黑龍江省主要城市的大氣污染物變化特征

宋 濤，王婷婷

（1.牡丹江市氣象局，黑龍江 牡丹江 157000；2.黑龍江省氣象局，黑龍江 哈爾濱150001）

1 引言

大氣污染是指由自然或人為原因使大氣中某些成分超過正常含量或排入有毒有害的物質對人類、生物和物體造成危害的現象。隨著國民經濟的發展，工業排放量的增加，空氣污染已成為提高人民生活水平的一個瓶頸，它可誘發多種呼吸道疾病甚至致癌，楊民[1]的研究表明，PM10月均濃度與同期呼吸道疾病月發病人數的變化趨勢基本一致,兩者呈顯著性正相關;當PM10日均濃度明顯升高后1～2 d,呼吸道疾病發病人數也隨之增多。此外，氣溶膠還可通過吸收、散射等作用削弱到達地面的直接太陽輻射從而影響氣候。受對流層大氣氣溶膠增多的影響，1961-2003年間天津日照時數明顯減少，市區每日日照時數90年代比60年代減少1 h以上[2]。由于大氣污染的影響范圍廣、危害大，已成為全球最為關注的環境問題之一。

目前對黑龍江省大氣污染的研究主要集中在對污染過程以及首要污染物PM10的特征分析上，而對污染物的時空分布和變化趨勢的統計研究尤其是對多個城市的對比研究相對較少，故本文選取黑龍江省三個主要城市：哈爾濱、齊齊哈爾、牡丹江作為研究對象，對比分析污染物的變化特征。

2 資料和方法

本文利用哈爾濱、齊齊哈爾、牡丹江2005年1月1日-2010年12月31日的空氣質量數據，時間分辨率為1 d，該數據由中華人民共和國環境保護部數據中心下載http://datacenter.mep.gov.cn/。

空氣污染指數(API)是將常規監測的幾種空氣污染物濃度簡化成為單一的概念性指數數值形式，可根據以下公式計算得出。

設I為某污染物的污染指數，C為該污染物的濃度。則：

C大與C小是API分級限值表（表略）中最貼近C值的兩個值，C大為大于C的限值，C小為小于 C的限值；I大與 I小是在API分級限值表中最貼近I的兩個值，I大為大于I的值，I小為小于I的值。各污染物的污染分指數計算出以后，取最大者為該城市的空氣污染指數API=max(I1,I2,……In),該項污染物即為該城市空氣中首要污染物。

3 總體污染特征

根據空氣污染指數可將空氣質量劃分為7檔，其中空氣質量為優、良時，人們可正常活動。三個城市中齊齊哈爾空氣質量優、良天數所占比例最高為93.92%，其次是牡丹江89.26%，再次是哈爾濱84.37%；而空氣質量為優的天數比例，牡丹江要明顯高于其它兩城市；在中、重度污染中，哈爾濱的天數比例最高為0.33%，牡丹江則為0。由此可見，哈爾濱的空氣污染要比其它兩城市嚴重（表1）。

表1 2005年1月1日-2010年12月31日哈爾濱、齊齊哈爾、牡丹江各檔空氣質量天數所占百分比

目前中國計入空氣污染指數的項目為二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物，其中污染分指數最大的污染物確定為當天該市的首要污染物，當各污染分指數<50時，則不報告首要污染物。利用公式(1)計算得到各首要污染物的質量濃度時間序列（圖1），三座城市主要的首要污染物均為PM10，其所占天數比例都>94%，在所統計的時間內，哈爾濱，牡丹江都出現了以SO2、NO2為首要污染物的日子，齊齊哈爾則沒有以NO2為首要污染物的報告。NO2、SO2為首要污染物主要發生在冬季取暖期，這主要是由化石燃料燃燒所引起。從圖1可看出，哈爾濱及牡丹江的PM10濃度有明顯的周期變化，周期為1 a，冬季為濃度峰值，夏季為谷值，而齊齊哈爾的PM10濃度基本在一固定值的上下波動，無明顯峰谷變化。此外，2008年以后，圖中牡丹江的空白點增多，即空氣質量為優的天數增加，且PM10濃度基本<0.2mg/m3，空氣質量明顯提高。

圖1 2005年1月1日-2010年12月31日哈爾濱、齊齊哈爾、牡丹江首要污染物濃度時間序列

4 PM10的濃度變化特征

4.1 年變化特征

統計三個城市PM10的年平均濃度，從圖2可看出，哈爾濱年平均濃度值呈上下波動趨勢，齊齊哈爾及牡丹江PM10濃度則基本呈遞減趨勢。2005-2010年哈爾濱的PM10濃度均>0.105 mg/m3，一直高于其它兩城市，2009年達最高為0.112 mg/m3；牡丹江的PM10濃度在2008年及2010年出現大幅降低，減小幅度約為0.01 mg/m3，占總濃度的10%左右，2010年降至0.084mg/m3，首次低于齊齊哈爾；6 a平均PM10濃度，齊齊哈爾最低為0.093 mg/m3，其次是牡丹江0.098 mg/m3，哈爾濱最高為0.11mg/m3，齊齊哈爾的空氣質量總體上要優于其它兩城市。

圖2 2005年1月1日-2010年12月31日哈爾濱、齊齊哈爾、牡丹江PM10的年平均質量濃度

4.2 月變化特征

黑龍江省的取暖期一般為10月-次年4月，該時期PM10濃度較高，室外氣溫越低，化石燃料燃燒越多，PM10的排放量就越大，故三城市的PM10濃度都是在1月和12月份最高（圖3），而在取暖期的其它月份濃度相對較低。哈爾濱在1、12月份的PM10平均濃度分別為0.152 mg/m3、0.155mg/m3，而空氣質量為良的PM10濃度界限值是0.15mg/m3，即哈爾濱在1、12月份空氣質量屬輕微污染級別，心臟病及呼吸系統患者應減少戶外活動。非取暖期5-9月為PM10濃度低值期，這主要是因為減少了PM10的排放，且該時期對流活動強烈有利于污染物擴散，降水增多也可加速顆粒物的沉降。在哈爾濱及齊齊哈爾4、5月份出現了一個濃度的小高峰，這可能與沙塵暴有關。此外，取暖期每月的PM10濃度標準差較大，即濃度波動大，這是因為每年燃燒排放量相差較大，而非取暖期PM10的來源主要是汽車尾氣排放，排放量相對比較穩定，濃度波動較小。

5 小結

圖3 2005年1月1日-2010年12月31日哈爾濱、齊齊哈爾、牡丹江PM10的月平均質量濃度和標準差

本文分析了哈爾濱、齊齊哈爾、牡丹江2005年1月1日-2010年12月31日的空氣質量情況以及首要污染物的變化特征，獲得初步結論如下：

（1）在統計的6 a時間里，齊齊哈爾、牡丹江空氣質量優、良的天數占總統計天數的比例>85%，其中牡丹江空氣質量為優的天數比例為35.45%，位居三城市之首。哈爾濱優良天數的比例為84.37%，且重度污染天數比例最高為0.33%，其污染要比其它兩城市嚴重。

（2）三個城市主要的首要污染物均為PM10，所占天數比例都>94%。哈爾濱、牡丹江的首要污染物還包括NO2、SO2，齊齊哈爾則無NO2為首要污染物的情況。

（3）哈爾濱PM10濃度的年變化特征表現為上下波動，齊齊哈爾、牡丹江PM10濃度則基本呈遞減趨勢。6 a的平均PM10濃度哈爾濱>牡丹江>齊齊哈爾，齊齊哈爾的空氣質量總體上要優于其它兩城市。

（4）因燃燒排放增加，取暖期10月-次年4月為三個城市PM10濃度高值期，而5-9月受排放源減少，對流增強，降水增多的影響，PM10濃度較取暖期明顯減小，其中哈爾濱、齊齊哈爾在5月出現一個濃度的小高峰，這可能是受沙塵暴影響。

[1]楊民,丁瑞強,王式功,等.蘭州市大氣氣溶膠的特征及其對呼吸道疾病的影響[J].干旱氣象,2005,23(1):54-57.

[2]郭軍,任國玉.天津地區近40年日照時數變化特征及其影響因素[J].氣象科技,2006,34（4）：415-420.