焦作市城區冬季大氣污染物濃度時空變化特征分析

王海鄰 賀玉曉 劉玉飛 曹雪瑩

河南理工大學資源環境學院 河南焦作 454000

1 引言

隨著我國經濟持續快速發展，人類活動對于大氣影響日益顯著，大氣中積累的污染物超出了環境容量，自2017年3月焦作市被列入京津冀大氣污染傳輸通道城市之一，與京津冀、長三角、珠三角相比，河南地區大氣污染物時空分布特征及氣象因子的影響研究明顯不足，而在華北地區由于秋冬季取暖季、不利氣象條件等的影響更為明顯（安俊林等，2007；張凱等2006）。本文通過對2016年12月1日到2017年2月28日焦作市區四個監測站點（市環保局、市監測站、影視城、高新區政府）的大氣污染監測數據的統計，分析焦作市市區大氣污染物六個常規污染因子（PM2.5、PM10、NO2、SO2、O3）的時空分布特征，探討焦作市區冬季環境空氣質量的影響因素，為環境管理和規劃部門科學決策提供數據支持。

2 區域概況

2.1 自然概況

焦作市位于河南省西北部，北依太行山，屬溫帶大陸性季風氣候，日照充足，冬冷夏熱，春暖秋涼，四季分明，年平均氣溫12.8°C，7月最熱，月均氣溫為28°C，1月最冷，月均氣溫為-3°C，歷史極端最高 43.6°C，歷史最低氣溫-22.4°C，年均降雨量551.6mm，雨量主要集中在7、8月，年平均風速為1.7m/s。

2.2 數據來源和觀測站點

本文數據采用焦作市環境質量信息實時發布平臺公布的 2016年12月1日至 2017年2月28期間市區4個環境空氣質量自動監測站點的監測結果，四個監測站點分別為市環保局、市監測站、影視城、高新區政府。

3 數據統計和分析

3.1 數據統計

四個監測點位六個常規污染因子（PM2.5、PM10、NO2、SO2、O3）的月均濃度和冬季平均濃度統計結果見表1。

從表1可以看出影視城監測點位除O3外各污染因子均低于其他的觀測點位監測結果，影視城位于焦作市北部，北依太行山南部，距市區、居民區聚集區較遠，受到人類活動影響最小，此外，影視城位于城區西北，焦作市冬季盛行西南風，地理位置與冬季主導風向也有利于該處大氣污染物的擴散。

影視城、市監測站、市環保局、高新區政府四個站點SO2日均值變化范圍分別是6～75 g/m3、18～80 g/m3、13～66 g/m3、16～78 g/m3，均低于國家二級標準限值，且市監測站監測結果大于其他的監測站點，可能的原因是市監測站站點位于城區東部，受附近工業、機動車排放污染物影響較大，且該區域冬季盛行西南風，城區居民生活、冬季取暖等活動排放的SO2，對該測點的監測結果也有影響。

四個監測站點中NO2日均濃度變化范圍分別是16～114 g/m3、22～134 g/m3、22～127 g/m3、18～131 g/m3，超過國家二級標準的天數分別為5、16、15、17d，超標率分別為6%、18%、17%、19%，市監測站、市環保局、高新區政府三個監測點的NO2濃度測值明顯高于影視城處。

四個監測站點 O3日均值變化范圍分別是6～138 g/m3、9～129 g/m3、8～120 g/m3、5～131 g/m3，影視城 O3濃度明顯大于其他監測。

四個監測站點中PM2.5超過國家二級標準的天數分別是66、67、70、70天，超標率分別是73%、74%、79%、79%，且PM2.5/PM10平均值為0.688，大于0.6，說明PM10質量濃度主要集中在PM2.5以下的細小顆粒，焦作市區細粒子污染偏重，冬季焦作城區大氣污染物首要因子為PM2.5，主要原因與大氣污染源類型和污染物來源有關，也與焦作市所處地理位置有關。分析四個站點的PM2.5與PM10監測結果可知，二者在空氣中具有相似的變化規律，各站點相關系數均高達0.98，具有連續相同的遷移轉化規律。

表1 PM 2.5、PM 10、NO2、SO2、O3濃度月均值 (單位：g/m3)

表1 PM 2.5、PM 10、NO2、SO2、O3濃度月均值 (單位：g/m3)

注：O3為最大8小時濃度。

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3.2 結果分析

風是影響污染物稀釋擴散的重要因子，風向和風速均對大氣污染物擴散起著重要的作用，風速是造成快速水平輸送或平流輸送的主要原因（李宗凱等，1985），焦作市冬季靜風頻率較高，大氣穩定度較高，不利用大氣污染物垂直方向和水平方向的擴散，工農業生產和居民生活活動排放的大氣污染物容易在局部聚集，造成大氣污染物濃度超標現象。針對于冬季主要污染物PM10和PM2.5污染物進行相關性分析發現焦作市冬季風速與PM10、PM2.5呈顯著負相關（p＜0.01,n=90），與風速的相關系數分別為-0.29、-0.3，說明風速的增大對大氣中PM10、PM2.5起了明顯的稀釋作用。此外，風向也是影響焦作市大氣污染物濃度分布的重要原因，根據數據統計和氣象記錄，在焦作市幾次重污染天氣前均有多次或連續的偏東風，在偏東風的影響下焦作市除臭氧外其他五個污染因子均比其他風向下的污染物濃度高，偏東風氣象條件下污染物濃度大于偏西風時段污染物濃度，西北風時段污染物濃度最低。

4 結論

焦作市冬季大氣污染物首要污染因子為PM2.5、PM10，其他因子除SO2外均在不同程度上超標，重污染天氣條件下焦作市大氣污染物濃度與風速相關關系顯著，且風向對于大氣污染物濃度也有影響，持續的偏東風會導致焦作市大氣污染物聚集形成重污染天氣。由于焦作市所處地區地理位置和氣象條件不利于大氣污染物的遷移和擴散，建議相關管理部門加大對大氣污染防治的治理和管理，根據區域地理條件，合理規劃布置工業項目。