2013-2015年哈爾濱市空氣質量特征分析

王婷婷，任桂林,王華昕

(1.黑龍江省氣象局，黑龍江哈爾濱150001; 2.伊春市氣象局，黑龍江伊春153000)

2013-2015年哈爾濱市空氣質量特征分析

王婷婷1，任桂林1,王華昕2

(1.黑龍江省氣象局，黑龍江哈爾濱150001; 2.伊春市氣象局，黑龍江伊春153000)

本文利用2013-2015年哈爾濱市空氣質量日平均數據，研究AQI以及首要污染物的年、季變化。研究發現：3 a空氣質量均以良為主，其次是優及輕度污染，2014年空氣質量最好，2015年達標天數最少。全年首要污染物主要以顆粒物為主，但春季NO2為首要污染物出現率最高。

1 引言

隨著社會經濟發展，城市化進程不斷加快，使得空氣污染日益嚴重，大氣污染已成為人類目前面臨的重要環境問題，不僅影響著人類的健康，還制約著社會經濟的可持續發展[1]。基于此，學者們對空氣質量做了相關研究，劉淼研究發現2015年6-8月大連市夏季質量達標率為97.9%，其中優占44.6%，良占53.3%[2]；岳巖裕研究發現2013年武漢市AQI平均值為135，良和輕度污染所占比例分別為35%和30%，AQI年變化呈U型分布[3]。

2 數據與方法

本文利用哈爾濱市2013年1月18日-2015年12月31日的空氣質量指數數據，時間分別率1 d。空氣質量指數2013年數據樣本為348 d，2014年因11月21、30日數據缺失，故樣本容量為364 d，2015年數據量為363 d，4月18日、8月24日數據缺失。數據來源中華人民共和國環境保護部數據中心。

3 空氣質量天數的年、季變化

3.1 2013-2015年各級別空氣質量天數年變化

表1 2013-2015年哈爾濱市各級別空氣質量天數（單位：d）

根據環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）（HJ633-2012）[4]（以下簡稱技術規定），將空氣質量指數按0-50、50-100、101-150、151-200、201-300以及>300分為優、良、輕度污染、重度污染以及嚴重污染。將空氣質量指數按照等級劃分來研究不同級別空氣質量天數的年變化。

由表1可知，2013年，空氣質量良的天數最多（191 d），其次是輕度污染（51 d），其多于優級2 d，重度污染天數32 d，嚴重污染天數最少為10 d；2014年空氣質量良的天數最高（178 d），優級天數多于輕度污染14 d，中度污染天數超過重度污染天數10 d，嚴重污染天數最少為14 d；2015年良級天數為150 d，優級較輕度污染天數多10 d，重度污染最少為11 d。

圖1 2013-2015年各空氣質量等級天數百分比

綜上，2013-2015年哈爾濱空氣質量均以良天數最多，其次是優及輕度污染居多，嚴重污染天數最少。因每年的樣本量不同，故求得各空氣質量天數百分比用以比較每年空氣質量變化（圖1）。空氣質量優天數占比逐年增加，2013年最低為14%，2015年最高為23%；良天數呈遞減趨勢，2013年最高55%，2015年最低為41%。輕度污染均超過10%，其中2015年最高為20%，中度污染2014年最高為11%，其余均低于6%，重度污染及嚴重污染天數占比相差不大。綜上分析，2013年空氣質量優良天數占比最高（69%），而中度污染及以上占比最少（16%），是3 a中空氣質量最好的一年，2014年比2015年優良天數占比高1%，但中度污染以上占比高7%，相比較空氣質量最差。

3.2 2013-2015年各級別空氣質量天數季節變化

2013年空氣質量優的天數最多出現在夏季，超過30 d,其次是秋季，春季較少，冬季沒有出現；良的天數在春、夏、秋均占比最多，冬季則以重度污染為主；輕度污染及以上天數均在夏季最低，可見夏季是全年空氣質量最好的時節。重度及嚴重污染僅在秋、冬季節出現，嚴重污染與重度污染天數持平，均為5 d。2014年全年均有重度污染天氣出現，秋季輕度污染及以上天數有所增加，冬季良、中度污染及重度污染天數相對均衡。與前2 a不同，2015年全年均有空氣質量優級天數出現，且各季節優天數均較前2 a有所增加，夏季無中度及以上污染天氣出現(圖2)。

圖2 (a)2013年(b)2014年(c)2015年各空氣質量等級天數的季節變化

統計2013-2015年3 a各級空氣質量天數發現，空氣優級天數夏季最高、其次是秋季、春季，冬季最少僅有3 d；空氣質量良的天數由春-冬呈遞減趨勢，且在春、夏、秋季天數均多于其它空氣質量等級天數；輕度污染各季均有發生，夏季最少，秋、春次之，冬季最多，并超過空氣質量良成為該季天數最多的空氣等級。中、重度污染主要發生在冬、秋季節，在春、夏季較少發生，3 a共分別出現10、4 d。嚴重污染僅在秋、冬季出現，且秋季（21 d）高于冬季（14 d）。總體上，空氣質量夏季最好，春季次之，秋、冬季較差（圖3）。

4 首要污染物出現頻率變化

4.1 2013-2015年首要污染物出現次數年變化

AQI大于50時空氣質量分指數最大的污染物即為首要污染物。2013-2014年AQI>50的天數即空氣質量良以上的天數分別為299、305、281 d，由于存在同一天有兩種及以上污染物分指數并列最大的情況，故一天可能有兩種或以上的首要污染物存在。將污染物出現的次數記為總樣本容量，故3 a的樣本容量分別為347、316和290次。為方便比較，求得各首要污染物的出現率（圖4）。

圖3 2013-2015年各空氣質量等級天數季節變化

圖4 2013-2015年各首要污染物的出現率

3 a首要污染物均以PM2.5為主，且逐年遞增，出現率占比43-58%；其次是PM10，2013年PM10出現率較高為31%，之后逐年下降，2014、2015年相差不大，分別為20%、19%；首要污染物為SO2的出現率最少，僅為0.3-1%，尤其是2014年僅出現1次；NO2出現率（12-23%）僅次于PM10，且在2014年與PM10相當，也呈逐年遞減趨勢；2013年以O3為首要污染物出現8次，2014、2015年出現次數增幅較大，分別為27、29次，占比9-10%。

4.2 2013-2015年首要污染物出現次數季節變化

2013年以SO2為首要污染物較少，全年僅在秋季出現1次，以O3為首要污染物的也僅在夏、秋季分別出現4次，全年首要污染物主要以PM2.5、PM10、NO2為主，春季，以NO2為首要污染物出現59次，遠高于顆粒物（PM2.5、PM10共33次），夏季PM10出現次數增多，超過NO2成為當季主要的首要污染物，秋冬季以顆粒物為主，主要為PM2.5，尤其是冬季，PM2.5出現71次，PM10出現1次。2014年以SO2、O3為首要污染物次數增加，SO2在春、秋、冬季均有出現，冬季最多為7次，秋季最少為1次，O3夏季出現增至22次，并成為夏季主要的首要污染物，NO2仍是春季首要污染物，PM10僅次之，且由春—冬遞減，PM2.5秋冬季爆增，并成為主要的首要污染物。2015年SO2為首要污染物僅在冬季出現4次，O3為首要污染物出現在夏秋季，夏季最多為27次，并成為該季主要的首要污染物，NO2為首要污染物較前兩年出現次數下降，PM10、PM2.5為首要污染物在春季出現次數增加，PM10為春季主要首要污染物，PM2.5仍為秋、冬季主要的首要污染物（圖5）。

圖5 (a)2013年(b)2014年(c)2015年各年首要污染物出現次數季節變化

2013-2015年3 a首要污染物以PM2.5為主，出現率占比近50%，其次是PM10、NO2，O3、SO2出現較少，合計不足10%。春季首要污染物以NO2為主，夏季以PM10為主，秋、冬季則以PM2.5為主。PM2.5在夏季出現率最低，其次是春季，均在7%以下，秋季出現率暴增近3倍，冬季達到最大，是夏季的近5倍；PM10春季出現率最高，由春—冬逐季遞減，遞減率約為1.8%/季；SO2夏季沒有出現，春、秋季出現較少，冬季最多也僅為1%左右。NO2春季最高，春—冬呈線性逐季遞減（R2=0.9），遞減率約為2.8%/季；O3春—冬呈單峰分布，夏季出現率最高，冬季沒有出現（表2）。

表2 2013-2015年3 a各首要污染物出現率（%）

5 結論

（1）2013-2015年空氣質量優級天數逐年增加，但優良天數占比2013年最高，空氣質量最好，2014年空氣達標率（優、良）高于2015年1%，但中度以上污染占比較多。

（2）空氣優級天數夏季最高、其次是秋季、春季，冬季最少僅有3 d；空氣質量良的天數由春-冬呈遞減趨勢，總體上，空氣質量夏季最好，春季次之，秋、冬季較差。

（3）3 a首要污染物以PM2.5為主，出現率逐年增加，其次是PM10，NO2，二者出現率均逐年遞減。

（4）2013-2015年春季以NO2首要污染物出現率最高，夏季以PM10為主，秋冬季首要污染物則以PM2.5為主。

[1]王海鵬，張斌，劉祖涵，等．基于小波變換的蘭州市近十年空氣污染指數變化[J]．環境科學學報，2011，31（5）：1070-1076.

[2]劉淼，顧吉林，劉麗娟，等.基于AQI數據的大連夏季空氣質量分析[J].大氣與環境光學學報，2016，11 (2)：111-117.

[3]岳巖裕,王曉玲,張蒙晰,等.武漢市空氣質量狀況與氣象條件的關系[J].暴雨災害,2016,35(3):271-278.

[4]HJ633-2012.環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）[S].北京：環境保護部，2012.

1002－252X(2017)01－0025－03

2017－1－1

王婷婷（1985-），女，黑龍江省海林市人，中國氣象科學研究院，碩士生，工程師.