“十三五”期間呼和浩特市空氣質(zhì)量時(shí)空變化特征分析

程宇飛，任遠(yuǎn)哲，關(guān)塔拉，錫林塔娜，王子威，王薪寓，韓弘歷

（內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，內(nèi)蒙古呼和浩特010011）

呼和浩特市作為北方能源型城市代表之一，是保障京津冀及周邊區(qū)域大氣污染防治工作中的重要一環(huán)。近年來，呼和浩特市大氣污染已經(jīng)由煤煙型污染逐步向復(fù)合型污染轉(zhuǎn)變，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展及公眾健康都產(chǎn)生了負(fù)面效應(yīng)[1]。2019年，呼和浩特市行政區(qū)域土地面積1.72萬km2，城市建成區(qū)面積331.09 km2，綠化覆蓋面積12917.72hm2，常住人口313.68萬人，生產(chǎn)總值2791.5億元，居全區(qū)第二位[2]。國內(nèi)學(xué)者對(duì)呼和浩特市空氣質(zhì)量的研究工作一直在進(jìn)行，主要包括：沙塵天氣對(duì)空氣質(zhì)量的影響[3]、空氣污染物污染特征及相關(guān)性分析[4?6]、、空氣質(zhì)量狀況及氣象影響研究[7?8]、空氣污染來源分析[9?11]等。目前針對(duì)“十三五”期間呼和浩特市空氣質(zhì)量時(shí)空變化特征分析的研究較少，本次以2015?2020年呼和浩特市內(nèi)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，首次引用空間插值法分析呼和浩特市城區(qū)內(nèi)的污染物分布情況，總結(jié)規(guī)律的同時(shí)為政府和相關(guān)部門進(jìn)一步改善環(huán)境空氣質(zhì)量和精準(zhǔn)施策提供參考。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)環(huán)境廳官網(wǎng)和政府公開發(fā)布的數(shù)據(jù)資料。以呼和浩特市內(nèi)9個(gè)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位2015?2020年連續(xù)6年SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO（以下簡(jiǎn)稱6項(xiàng)空氣污染物）的日均質(zhì)量濃度為指標(biāo)，監(jiān)測(cè)過程嚴(yán)格執(zhí)行《環(huán)境空氣氣態(tài)污染物（SO2、NO2、O3、CO）連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行和質(zhì)控技術(shù)規(guī)范》[12]和《環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行和質(zhì)控技術(shù)規(guī)范》[13]等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，開展環(huán)境空氣質(zhì)量時(shí)間變化特征分析。同時(shí)以2020年6項(xiàng)空氣污染物的年均值開展環(huán)境空氣質(zhì)量空間變化特征分析。

1.2 評(píng)價(jià)方法

空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ663—2013）[14]及其修改單開展，使用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法分析環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢(shì)，Origin2018展示污染物時(shí)間變化特征，以及SuperMap iDesktop.NET 9D(2019)分析空間變化特征。其中空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)SO2、NO2、PM2.5、PM10使用日均值，O3使用日最大8小時(shí)滑動(dòng)平均值第90百分位數(shù)，CO使用日均值第95百分位數(shù)，評(píng)價(jià)時(shí)剔除沙塵天氣對(duì)空氣質(zhì)量的影響，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095—2012）二級(jí)濃度限值[15]。

2 結(jié)果與討論

2.1 統(tǒng)計(jì)特征

對(duì)2015年1月1日?2020年12月31日呼和浩特市SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3和CO的日均值濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果顯示日濃度變化范圍分別為5～208、6～96、9～430、3～362、5～216μg/m3和0.3～5.4 mg/m3。6項(xiàng)污染物平均值比中位數(shù)的倍數(shù)依次為：1.5、1.1、1.2、1.4、1.0和1.4。平均數(shù)和中位數(shù)越接近，則說明數(shù)據(jù)分布越集中，離散程度越低。

2020年全國337個(gè)地級(jí)及以上城市SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3和CO濃度分別為10μg/m3、24μg/m3、56μg/m3、33μg/m3、138μg/m3和1.3mg/m3[16]。與研究階段數(shù)據(jù)相比：SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3和CO濃度均高于全國平均水平。

2020年168個(gè)重點(diǎn)城市空氣改善幅度排名中呼和浩特市環(huán)境空氣質(zhì)量變化相對(duì)較差，位列倒5。

由表1可知，以PM2.5為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)占比最大。表2表明研究階段內(nèi)以6項(xiàng)空氣污染物作為首要污染物的輕度及以上污染天數(shù)，按等級(jí)劃分，輕度到重度污染以PM2.5為首要污染物的天數(shù)最多，分別為152、29和27天；嚴(yán)重污染以PM10為首要污染物的天數(shù)最多為11天，PM2.5次之，為3天。未出現(xiàn)以SO2和CO為首要污染物的輕度及以上污染。這說明PM2.5對(duì)當(dāng)?shù)氐奈廴矩暙I(xiàn)較大。

表1 呼和浩特市6項(xiàng)空氣污染物日均值特征 單位：CO mg/m3；占比%；其他μg/m3

表2 呼和浩特市6項(xiàng)空氣污染物作為首要污染物時(shí)輕度及以上污染天數(shù) 單位：d

2.2 月均質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)

2015年1月1日?2020年12月31日，6項(xiàng)空氣污染物的質(zhì)量濃度變化呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性特征。SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO在冬季（11月?次年1月）的月均濃度明顯高于夏季（5?7月）的，這5項(xiàng)污染物的高值明顯集中在冬季的供暖期間10月?次年4月內(nèi)。O3則正相反。O3月均濃度最高值出現(xiàn)在夏季和秋季前期5?8月份。

12個(gè)月中月均質(zhì)量濃度超過二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值的污染物個(gè)數(shù)為：PM10超標(biāo)8個(gè)月、PM2.5超標(biāo)5個(gè)月、NO2超標(biāo)4個(gè)月、O3超標(biāo)2個(gè)月，四項(xiàng)的最大超標(biāo)倍數(shù)分別為0.6、1.0、0.3和0.1倍。2015?2020年呼和浩特市6項(xiàng)空氣污染物月均質(zhì)量濃度變化詳見圖1。

圖1 呼和浩特市6項(xiàng)空氣污染物月均質(zhì)量濃度變化

從原理上看，O3和顆粒物有一定程度的同源性，具有共同的前體物為氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物；O3作為氧化劑可促進(jìn)顆粒物二次組分硫酸鹽、硝酸鹽和二次有機(jī)氣溶膠的轉(zhuǎn)化；顆粒物則會(huì)吸收太陽輻射，影響光化學(xué)反應(yīng)，損耗氮氧化物和自由基，影響O3的生成。因?yàn)閮烧呶廴炯竟?jié)發(fā)生的不同，增大了精準(zhǔn)治污的難度。詳見圖2。

圖2 大氣氧化性與O3和二次顆粒物的生成機(jī)制

2.3 年均質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)

環(huán)境質(zhì)量變化趨勢(shì)評(píng)價(jià)采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法。變化趨勢(shì)分析起止時(shí)間為2015?2020年。當(dāng)n=6時(shí)，wp=0.829。當(dāng)?0.829

2020年全國337個(gè)地級(jí)及以上城市平均優(yōu)良天數(shù)比例為87.0%。2015?2020年，呼和浩特市年度空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比例均低于全國平均水平，總體無明顯變化趨勢(shì)。

SO2和PM10年均質(zhì)量濃度總體呈下降趨勢(shì)，其他四項(xiàng)則無明顯變化趨勢(shì)。2015?2020年呼和浩特市6項(xiàng)空氣污染物年均質(zhì)量濃度變化詳見表3和圖3。

圖3 呼和浩特市6項(xiàng)空氣污染物年均質(zhì)量濃度變化

表3 呼和浩特市6項(xiàng)空氣污染物年均質(zhì)量濃度變化趨勢(shì) 濃度單位：CO mg/m3；其他μg/m3

2015?2020年，PM10濃度連續(xù)6年超過二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值；PM2.5濃度4年超過二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值；NO2濃度僅1年超過二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值；未出現(xiàn)SO2、O3和CO超過二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值。

2.4 空間分布特征

為了解呼和浩特市城區(qū)內(nèi)6項(xiàng)空氣污染物的分布情況，特選取空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位：新城區(qū)2個(gè)；回民區(qū)2個(gè)；玉泉區(qū)1個(gè)；賽罕區(qū)3個(gè)；金川開發(fā)區(qū)1個(gè)，共計(jì)9個(gè)點(diǎn)位作為研究對(duì)象。2020年是打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)、決勝全面建成小康社會(huì)和“十三五”規(guī)劃的收官之年，具有十分重要的研究意義，故選取2020年1月1日?12月31日作為6項(xiàng)空氣污染物空間分布的研究階段。

如表4所見，5個(gè)城區(qū)SO2年均質(zhì)量濃度在空間分布上，新城區(qū)高于全市平均水平，新城區(qū)最高（15μg/m3），賽罕區(qū)和金川開發(fā)區(qū)最低（12μg/m3）；NO2在空間分布上，回民區(qū)和新城區(qū)高于全市平均水平，回民區(qū)最高（37μg/m3），賽罕區(qū)最低（29μg/m3）；PM10在空間分布上，玉泉區(qū)、回去區(qū)、新城區(qū)和金川開發(fā)區(qū)高于全市平均水平，玉泉區(qū)最高（92μg/m3），賽罕區(qū)最低（70μg/m3）；PM2.5在空間分布上，玉泉區(qū)、金川開發(fā)區(qū)和回民區(qū)高于全市平均水平，玉泉區(qū)（47μg/m3），新城區(qū)最低（37μg/m3）；O3在空間分布上，新城區(qū)、玉泉區(qū)和賽罕區(qū) 高于全市平均水平，新城區(qū)最高（147μg/m3），回民區(qū)和金川開發(fā)區(qū)最低（136μg/m3）；CO在空間分布上，玉泉區(qū)、回民區(qū)和金川開發(fā)區(qū)高于全市平均水平，玉泉區(qū)最高（3.0mg/m3），賽罕區(qū)和新城區(qū)最低（2.2mg/m3）。

表4 2020年呼和浩特市城區(qū)6項(xiàng)空氣污染物年均質(zhì)量濃度 濃度單位：CO mg/m3；其他μg/m3

6項(xiàng)空氣污染物總體呈現(xiàn)出SO2年均質(zhì)量濃度北高南低；NO2、PM10、CO西高東低；PM2.5南高北低；O3東高西低的趨勢(shì)。五個(gè)城區(qū)中，6項(xiàng)空氣污染物濃度最高的個(gè)數(shù)以玉泉區(qū)居首，詳見圖4。

圖4 呼和浩特市城區(qū)6項(xiàng)空氣污染物空間濃度變化特征

3 結(jié)論

（1）2015?2020年，呼和浩特市SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3和CO等6項(xiàng)空氣污染物的日濃度變化范圍分別為5～208、6～96、9～430、3～362、5～216μg/m3和0.3～5.4 mg/m3。呼和浩特市以PM2.5為首要污染物的天數(shù)占比最多，建議實(shí)施《內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府關(guān)于印發(fā)打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案》中PM2.5污染防治行動(dòng)計(jì)劃的效果評(píng)估并精準(zhǔn)施策。

（2）從月均質(zhì)量濃度變化來看，SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO在冬季（11月?次年1月）的月均濃度明顯高于夏季（5?7月）的，O3則基本呈相反變化趨勢(shì)。近年來臭氧污染頻發(fā)，亟需先從科研基礎(chǔ)抓起，對(duì)污染嚴(yán)重的城區(qū)開展有機(jī)物的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，提出及時(shí)有效的應(yīng)對(duì)策略。

（3）從年均質(zhì)量濃度變化來看，SO2和PM10年均質(zhì)量濃度總體呈下降趨勢(shì)，其他四項(xiàng)則無明顯變化趨勢(shì)。通過分析連續(xù)六年的變化趨勢(shì)，見證了呼和浩特市大氣污染防治工作和區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控聯(lián)治取得的實(shí)效，更為持續(xù)性打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)奠定了基礎(chǔ)。

（4）從空間分布情況來看，2020年，呼和浩特市城區(qū)6項(xiàng)空氣污染物空間分布上總體呈現(xiàn)出SO2年均質(zhì)量濃度北高南低；NO2、PM10、CO西高東低；PM2.5南高北低；O3東高西低的趨勢(shì)。五個(gè)城區(qū)中，6項(xiàng)空氣污染物濃度最高的個(gè)數(shù)以玉泉區(qū)居首，需要引起足夠的重視。