北京地區(qū)1～3月PM2.5、PM10、NO2、SO2地面濃度分布特征分析

曹艷芳

(中國輻射防護(hù)研究院環(huán)境工程技術(shù)研究所，山西 太原　030006)

北京地區(qū)1～3月PM2.5、PM10、NO2、SO2地面濃度分布特征分析

曹艷芳

(中國輻射防護(hù)研究院環(huán)境工程技術(shù)研究所，山西 太原030006)

【摘要】本次研究選取了2015年1～3月份北京地區(qū)的PM2.5、PM10、NO2、SO2濃度的小時(shí)柵格數(shù)據(jù)，利用ENVI 4.8軟件取得各污染物柵格數(shù)據(jù)的平均值，分析各污染物的濃度分布差異，結(jié)果表明：北京地區(qū)1～3月大氣污染物濃度的空間分布具有顯著的梯度特征，污染物濃度從東-西、從南-北呈遞減趨勢，其中PM2.5、PM10的環(huán)境空氣污染程度較重，NO2、SO2的地面濃污染程度較輕，主城區(qū)的污染物濃度相對較高，郊區(qū)的相對較低。

【關(guān)鍵詞】PM2.5；PM10；NO2；SO2；分布特征

中圖分類號：X51

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：碼：A

文章編號：號：1673-288X(2015)05-0169-03

Abstract：This study selected PM2.5，PM10，SO2and NO2concentration of hours raster data from January to March of 2015 in Beijing area，using ENVI 4.8 software to obtain mean value of each pollutant raster data analysis of each pollutant concentration distribution differences，the results show that January to march in Beijing on the spatial distribution of the atmospheric pollutants concentration has significant gradient characteristics，pollutants concentration from east to west，decreasing trend from south to north，including PM2.5and PM10environmental air pollution is heavier，the ground of NO2and SO2concentration pollution to a lesser degree，the main pollutant concentration is relatively high，in the suburbs is relatively low.

Keywords：PM2.5；PM10；NO2；SO2；distribution

作者簡介：李經(jīng)路，會(huì)計(jì)學(xué)博士，碩導(dǎo)，講師，研究方向?yàn)樨?cái)務(wù)會(huì)計(jì)理論、無形資產(chǎn)會(huì)計(jì)

1引言

近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展，城市的擴(kuò)張和人口的不斷增長，機(jī)動(dòng)車保有量的快速增長，城市環(huán)境空氣質(zhì)量越來越差，使得研究大氣環(huán)境中的污染物防治措施成為一項(xiàng)重要的課題。PM2.5、PM10、NO2、SO2均為大氣環(huán)境中常見的濃度較高的污染物，對人體健康和大氣能見度都有著較大的影響。

其中PM10已成為我國各大中型城市的首要污染物，PM2.5作為PM10的一部分，其在環(huán)境空氣中濃度大，污染持續(xù)時(shí)間較長，可嚴(yán)重危害人類呼吸系統(tǒng)和心肺功能[1]，降低大氣能見度，其來源主要為采暖期燃煤鍋爐排放的煙塵、汽車尾氣、建筑施工揚(yáng)塵、交通揚(yáng)塵、氣候變化以及沙塵暴[2]。NO2為參與光化學(xué)反應(yīng)的主要前體物質(zhì)之一，其對二次顆粒物的生成起著重要的作用，其來源主要為燃料燃燒煙氣、汽車尾氣[3]。SO2會(huì)氧化而成硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠，是環(huán)境酸化的重要前驅(qū)物，二氧化硫與大氣中的煙塵有協(xié)同作用當(dāng)大氣中二氧化硫濃度為0.21ppm，煙塵濃度大于0.3mg/L，可使呼吸道疾病發(fā)病率增高，慢性病患者的病情迅速惡化，其來源主要為采暖期燃煤鍋爐排放的煙氣[3]。

由于以上大氣污染物的來源均與采暖期燃料的燃燒有關(guān)，且相關(guān)研究表明采暖期的逆溫層比非采暖期厚，不利于擴(kuò)散，重污染天氣出現(xiàn)概率較高，是一年中污染擴(kuò)散最不利的季節(jié)，這段時(shí)間的污染物濃度分布情況可代表北京地區(qū)的采暖期大氣環(huán)境污染現(xiàn)狀[7]。以往的研究主要以孤立的監(jiān)測點(diǎn)為主，無法對北京地區(qū)整體的PM2.5、PM10、NO2、SO2污染水平及與海拔相關(guān)特征進(jìn)行整體分析。賀克斌等[4]僅以清華大學(xué)環(huán)境系二樓平臺(tái)作為連續(xù)觀測點(diǎn)，代表城區(qū)顆粒物污染情況。蒲維維等[5]則分別以北京寶聯(lián)站和北京上甸子區(qū)域大氣本底站代表城區(qū)和郊區(qū)顆粒物濃度水平。 趙文慧等[6]雖然選取了多個(gè)采樣點(diǎn)對北京PM0.3、PM3.0和PM5.0的分布進(jìn)行了插值分析，但主要集中于中心城區(qū)處，實(shí)際上并未覆蓋整個(gè)北京地區(qū)，且研究對象較集中于細(xì)顆粒物。趙晨曦等[7]選取了北京地區(qū)所有監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值分析，對冬春PM2.5和PM10污染水平時(shí)空分布及其與氣象條件的關(guān)系進(jìn)行分析，但僅限于顆粒物污染水平分析并未分析NO2、SO2的污染水平。

本次以北京為例，探討2015年1～3月PM2.5、PM10、NO2、SO2在城市地面高度的濃度分布規(guī)律，為今后研究北京地區(qū)大氣環(huán)境污染物的遷徙傳輸規(guī)律提供一定依據(jù)。

2PM2.5、PM10、NO2、SO2數(shù)據(jù)來源與處理

為全面了解北京地區(qū)PM2.5、PM10、NO2、SO2四類大氣污染物的地面濃度分布情況，收集2015年1～3月覆蓋北京地區(qū)所有區(qū)縣PM2.5、PM10、NO2、SO2濃度的小時(shí)柵格數(shù)據(jù)，共7524景柵格數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)全部來源于中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站。該數(shù)據(jù)是結(jié)合北京地區(qū)30個(gè)污染物質(zhì)量濃度監(jiān)測點(diǎn)的小時(shí)濃度數(shù)據(jù)，利用普通克里格插值( Original Kriging) 法對污染物濃度進(jìn)行插值得到的。

將北京地區(qū)PM2.5、PM10、NO2、SO2小時(shí)濃度柵格數(shù)據(jù)利用ENVI 4.8軟件進(jìn)行處理，首先用bandmath進(jìn)行波段運(yùn)算求得各污染因子的24小時(shí)平均值，再對2015年1～3月的24小時(shí)平均值進(jìn)行平均，得到每個(gè)污染物1～3個(gè)月的平均值，即北京地區(qū)2015年1～3月各污染物的濃度均值分布圖。

3PM2.5、PM10、NO2、SO2的濃度分布特征

(1)PM2.5濃度的區(qū)域分布特征

從圖1可以看出，2015年1～3月份PM2.5的濃度從南部-東南-西南-中部-東北-西北區(qū)域呈遞減趨勢。《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012) 中PM2.5的24小時(shí)平均二級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值為75μg/Nm3，1～3月份24小時(shí)平均濃度達(dá)標(biāo)區(qū)域范圍占總區(qū)域的10.59%，24小時(shí)平均濃度低于90μg/Nm3的區(qū)域占總區(qū)域的46.5%，24小時(shí)平均濃度低于100μg/Nm3的區(qū)域占總區(qū)域的66.2%，24小時(shí)平均濃度低于128μg/Nm3的區(qū)域占總區(qū)域的95%，北京區(qū)域PM2.5的總體污染程度較嚴(yán)重，95%的區(qū)域PM1024小時(shí)平均濃度占標(biāo)率低于170.7%。

圖1　PM2.5濃度的區(qū)域分布

(2)PM10濃度的區(qū)域分布特征

從圖2可以看出，2015年1～3月份PM10的濃度從南部-東南-西南-中部-東北-西北區(qū)域呈遞減趨勢，特征與PM2.5的濃度分布規(guī)律相似，但濃度更高，高濃度區(qū)域范圍更廣。《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012) 中PM10的24小時(shí)平均二級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值為150μg/Nm3，1～3月份24小時(shí)平均濃度達(dá)標(biāo)區(qū)域占總區(qū)域的80.19%，24小時(shí)平均濃度低于160μg/Nm3的區(qū)域占總區(qū)域的95.89%，北京區(qū)域PM10的總體污染程度較重，24小時(shí)平均濃度達(dá)標(biāo)區(qū)域較PM2.5大，且95.89%的區(qū)域PM1024小時(shí)平均濃度占標(biāo)率低于106.7%。

圖2　PM10濃度的區(qū)域分布

(3)NO2濃度的區(qū)域分布特征

從圖3可以看出，2015年1～3月份NO2的濃度從東南-南部-西南-中部-西北-東北區(qū)域呈遞減趨勢，高濃度區(qū)域范圍廣。《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012) 中NO2的24小時(shí)平均二級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值為80μg/Nm3，1～3月份24小時(shí)平均濃度達(dá)標(biāo)區(qū)域占總區(qū)域的100%，24小時(shí)平均濃度低于70μg/Nm3的區(qū)域占總區(qū)域的99.98%，24小時(shí)平均濃度低于60 μg/Nm3的區(qū)域占總區(qū)域的79.5%，北京區(qū)域NO2的總體環(huán)境質(zhì)量較好，無超標(biāo)區(qū)域，且99.98%的區(qū)域NO224小時(shí)平均濃度占標(biāo)率低于87.5%。

圖3　NO2濃度的區(qū)域分布

(4)SO2濃度的區(qū)域分布特征

從圖4可以看出，2015年1～3月份 SO2的濃度從東南-南部-西南-中部-西北-東北區(qū)域呈遞減趨勢，高濃度區(qū)域范圍較集中。《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095 - 2012) 中SO2的24小時(shí)平均二級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值為150μg/Nm3，1～3月份24小時(shí)平均濃度達(dá)標(biāo)區(qū)域占總區(qū)域的100%，24小時(shí)平均濃度低于35μg/Nm3的區(qū)域占總區(qū)域的94.30%，24小時(shí)平均濃度低于30μg/Nm3的區(qū)域占總區(qū)域的69.83%，北京區(qū)域SO2的總體環(huán)境質(zhì)量較好，無超標(biāo)區(qū)域，且94.30%的區(qū)域SO224小時(shí)平均濃度占標(biāo)率低于23.3%。

圖4　SO2濃度的區(qū)域分布

4結(jié)論

從以上分析結(jié)果可以看出

(1)PM2.5、PM10、NO2、SO2的地面濃度變化趨勢均為從北至南，從西至東逐漸加重。PM10濃度最高，且全區(qū)域范圍內(nèi)濃度變化不大，說明其在大氣中停留時(shí)間長，輸送距離遠(yuǎn)，對環(huán)境的影響最大；PM2.5超標(biāo)程度最嚴(yán)重，全區(qū)域達(dá)標(biāo)區(qū)域范圍僅占總區(qū)域的10.59%，區(qū)域范圍內(nèi)居民長期暴露在高濃度環(huán)境空氣污染物環(huán)境中，對人體健康造成威脅；NO2、SO2的地面濃度全部未超標(biāo)，且大部分區(qū)域處于濃度較低區(qū)域，對環(huán)境的影響輕微。

(2)北京地區(qū)的污染物地面濃度空間分布具有顯著的梯度特征，污染物濃度從東-西、從南-北呈遞減趨勢，多以房山琉璃河處最高，密云水庫處最低，主城區(qū)濃度較高，郊區(qū)濃度較低，由此可見地表水體、山區(qū)的大氣自凈能力較高。

(3)北京地區(qū)大氣環(huán)境污染物的地面濃度梯度分布特征與北京的地理環(huán)境有關(guān)，北京地區(qū)西、北和東北區(qū)域?yàn)樯絽^(qū)，形成的“山彎”使得北京地區(qū)山谷風(fēng)明顯，冬季受來自西伯利亞的北風(fēng)、西北風(fēng)的影響，大氣污染物被風(fēng)帶到了南部平原地區(qū)，到達(dá)平原地區(qū)后風(fēng)力減弱，使得平原地區(qū)不利于大氣污染物的擴(kuò)散，是造成平原地區(qū)大氣污染物濃度較高的原因之一。

參考文獻(xiàn)：

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Analysis on Ground Concentration Distribution Characteristics of PM2.5，PM10，

NO2and SO2from January to March in Beijing

CAO Yanfang

(Environment Engineering Department of China Institute For Radiation Protection，Taiyuan Shanxi 030006)

《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》學(xué)術(shù)影響因子逼近2.000

位列環(huán)境保護(hù)部主管期刊第一名

在全國收錄環(huán)境科學(xué)類66種期刊中排位第六名

據(jù)知網(wǎng)2014年12月16日發(fā)布的《中國學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)(2014版)》，我刊學(xué)術(shù)影響因子顯著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大關(guān)，為1.971，名列環(huán)境保護(hù)部主管期刊第一名。在全國收錄環(huán)境科學(xué)類66種期刊中排位第6名，其中2012年位列全國第18名，2011年第29名，2010年第33名。

項(xiàng)目資助：云南省社科規(guī)劃基金(201305，zx201527，201507)；云南省教育廳基金(2014Y025)；云南大學(xué)基金(XT412003，13YNUHSS006)；國家社會(huì)科學(xué)基金(14BJL05)

引用文獻(xiàn)格式：李經(jīng)路等.云南碳排放的變動(dòng)趨勢與影響因素研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，40(5)：172-176.