邯鄲市曲周縣大氣污染特征分析

＊蔡 婧

（北京中科云智慧環保科技有限公司 北京 100086）

大氣顆粒物是影響環境空氣質量的重要污染物，主要包括可吸入顆粒物（PM10）和細顆粒物（PM2.5）。研究表明[1]， PM10和PM2.5被人體吸入后，均會對人體產生危害，長期累積下不僅會對人體呼吸道構成危害，還會影響身體其他器官，因此，對大氣顆粒物的監測與防控至關重要。

近年來，我國大氣污染區域性特征明顯，以京津冀為中心的區域霧霾頻發。邯鄲市位于太行山東麓地區，是聯接京津冀、中原經濟區兩大經濟區的紐帶[2]。然而2019年168城市中，邯鄲市高居全國大氣污染最嚴重的十大城市之列，空氣質量污染程度位列前五，河北省環境監測中心發布的環境質量報告顯示，大氣顆粒物是近年來邯鄲市大氣污染的首要污染物。邯鄲市空氣質量時空差異明顯，但當前對各區縣大氣顆粒污染物缺乏系統的研究，因此關于曲周縣大氣顆粒物的研究對了解邯鄲市及京津冀區域污染狀況具有重要意義[3]。

本文以2019年曲周縣環境空氣自動監測數據為基礎，分析PM10和PM2.5在不同時空尺度的變化特征，為全面衡量邯鄲市污染狀況提供理論支持，也為京津冀地區大氣顆粒物污染成因及聯防聯控提供數據支持。

1.材料與方法

(1)研究區域

曲周縣位于河北省南部太行山東麓海河平原的黑龍港流域，東接邱縣，南鄰廣平、肥鄉，西連永年、雞澤，北依邢臺市平鄉[4]。屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明，春季風多干旱，冬季寒冷干燥，年平均氣溫13.5℃，年平均日照2557h，全年無霜期201天，年平均降雨量為556.2mm。曲周主城區的風向以南風為主，地勢由西南向東北傾斜[5]。

(2)數據收集

PM2.5及PM10小時濃度數據來自河北環境監測平臺提供的兩個省控站，分別為武裝部站點和漢光重工站點，氣象數據也來自相應時段2站點的對應數據，數據時間為2019年1月1日至2019年12月31日。

(3)數據分析

對數據進行質檢質控，收集兩站點有效數據為：武裝部站點8737條，漢光重工站點8737條。對各站點四個季節顆粒物小時濃度分別計算平均值，得到曲周春、夏、秋、冬季PM2.5和PM10的平均濃度。數據統計有效性依據《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）[6]和《環境空氣質量評價技術規范（試行）》（HJ663-2013）[7]。

2.結果與討論

(1)PM2.5與PM10質量濃度季節變化特征

受季節和氣象影響，不同月份，不同氣象條件下大氣顆粒物也存在明顯的差異，曲周縣2019年PM2.5和PM10的質量濃度月均值變化如下圖所示。

從全年來看，2019年曲周縣PM10全年濃度均大于PM2.5的濃度，并且不同季節的PM10和PM2.5均呈現明顯的季節變化；分季節來看，夏季的PM10和PM2.5濃度均為最低，冬季的PM10和PM2.5濃度均為最高。這與江瑤等[8]的研究結果相似。PM2.5四季對應的質量濃度為42μg/m3、37μg/m3、57μg/m3、 116μg/m3。PM10四季對應的質量濃度為97μg/m3、68μg/m3、 114μg/m3、177μg/m3。說明季節對PM10和PM2.5濃度的影響也較為顯著。

圖2為春、夏、秋、冬四個季節小時濃度間的的相關性圖，冬季PM2.5與PM10、CO、NO2、SO2均呈正相關，同時，PM2.5與PM10、CO小時濃度之間顯著性相關，而PM2.5與SO2小時濃度間仍顯著相關，但相關性相對較差，可能的原因是：冬季采暖期燃煤會產生大量CO、NO2和SO2，而由于冬季期間相對濕度大，幾乎每天相對濕度都在50%以上，使得NO2和SO2等一次排放的污染氣體向顆粒態二次無機鹽的轉化貢獻中，以SO2的二次轉化貢獻占主導作用[9,10]，進而導致PM2.5與SO2表現出較差的相關性。夏季PM2.5同樣與PM10、CO、NO2、SO2呈正相關，但是相關系數與冬季相比均較差，可能是由于夏季曲周縣主導風向為偏南風，漢光重工站點位于曲周縣開發區，站點南側工業企業較多，易受企業生產排放廢氣影響，但是總體排放強度較冬季有明顯降低，另一方面是由于夏季臭氧濃度較高，利于氧化NO2和SO2轉化成硫酸鹽和硝酸鹽等顆粒態二次污染物，故PM2.5與NO2、SO2相關性變差。

圖2 四季小時濃度間的統計相關系數

(2)PM2.5與PM10質量濃度月變化特征

由圖1可看出，PM2.5、PM10質量濃度呈現正相關性。PM2.5、 PM10質量濃度在1月達到最大，隨后呈現下降的趨勢；PM10在8月降為最低，濃度為58μg/m3，隨后開始呈現顯著增長的趨勢。PM2.5在5月降為最低，濃度為31μg/m3，隨后緩慢上升至7月，又開始下降，8月又一次達到波谷，濃度為32μg/m3，之后緩慢上升。總的來看，PM2.5和PM10質量濃度月變化規律相同，這說明PM2.5和PM10在污染物來源和成分上有一定的同源性[11,12]。

圖1 曲周縣PM2.5和PM10質量濃度月變化

由于1月、2月和12月這三個月份為采暖的高峰期，因此PM2.5和PM10濃度處于較高水平，1月份達到波峰，其PM2.5月均濃度為最低月份（5月）的4.1倍，PM10月均濃度為最低月份（8月）的3.4倍，整個采暖期PM2.5、PM10平均濃度分別為94μg/m3、156μg/m3，為非采暖季的平均濃度的2.2倍和1.8倍。

(3)PM2.5與PM10質量濃度日變化特征

由圖3為可以看出，1月和12月PM2.5和PM10日均濃度較高，8月PM2.5和PM10日均濃度較低，但總體日均變化也呈現較好的相關性。

圖3 PM2.5和PM10的全年日變化趨勢

(4)PM2.5與PM10質量濃度與氣象因素的相關性

利用省控點氣象監測數據與顆粒物濃度小時監測值進行相關性分析，將Spearman相關系數作為二者相關性的指標，如表1和表2。

表1 曲周縣漢光重工站點PM10、PM2.5小時濃度與氣象因素的相關系數

表2 曲周縣武裝部站點PM10、PM2.5小時濃度與氣象因素的相關系數

武裝部和漢光重工兩站點PM10與PM2.5的小時濃度值與風速、風向[13]無明顯相關性，與溫度[14]呈負相關性（p＜0.01），與相對濕度[15]正相關（p＜0.01），尤其是PM2.5受相對濕度影響較明顯，相關系數分別為0.382和0.344。

3.結論

（1）從2019年監測數據來看，曲周縣PM2.5和PM10的年均濃度分別為63μg/m3和114μg/m3，分別是國家二級標準的1.8倍和1.6倍。PM2.5、PM10日均濃度超過標準的天數分別為97天、82天，占全年的1/4。

（2）曲周縣冬季PM2.5與PM10、CO、NO2、SO2均呈正相關，PM2.5與PM10、CO小時濃度之間顯著性相關，而PM2.5與SO2小時濃度間仍顯著相關，但相關性相對較差，夏季PM2.5同樣與PM10、CO、NO2、SO2呈正相關，但是相關系數與冬季相比均較差。

（3）PM2.5和PM10質量濃度在月變化上呈現相同的規律，說明PM2.5和PM10在污染物來源上有一定的同源性。PM2.5和PM10整體呈現5-8月下降，9-12月上升的趨勢。PM2.5和PM10在采暖期時濃度高于非采暖期。日均質量濃度呈現8月日均濃度較低，1月和12月日均濃度較高的趨勢。

（4）武裝部和漢光重工兩站點PM10與PM2.5的小時濃度值與風速、風向無明顯相關性，與溫度呈負相關性（p＜0.01）， 與相對濕度正相關（p＜0.01）。