河北省PM2.5時空分布及傳輸過程分析

朱　爍　魏亞楠　許　政

（河北省環境應急與重污染天氣預警中心河北石家莊050037）

河北省PM2.5時空分布及傳輸過程分析

朱爍魏亞楠許政

（河北省環境應急與重污染天氣預警中心河北石家莊050037）

根據2013-2015年河北省PM2.5濃度監測數據研究了PM2.5時空分布特征以及污染區域傳輸情況。結果表明，河北省PM2.5濃度分布與地域及時間分布有關，并呈現整體下降趨勢。

PM2.5；時空分布；區域傳輸

1　數據來源及分析評價方法

1.1數據來源

數據來自河北省2013～2015年11個設區市空氣自動監測站點。河北省共有環境空氣質量自動監測點位207個，其中，國控點位53個，省控點位143個，質控站11個。分布在各個設區市及縣（市、區）的建成區內。

監測頻度為每日24h，每1h的平均質量濃度。經統計，2013、2014年共獲得PM2.5小時質量濃度數據約1.75萬個，各點位數據捕集率為99.5%。

1.2分析評價方法

按照環境空氣自動監測分析方法及技術要求［1-2］，我省現已在全部點位設置空氣質量連續自動監測系統。對PM2.5采用的監測方法為β射線法，分析儀器型號為“先河-XH PM 2000E”。PM2.5超標情況的評價限值依據國家《環境空氣質量標準》（GB3095-2012），以二級標準質量濃度限值判定PM2.5是否超標，即年平均值35μg/m3，24h平均值75μg/m3。

本文中分析使用的數據均基于小時濃度，根據每天24h的小時濃度算數平均值求得日均值，根據每個月內每一天的日均值的算數平均值求得月均值，根據每個季度內每月的月均值的算術平均值求得季度均值［3］。

1.3質控方法

零點/跨度檢查及校準：定期進行零點及標點檢查，提高測量的準確度，使分析儀的飄移在可接受的范圍內。在零跨度檢查的漂移超過國家相關規范要求時，應對分析儀進行零跨校準。

儀器清洗及部件檢查：定期清洗PM10及PM2.5切割器、采樣總管及采樣風機等，檢查β法顆粒物分析儀部件及濾膜，保證正常運行。

精度檢查：定期的精度檢查，可確定各個設備和監測系統監測過程的精度，該精度表示了由于設備和環境差異引起的數據可變性。

維修和故障診斷：及時發現和糾正環境空氣監測儀器的異常，減少設備停機時間和提高數據捕獲率。

2　 PM2.5時空分布特征

2.1PM2.5空間分布

根據河北省重污染天氣區域分布以及城市地理位置關系，將全省劃分為三個區域。區域一包括石家莊（含辛集）、保定（含定州）、衡水、邢臺、邯鄲市；區域二包括唐山、廊坊、滄州市；區域三包括承德、張家口、秦皇島市。

依據2013-2015年監測數據，分別對河北省PM2.5質量濃度年均值進行分析，見圖1。得出河北省PM2.5濃度變化趨勢較為統一，呈南高北低的分布格局，2014年均濃度較2013年有所下降。其中區域一最高，2014年各設區市年平均濃度均＞100μg/m3，區域三（北部）最低。區域一2013、2014年PM2.5年均濃度分別高于全省年均濃度31.5%、28.4%。區域三2013、2014年年均濃度分別低于全省年均濃度52.8%、48.4%。

圖1　2013-2015年PM2.5年平均濃度圖

這也與河北省地域跨度較大，不同地區地形地貌有明顯差異有關。位于河北省北部地區的張家口、承德和秦皇島地區大氣污染擴散條件較好，空氣質量相對較好；位于河北省東部的唐山、廊坊和滄州地區大氣污染擴散條件一般；而位于河北省太行山沿線中南部區域的石家莊、保定、邢臺、邯鄲和衡水地區，大氣污染擴散條件較差，為河北省空氣質量最差的區域。

2.2PM2.5時間分布

2.2.1PM2.5年際濃度分布

2013-2015年河北省各設區市PM2.5濃度均呈下降趨勢，2015年較2014年下降了18.9%，較2013年年均濃度下降了28.7%。河北省PM2.5大幅降低與河北省近兩年來采取的重污染天氣應急減排措施有關。

2.2.2PM2.5季節濃度分布

圖2為河北省空氣自動監測站在各個季節的PM2.5平均濃度和國家規定的標準限值，其中春季為3~5月，夏季為6~8月，秋季為9~11月，冬季為1月、2月和12月。由圖可知，春、夏、秋三個季節的PM2.5濃度比較接近，冬季則明顯高于其他三個季節，這主要是受到燃煤的影響。根據國家《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012）規定，24h平均濃度一級和二級標準分別為，35μg/m3和75μg/m3，2014年PM2.5濃度雖較2013年有一定改善，但是部分時段仍處于較高的污染水平。

圖2　2013-2015年河北省PM2.5季節平均濃度圖

2.2.3PM2.5月均濃度分布

河北省2013-2015年PM2.5濃度月均濃度變化規律為，濃度最高點在春、冬兩季，兩年的月變化規律均呈現“U”型，自4月后濃度逐漸下降，9月之后逐步升高。環境污染行為與采暖期、非采暖期的燃煤量變化以及不利天氣的頻發有關。

3　 PM2.5傳輸過程分析

根據空氣質量指數級別劃分［4］，0

3.1由北向南的傳輸過程

圖3 2014年2月18日至2月28日污染過程示意圖

圖3給出了四個城市在2014年2月18日至2月28日PM2.5小時濃度變化曲線，由此可得出，大氣污染物沿太行山前遷移擴散，北京2月20日19時首先出現高值，依此是保定、石家莊、邢臺三市PM2.5濃度陸續升高，但污染濃度較北京高，可能是污染物在傳輸過程中不斷累積，包括二次生成。2月26日15：00時北京開始降低，河北省三市陸續降低，時差約5h～7h，這是一次典型的污染物由北向南的傳輸過程。

在污染物傳輸過程中，處于下游城市的PM2.5濃度峰值存在一個延時現象，這個過程的主要影響因素是風向和風速。在污染物的傳輸過程中，外來的污染物加上本地的污染物使下風向的城市較上風向的城市嚴重。本地污染排放加重了這一過程。

3.2由南向北的傳輸過程

圖4 2013年1月12日的PM2.5濃度水平分布（左）和PM2.5濃度輸送通量

圖4為2013年1月12日的PM 2.5濃度水平分布和PM2.5濃度輸送通量。圖5為2014年12月31～2015年1月6日的京津冀各城市空氣質量等級。PM2.5高值區是沿著太行山-燕山山脈由西南向東北延伸區域，邯鄲市首先達到輕度污染，由邯鄲市經邢臺市、石家莊市、保定市沿太行山脈東側各城市污染程度均加重達到中度污染及以上；污染逐步加重，之后污染物逐步消散。

圖5　2014年12月31日～2015年1月6日的京津冀各城市空氣質量等級

4　結語

河北省PM2.5濃度變化呈南高北低的分布格局，2015年均濃度較2013、2014年有所下降。其中區域一最高，區域三（北部）最低。與河北省地域跨度較大，不同地區地形地貌有明顯差異有關。

2013-2015年河北省PM2.5濃度月均濃度變化規律為，濃度最高點在春、冬兩季，兩年的月變化規律均呈現“U”型分布，自4月后濃度逐漸下降，9月之后逐步升高。春、夏、秋三個季節的PM2.5濃度比較接近，冬季則明顯高于其他三個季節，環境污染行為與采暖期、非采暖期的燃煤量變化以及不利天氣的頻發有關。

污染物的跨界傳輸是客觀存在的，傳輸路徑主要是自北向南和自南向北兩種，在污染物的傳輸過程中，外來的污染物加上本地的污染物使下風向的城市較上風向的城市嚴重。本地污染排放加重了這一過程。

［1］國家環境保護總局.空氣和廢氣監測分析方法［M］.第四版增補版.北京：中國環境科學出版社.2003.

［2］H J653-2013，環境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續自動監測系統技術要求及檢測方法［S］.

［3］王占山，李云婷，陳添，等.2013年北京市PM2.5的時空分布.地理學報，70（7）：110-120.

［4］環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）H J633-2012［S］.

朱爍（1988—），男，本科，助理工程師，主要從事環境監測、預報預警及環境應急工作。