牡丹江市都表現(xiàn)為逐年下降，哈爾濱市、雞西市、佳木斯市、七臺(tái)河市、齊齊哈爾市、雙鴨山市、綏化市、伊春市等呈現(xiàn)先上升后下降的年均變化趨勢(shì)。所有地級(jí)市中哈爾濱市下降濃度最高，幅度最大，2019年P(guān)M2.5年均濃度比2015年下降了27.9u/m3，降幅為8.05%，這是由于《哈爾濱市打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案》的實(shí)施與穩(wěn)步落實(shí)，使得PM2.5污染得到有效改善。

2.1.2黑龍江省PM2.5濃度采暖期與非采暖期時(shí)空變化特征

黑龍江省采暖期PM2.5濃度在40～50u9/m3之間，明顯高于非采暖期，約為非采暖期的兩倍左右。如圖2所示，各地級(jí)市采暖期PM2.5濃度均值也明顯高于非采暖期。在研究期間，綏化市與伊春市PM2.5濃度呈略微上升趨勢(shì)，鶴崗市、雞西市、佳木斯市、雙鴨山市呈先上升后下降的趨勢(shì)，其余地級(jí)市呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

在采暖期，哈爾濱市濃度較高，處于60～95ug/m3范圍，大興安嶺地區(qū)、黑河市、伊春市濃度較低，處于35ug/m3以下．其余地級(jí)市處于30.64～66.71ug/m3。在非采暖期，所有地級(jí)市濃度均值都較低，總體都處于10～30ug/m3。

出現(xiàn)上述結(jié)果是由于，黑龍江省采暖期的大規(guī)模供暖導(dǎo)致PM2.5排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非采暖期，加之采暖期穩(wěn)定的天氣條件導(dǎo)致PM2.5不易擴(kuò)散；而近年來(lái)，多數(shù)地級(jí)市總體呈下降趨勢(shì)，這與政府連續(xù)頒布的《黑龍江省大氣污染防治專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)方案》及《黑龍江省大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》等方案規(guī)劃有關(guān)，其中包括但不限于推進(jìn)鍋爐改造及淘汰，嚴(yán)控燃煤污染；升級(jí)改造治理設(shè)施，嚴(yán)治工業(yè)企業(yè)污染；推行綠色交通，嚴(yán)管機(jī)動(dòng)車(chē)污染；強(qiáng)化大氣污染綜合治理，嚴(yán)防城鄉(xiāng)面源污染等措施。

2.1.3黑龍江省PM2.5濃度季度時(shí)空變化特征

黑龍江省2015年-2019年P(guān)M2.5季均濃度，冬季處于46.15～56.74ug/m3，夏季處于28.01～31.67ug/m3，五年的總季均濃度呈現(xiàn)冬季>秋季>春季>夏季；研究期間的冬季呈上升趨勢(shì)，而其余三個(gè)季節(jié)呈下降趨勢(shì)。

如圖3所示，在春季，13個(gè)地級(jí)市季均濃度最高的是哈爾濱市，范圍為37.91～48.10ug/m3，大興安嶺地區(qū)最低，范圍為11.88～23.14ug/m3，13個(gè)地級(jí)市總季均濃度范圍為17.38～44.38ug/m3。

在夏季，13個(gè)地級(jí)市季均濃度與同年春季相比下降幅度明顯，季均濃度最高為鶴崗市的14.36～47.90ug/m3，最低為大興安嶺地區(qū)的8.94～16.25u9/m3，所有地級(jí)市總季均濃度范圍為12.79～25.94ug/m3。

在秋季，13個(gè)地級(jí)市季均濃度與同年夏季相比上升趨勢(shì)明顯，季均濃度最高為哈爾濱市的23.77～75.30ug/m3，最低為黑河市的12.67～29.33ug/m3，13個(gè)地級(jí)市總季均濃度范圍為20.40～50.04ug/m3。

在冬季，13個(gè)地級(jí)市季均濃度與同年秋季相比進(jìn)一步上升，季均濃度最高為哈爾濱市的77.49～103.41ug/m3，最低為黑河市的21.76ug/m3～33.51ug/m3，13個(gè)地級(jí)市總季均濃度范圍為28.69～91.75ug/m3。

出現(xiàn)上述結(jié)果是因?yàn)槎镜暮邶埥」┡约霸谂飸魠^(qū)、城中村、城鄉(xiāng)結(jié)合部散煤使用量大，而相關(guān)散煤燃燒的污染治理措施例如改用電、新能源、潔凈煤或再生能源，推廣應(yīng)用高效節(jié)能環(huán)保型鍋爐等未大范圍落實(shí)，從而導(dǎo)致PM2.5排放量大，加上氣溫低、大氣穩(wěn)定、逆溫頻發(fā)，從而導(dǎo)致冬季PM2.5濃度最高；夏季無(wú)供暖需求以及散煤使用，加之氣象條件適于污染物的擴(kuò)散，所以濃度最低，而春秋兩季屬于夏冬兩季的過(guò)渡季節(jié)，所以濃度適中。

2.1.4黑龍江省PM2.5濃度月份變化特征

如圖4所示，2015年-2019年全省或各地級(jí)市PM2.5月均濃度總體呈不規(guī)則“U”型分布特征，1月到5月逐漸下降，5月到9月濃度變化趨于平穩(wěn)，9月以后又逐漸升高；同年月均最高值總體出現(xiàn)在1月、2月、11月和12月。

在研究期間，污染較輕的有大興安嶺地區(qū)、黑河市、雞西市、佳木斯市和伊春市，污染較為嚴(yán)重的有大慶市、鶴崗市、牡丹江市、七臺(tái)河市、齊齊哈爾市、雙鴨山市和綏化市。黑龍江省污染最為嚴(yán)重的為哈爾濱市，在研究期間每年1月、2月、11月、12月都超過(guò)75ug/m3。

2.2主要大氣污染物與氣象因子對(duì)PM2.5的影響

大氣污染物與不同氣象因子都會(huì)影響著PM2.5的濃度變化，主要大氣污染物和氣象因素與PM2.5濃度的相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表1。

2.2.1主要大氣污染物

如表1所示，黑龍江省PM10與PM2.5正相關(guān)性最強(qiáng)，這是因?yàn)槎咄葱宰顝?qiáng)；N02、CO、S02與PM2.5都正相關(guān)，這是由于它們會(huì)受大氣中的氧化物質(zhì)氧化，從而促進(jìn)二次氣溶膠的形成，導(dǎo)致PM2.5濃度上升；不同地級(jí)市03與PM2.5相關(guān)性不同，原因可能是光照輻射、經(jīng)度、離海距離、地形地貌與氣候特征等綜合作用而導(dǎo)致。

2.2.2氣溫

如表1所示，研究期間黑龍江省各地級(jí)市PM2.5濃度與氣溫都呈負(fù)相關(guān)，這是由于氣溫的升高會(huì)增強(qiáng)PM2.5的布朗運(yùn)動(dòng)，使污染物向四周或大氣高層擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致PM2.5濃度降低。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，氣溫在1-12月呈倒V型變化趨勢(shì)，而PM2.5則與之相反呈現(xiàn)正V型變化。當(dāng)5-9月氣溫較高時(shí)，PM2.5濃度也相對(duì)應(yīng)的較低。在1月和12月，氣溫達(dá)到谷值（-17.47℃和-16.46℃）時(shí)，PM2.5濃度也到達(dá)峰值（53.54ug/m3和50.04ug/m3）。

2.2.3氣壓

氣壓是代表大氣穩(wěn)定的關(guān)鍵指標(biāo)，它表示大氣的運(yùn)動(dòng)劇烈程度，如表1所示，黑龍江省13個(gè)地級(jí)市都與氣壓呈現(xiàn)正相關(guān)，這是因?yàn)楫?dāng)近地面氣壓較低時(shí)會(huì)形成上升氣流，促進(jìn)PM2.5的擴(kuò)散與降低，而當(dāng)氣壓較高時(shí)會(huì)形成下沉氣流，抑制污染物的擴(kuò)散，增加污染物的積累。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，氣壓在1月、11月和12月達(dá)到峰值（999.55hPa、999.54hPa、1000.20hPa）時(shí)，PM2.5濃度也達(dá)到峰值（53.54ug/m3、48.54ug/m3、50.04ug/m3）。而在5-9月氣壓較低時(shí)，PM2.5濃度也相對(duì)較低。

2.2.4相對(duì)濕度

如表1所示，相對(duì)濕度與PM2.5濃度整體呈現(xiàn)顯著弱相關(guān)，但進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)濕度低于80%時(shí)，隨著相對(duì)濕度的上升，PM2.5濃度也上升，而當(dāng)相對(duì)濕度大于80%時(shí)，PM2.5濃度會(huì)隨著相對(duì)濕度的上升而下降，這是由于相對(duì)濕度對(duì)PM2.5濃度的影響具有雙重影響，在相對(duì)濕度小于80%的條件下，顆粒物會(huì)吸附在水分子上出現(xiàn)吸濕下沉現(xiàn)象，導(dǎo)致污染物濃度上升，而當(dāng)相對(duì)濕度更大時(shí)則會(huì)阻礙云凝結(jié)核過(guò)程，影響大氣中顆粒物新粒子的成核和老粒子的成長(zhǎng)，導(dǎo)致PM2.5濃度降低。

2.2.5風(fēng)速

如表1所示，風(fēng)速與PM2.5濃度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，這是因?yàn)轱L(fēng)速較小時(shí)大氣較為穩(wěn)定，不利于PM2.5的擴(kuò)散，風(fēng)速較大時(shí)則相反，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，隨著風(fēng)速的遞增，PM2.5濃度逐漸下降，在風(fēng)速較?。?～2m/s）條件下，PM2.5濃度也達(dá)到峰值（46.20ug/m3），而當(dāng)風(fēng)速較大（>7～8m/s）時(shí)，PM2.5降到谷值（16.46ug/m3）。

3結(jié)論

黑龍江省2015年-2019年P(guān)M2.5年均濃度在2015年和2017年超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，省年均濃度及超標(biāo)天數(shù)整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；采暖期濃度是非采暖期的兩倍左右，采暖期超標(biāo)天數(shù)整體低于30天；PM2.5濃度呈現(xiàn)冬季最高、夏季最低，在月尺度上呈1-5月逐漸降低，5-9月無(wú)太大變化，9月以后逐漸上升；超標(biāo)天數(shù)與濃度變化基本保持一致。從空間分布特征來(lái)看，所有地級(jí)市中污染最輕的是大興安嶺地區(qū)、黑河市、伊春市，污染較為嚴(yán)重的是哈爾濱市，所有地級(jí)市PM2.5濃度在春、夏和秋季呈下降趨勢(shì)，而冬季呈上升趨勢(shì)。PM2.5濃度與PM10、N02、CO、SO2、氣壓呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，與氣溫、相對(duì)濕度和風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)相對(duì)濕度大于80%時(shí)，PM2.5濃度會(huì)出現(xiàn)降低現(xiàn)象。