哈爾濱PM2.5和NO2的污染特征及相關性分析

解 楠，茹 藝

(1.哈爾濱師范大學 地理科學學院，寒區地理環境監測與空間信息服務黑龍江省重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150025；2.哈爾濱市道外區疾病預防控制中心，黑龍江 哈爾濱 150056)

1 引言

隨著經濟的快速發展和城市化進程的不斷加快，區域性大氣污染問題日益突出，這不僅對人們的身體健康造成嚴重不良影響，還制約著社會經濟的可持續發展[1]。盡管各部門從燃煤控制、機動車管理、工業生產控制等方面作出相對全面且針對性的大氣環境改善戰略部署，但區域性重污染天氣治理仍未找到可持續的治理模式[2]。其中PM2.5和NO2是影響城市空氣質量的主要大氣污染物，其濃度的增加不但會影響人們正常工作和生活，而且會對人體健康和生態環境造成一定的危害[3,7]。

國內外學者對PM2.5和NO2的污染特征相關研究進行了多方面的探討，并取得了大量研究成果，主要集中在研究改善原因[8]、模擬其濃度變化[9]、成因研究[10,11]、健康風險研究[12]、來源解析[13,14]、與氣象因子的關系[15,16]和影響因素分析[17～19]等方面。根據《黑龍江省生態環境狀況公報》大氣環境城市達標情況顯示，全省13個地級市及以上城市中，僅哈爾濱市環境空氣質量未達標，PM2.5年均污染濃度達到二級標準，NO2濃度達到一級標準，污染情況較為嚴重[20]。

鑒于此，本文選取哈爾濱為研究區域，采用哈爾濱市環境空氣自動監測點位2014～2019年的監測數據，對大氣環境中PM2.5和NO2的污染特征及二者的相關性進行探討。通過對市域角度污染情況進行分析，可以根據實際情況制定合理的對策，以期為未來哈爾濱市PM2.5和NO2的治理提供科學基礎。

2 數據來源與研究方法

2.1 觀測數據來源

本文用到的年、月均數據均來源于中國空氣質量在線監測分析平臺發布的2014～2019年哈爾濱市空氣質量歷史數據和真氣網(www.aqistudy.cn)。該平臺數據基于哈爾濱的12個環境空氣自動監測站點，分別為道里建國路、平房東輕興盛鋁材廠、呼蘭師專、嶺北、宏偉路太平公園、省農科院、松北商大、香坊紅旗大街、南崗學府路、道外承德廣場、動力和平路和阿城會寧。每月濃度數據是中國空氣質量在線監測分析平臺網站根據當天環保總站每小時數據計算求平均的結果，存在丟失數據的情況，故用插入平均值的方法來補充缺失的數據。

2.2 研究方法

運用IBM SPSS Statistics 25軟件中適用于連續變量或等間距變量的Pearson相關系數[21]分析來分析哈市的PM2.5與NO2濃度的相關性。數據統計方法按照《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)[22]中的二類區二級濃度限值執行。

3 結果與分析

3.1 哈爾濱PM2.5和NO2的污染時空變化特征

3.1.1 年變化特征

由圖1可知，哈爾濱PM2.5和NO2的年均濃度最高值均出現在2014年，分別超過國家二級標準的1.06倍和0.30倍，之后PM2.5和NO2年均濃度逐年呈下降趨勢。2018年PM2.5的年均濃度是近6年最低濃度，相比2014年降低了45.8%。2019年NO2較2014年降低了36.5%。這可能是因為《哈爾濱市打贏藍天保衛戰三年行動計劃實施方案》的穩步落實，使得城市可以有效應對重污染天氣，從而保持和鞏固2018年環境空氣質量改善成果，大幅減少主要大氣污染物排放總量，提高了環境空氣質量。

圖1 2014～2019年研究區PM2.5和NO2年均濃度變化

3.1.2 季節變化特征

如圖2所示，哈爾濱PM2.5的濃度值冬季最高，超過國家二級標準1.37倍。NO2的濃度值最高也出現在冬季，超過國家二級標準0.45倍。這是因為進入取暖期后，燃煤會釋放出更多的一次顆粒物和一些前體物，例如SO2和NOx，而且在秋季和冬季大氣層靜穩更有利于污染物的二次轉化和累積[23]。而春夏季NO2濃度低的原因可能是OH對NO2的化學清除作用[24]。

圖2 研究區PM2.5和NO2濃度在四季典型月份的平均值統計

3.1.3 月變化特征

如圖3所示，哈爾濱PM2.5和NO2濃度變化趨勢類似于“U”型曲線。其中，PM2.5和NO2濃度的最低值出現在8月份，最高值出現在1月份，超過國家二級標準的1.54倍和0.53倍。這種月變化差異主要和不同季節的大氣環流形勢、主導風向、邊界層風溫濕結構，以及不同天氣條件下的擴散、傳輸和沉降等因素有關，還與人為、自然源的季節變動有關[25,26]。

圖3 2014～2019年研究區各月份PM2.5和NO2平均值變化

3.2 PM2.5與NO2濃度的相關性分析

3.2.1 PM2.5與NO2年均濃度變化的相關性

由圖4可以看出，2014～2019年2項空氣質量指標的回歸方程為y=0.52x+13.28，R2=0.376，|r|=0.613，PM2.5與NO2呈顯著正相關。污染物的來源可能會導致PM2.5與NO2同時產生。人類活動，尤其是煤、石油等化石燃料的燃燒，會釋放出NO2等污染物，在不利環境和氣象條件下，滯留于近地面大氣中，一次直接污染物和二次氣溶膠污染物并存，從而導致PM2.5濃度上升[27]。

圖4 研究區2014～2019年PM2.5與NO2年均濃度變化的相關性分析

3.2.2 PM2.5與NO2季節濃度變化的相關性

如表1所示，哈爾濱夏季和秋季PM2.5與NO2相關性最強，為高度正相關；春季和冬季較強，為顯著正相關。四季相對來說，冬季二者的相關性最低，夏季二者的相關性最高。

表1 2016～2019年PM2.5與NO2濃度隨季節變化的相關性分析

3.2.3 PM2.5與NO2月均濃度變化的相關性

由表2可知，哈爾濱2019年4、5、7月份PM2.5與NO2呈微弱正相關；6月份PM2.5與NO2呈低度正相關；3、8、9、10、11月份PM2.5與NO2呈顯著正相關；1、2、12月份PM2.5與NO2呈高度正相關。氮氧化物主要是燃料燃燒，汽車尾氣，工業窯爐等產生，顯著正相關表明哈爾濱市機動車尾氣、燃料燃燒等對PM2.5有一定的貢獻。

表2 2019年1～12月份PM2.5與NO2月均濃度相關性分析

4 結論與建議

2014年哈爾濱PM2.5和NO2的濃度最高，之后逐年呈下降趨勢。1月份PM2.5和NO2的濃度最高，8月份最低。冬季哈爾濱市PM2.5和NO2的濃度最高，夏季濃度最低。PM2.5與NO2濃度總體的相關性為顯著正相關。

如今大氣污染狀況已十分嚴重，建議及時采取有效的大氣污染防治措施：應積極推進煤炭清潔化利用和清潔能源利用，加快實施天然氣供暖和電供暖等各類分散式清潔供暖；在建成區公交、公共服務和社會領域等方面積極推動城市應用新能源車輛；在供暖期間實施錯峰起爐，可有效地減少二次顆粒物的產生，降低污染負荷，減少污染物累積，從而使污染水平得到顯著下降。