石家莊市大氣污染現狀及污染特征分析

翟紅兵，魏鵬冉，張小林

(石家莊市危險廢物和輻射環境監督管理中心，河北石家莊 050011)

石家莊市大氣污染現狀及污染特征分析

翟紅兵，魏鵬冉，張小林

(石家莊市危險廢物和輻射環境監督管理中心，河北石家莊 050011)

為摸清石家莊市大氣污染現狀及特征，對石家莊市2002—2011年的空氣質量自動監測數據進行分析。研究結果表明，石家莊的空氣質量總體呈好轉趨勢，優良天數逐年增長，大氣中3項主要污染物濃度連續2年均達到國家二級標準，PM10，SO2年均濃度呈顯著下降，NO2年均濃度則呈上升趨勢。污染物日變化各季節大致相同，其時空分布不均勻，SO2與PM10夏季濃度較低，春冬季較高，表現出明顯的季節性特征；NO2季節性特征不顯著。

空氣質量；污染現狀；污染特征；石家莊市

城市的大氣污染和當地的產業結構、城市布局、地理環境、氣象條件和機動車數量等有很大關系，中國經濟快速增長、工業化和城市化的發展使中國的GDP每年都保持在8%～9%[1-6]。石家莊市作為一個北方典型的工業城市，城市化發展異常迅猛，經濟一直保持較快的增長[7-10]。“十一五”期間全市GDP 由226億元增長至300億元以上，年均增長率約為13%，尤其是實施三年大變樣以來，城市的市政建設發生了很大改觀。近年來，隨著交通設施的完善和人民生活水平的提高，機動車保有量超過162萬輛[11]。工業規模和機動車出行需求的不斷擴大，使石家莊市亦面臨空氣質量和生態環境惡化的巨大壓力。隨著石家莊市提出的建設生態石家莊的要求，今年又相繼開展創建“環保模范城市”和“藍天碧水”工程，要求大力改善城市的環境空氣質量及水環境質量。本研究以石家莊市近10年的空氣質量監測數據為基礎，分析石家莊市區環境空氣中可吸入顆粒物、二氧化硫和二氧化氮(PM10，SO2和NO2)的年際變化趨勢、季節性變化規律、日變化規律和空間分布特征，探討城市發展過程中空氣質量變化趨勢及影響因素，為石家莊市改善空氣質量提供科學依據。

1 石家莊市空氣質量狀況分析

1.1污染物年度變化趨勢

到2011年底，石家莊市區環境空氣中PM10，SO2和NO2的年日均值分別為0.099，0.051，0.041 mg/m3，3項污染物年日均值均達到了國家二級標準。全年二級及優于二級的天數達到320天，占總天數的87.7%。其中：一級天數為36天，占總天數的9.8%；二級天數為284天，占總天數的77.8%；三級天數為45天，占總天數的12.3%。3項污染物中PM10質量濃度呈逐年下降趨勢：2002年為0.179 mg/m3，2011年達到0.099 mg/m3，下降44.7%。SO2改善幅度明顯：2002年為0.155 mg/m3，2011年達到0.051 mg/m3。NO2指標在10年中呈起伏變化趨勢，在2008年達到最小值0.031 mg/m3后逐年呈上升趨勢，2011年猛增到0.069 mg/m3，比上年度升高64.3%，比2002年升高12.5%。

圖1 污染物年度變化趨勢Fig.1 Annual variation trend of pollutants

1.2空氣質量季節性變化規律

3項污染物(PM10，SO2和NO2)季節性變化非常明顯，將石家莊市區2002～2011年所有監測子站3項污染物的日平均濃度按冬(1月)、春(4月)、夏(7月)和秋(10月)分別計算均值列于表1。

表1 污染物指標

從表1可知，各污染物質量濃度存在明顯的季節變化規律,即冬季最高,春季次之；SO2的變化最明顯，冬季明顯高于其他季節；PM10規律類似，春季數據高于夏秋兩季，春季沙塵天氣出現較多；NO2全年變化不明顯，冬季略高于其他季節。2002—2011年石家莊市API指數大于三級天數各季度分布情況如圖2如示。

圖2 污染天數統計Fig.2 Statistics of pollution days

由圖2可以看出，冬季污染明顯多于其他季節，特別是采暖期期間的1 ，11，12月份；夏季空氣質量較好。統計過去5年出現的污染天數可以看出，API指數大于三級的天數大都分布在一、四季度，占所有污染天數的73.1%。

1.3空氣質量日變化規律

匯總2002～2011年3項污染物小時濃度數據，分別對采暖期和非采暖期的污染物日變化特征進行分析，得到趨勢圖，如圖3所示。3項污染物中PM10，SO2的24 h 趨勢大至相同，大氣中主要污染物24 h濃度峰值多出現于上午9：00～10：00時段，午后污染物濃度值逐漸下降至一天中的最低，20：00后又逐漸上揚，呈周期性變化。采暖期期間SO2變化更為明顯些，非采暖期SO2濃度較低，一天內的變化特征主要與石家莊市的地理位置、氣象條件、污染物排放及人類生活有關。首先，石家莊市大氣輻射逆溫變化通常從夜間開始，清晨達到最大，上午開始逐步減退，至中午左右消失，這種污染氣象特征是造成空氣中污染物在一日內出現規律變化的主要因素。另外，每天清晨，人與車集中出行、交通流量大等導致的尾氣排放和揚塵污染較重等因素作用，午后隨大氣對流混合的增加，近地污染物快速擴散稀釋，NO2與空氣中O3的光化學反應消耗使其濃度降低，決定了市區環境空氣中污染物濃度呈現“早峰午谷”的日變化特征[9]。

圖3 大氣污染物日變化規律Fig.3 Diurnal variation of atmospheric pollutants

1.4石家莊市空氣質量空間特征

1.4.1 石家莊市區地面站監測結果分析

以石家莊市大氣常規自動監測點位化工學校子站、職工醫院子站、平安電站子站、高新區子站、西北水源子站、西南高教子站和監測中心子站分別代表市區內東北工業區、居民文教區、商業交通區的污染情況。各子站是幾年來隨著城市建設不斷發展陸續建成的，利用監測點位各項污染物2002—2011年平均濃度的分布情況，分析城市空氣污染物的空間變化。結果表明，主要大氣污染物在城市區域有不同的分布特征。石家莊市各自動監測點位均按國家標準監測距地面3～15 m高度、方圓10 km2范圍內環境空氣狀況，結果見圖4～圖6。

圖4 石家莊市十年PM10分布Fig.4 PM10 distribution of Shijiazhuang in ten years

圖5 石家莊市十年SO2分布Fig.5 SO2 distribution of Shijiazhuang in ten years

由圖4可知，石家莊市區PM10污染普遍較重，各監測點位2002—2011年平均濃度均不能達到標準要求，在主城區內的不同區域濃度值差別比較明顯，平安電站、西北水源、西南高教監測點區域PM10污染明顯偏高。這說明塵污染是一個大區域的環境問題，貢獻源種類多，分布散，影響范圍相應較大。從區域方位角度講，PM10污染受塵污染源分布及氣象條件特別是風向影響較大，位于主導風向上的西北水源、平安電站濃度明顯高于其他點位。

由圖5可知，從各點位監測數據看，2002—2011年市區SO2的污染水平存在一定差異，分布規律與PM10不同。具體表現如下：中心市區內的測點明顯高于主城區外的測點，西北水源和高新區的污染質量濃度均值為0.046 mg/m3和0.052 mg/m3，主城區內其余5個點位質量濃度范圍為0.068～0.090 mg/m3，市區外側SO2污染水平較輕。這主要是因為SO2污染源主要是工業和燃煤排放，污染分布受工業污染源和生活污染源的局部燃煤污染影響較大，而主城區內人口相對密集，熱電廠、供熱站以及居民生活的燃煤污染源分布比較集中，污染物排放量大，直接造成了市區二環路范圍內SO2污染比較嚴重。

由圖6可知，近10年石家莊市各點位NO2污染濃度范圍為0.030～0.043 mg/m3，區域差異不太明顯。比較各點位濃度的高低來看，NO2污染的區域分布與工業源及機動車行駛密度分布關系密切。NO2污染濃度最高的3個測點均位于市區東北工業區及主要交通干線兩側，西南高教點位濃度最高，位于二環路和紅旗大街交匯處；其次為位于中山路且靠近大型公交停車場的化工學校點位和位于體育大街及槐安路附近的監測中心點位，這些測點毗鄰交通干線，機動車行駛密度較大，受機動車排放的NO2污染影響相對較重。

1.4.2 石家莊市區大氣梯度站監測結果分析

石家莊市的大氣梯度監測分為距地20，86，116，200 m共4個層級，分別取1月、4月、7月、10月月均數據代表4個季節，如圖7—圖10所示。

圖7 1月污染物梯度分布Fig.7 Gradient distribution of pollutant in January

圖8 4月污染物梯度分布Fig.8 Gradient distribution of pullutants in April

圖9 7月污染物梯度分布Fig.9 Gradient distribution of pollutants in January

圖10 10月污染物梯度分布Fig.10 Gradient distribution of pollutants in October

由圖7—圖10可知，PM10在7月份平均濃度較低，各層面均好于國家年均標準值，其他季節都超過標準值，這個同地面站監測規律一致，其垂直分布除春季20 m平均濃度最高外，其他季節86 m和116 m均高于20 m和200 m。這與秋冬季逆溫層及低空風有關，城市300 m以下風速隨高度升高逐漸增大，20 m平均風速為1.8 m/s，按高度向上依次為2.0，2.1，3.1 m/s，200 m高度風速最大。春季干燥多風，近地塵污染較重，20 m平均質量濃度最高達到0.112 mg/m3。

SO2濃度除冬季平均濃度超標外，其他季節均達到國家年均標準，說明燃煤仍然是SO2濃度不達標的主要原因，其垂直分布規律和PM10正相反，平均濃度兩頭高，中間略低，呈U形分布。

NO2趨勢按垂直分布夏季略高于20 m和200 m，其他季節越接近地面濃度越高，冬季近地20 m和86 m平均濃度超過國家年均標準值6%和28%，明顯與汽車尾氣及燃煤污染有關。

1.5石家莊灰霾天氣年變化規律及影響因素

霾的形成與污染物的排放密切相關，城市中機動車尾氣以及其他煙塵排放源排出粒徑在微米級的細小顆粒物，停留在大氣中，當逆溫、靜風等不利于擴散的天氣出現時，就形成霾。

氣象局統計石家莊市2001—2010年的灰霾天數如圖11所示。

由圖11可以看出：2005年以前石家莊市霾天數呈下降趨勢；2005年后開始逐年增多，特別是2007年，達到91天；2008年由于氣象條件改善和政府加大減排力度，灰霾天數大幅減少了68天；2009年后又略有上升。霾污染形勢依然嚴峻且越來越引起社會廣泛關注。霾主要是細粒子污染，跟本地排放及區域長距離輸送有關。所以控制本地減排的同時，加強區域的聯防聯控是防治霾污染的有效手段。

圖11 石家莊市2001—2010年的灰霾天數Fig.11 Haze days of Shijiazhuang City from 2001 to 2010

2 結 語

隨著石家莊市經濟的高速發展以及城鎮化進程的日益加快，給城市大氣污染控制帶來了巨大的挑戰，尤其是機動車數量的劇增。從2001—2010年來看，石家莊市空氣質量呈現逐步改善的變化過程，整體空氣質量有一定好轉，PM10，SO2濃度下降明顯，但NO2下降趨勢不顯著，如果控制不好則可能上升，甚至成為首要污染物，機動車快速增長使NO2濃度上升明顯。同時石家莊市大氣污染具有明顯的時空變化規律，受氣候和地理環境的影響，石家莊市夏季污染物濃度水平明顯偏低，而秋冬季大氣層結相對穩定，不利于污染物的擴散，尤其是逆溫層較厚時，不利的天氣條件是污染防治的難點和重點。灰霾天持續周期長于往年，使大氣中污染物累積時間更長。目前，石家莊市加入了京津冀區域空氣質量聯防聯控，在認真抓好本地減排的同時，還要做好外來污染物的影響分析。

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[1] 程燁環，李 坤，包 軍.汽車尾氣的污染危害和防治對策[J].黑龍江環境通報,2005，29(2)：87-88.

CHENG Yehuan,LI Kun,BAO Jun. Pollution prevention and control of automobile exhaust[J].Heilongjiang Environmental Journal, 2005，29(2)：87-88.

[2] 翟 萌，盧新衛，龔文餃，等．西安市近十年空氣質量變化趨勢及治理成效分析[J]．江西農業學報，2009，21(12)：173-175．

ZHAI Meng,LU Xinwei,GONG Wenjiao,et al. Analysis of Xi'an city nearly ten years of air quality change trend and management effectiveness[J]. Jiangxi Journal of Agricultural Sciences, 2009，21(12)：l73-175．

[3] 于 群，楊 華.廣州市近年空氣質量現狀及趨勢分析[J]．中國環境監測，2010,26(4):74-77．

YU Qun,YANG Hua. Analysis of current situation and trend of air quality in Guangzhou city[J]. Environmental Monitoring in China，2010,26(4):74-77．

[4] 黎海鋒．廣州市大氣質量狀況探討[EB/OL].http://blog.163.com/romielo1988@126/blog/static/1669089992010621103157328,2010-07-21.

LI Haifeng. Discussion on the Air Quality in Guangzhou State[EB/OL].http://blog.163.com/romielo1988@126/blog/static/1669089992010621103157328,2010-07-21.

[5] 楊衛華，李 威.青島市大氣污染特征分析及防治對策[J].環境科學與管理，2009(9):61-62.

YANG Weihua,LI Wei. Analysis and countermeasures of prevention and control of air pollution in the city of Qingdao[J]. Environmental Science and Management，2009(9):61-62.

[6] 孫 麗，王路光，徐建中，等.河北省鋼鐵工業主要大氣污染物減排潛力分析[J].中國環境管理干部學院學報，2008，18(1)：73-75.

SUN Li,WANG Luguang, XU Jianzhong,et al.Analysis on the potential for reduction in primary air pollution emission in iron and steel industry of Hebei province[J].Journal of EMCC,2008,18(1):73-75.

[7] 石家莊市統計局．石家莊統計年鑒：2008[M]．北京：中國統計出版社，2009．

Shijiazhuang Statistics Bureau. Shijiazhuang Statistical YearBook：2008[M]．Beijing: China Statistics Press，2009．

[8] 石家莊市環境監測中心.石家莊市環境質量報告書2006—2010[M]．北京：中國統計出版社，2007．

Shijiazhuang Municipal Environrnetal Monitoring Center.The Environmental Quality Report of Shijiazhuang City 2006 to 2010[M]. Beijing: China Statistics Press，2007．

[9] 石家莊市統計局．石家莊統計年鑒：2007[M]．北京：中國統計出版社，2008．

Shijiazhuang Statistics Bureau. Shijiazhuang Statistical YearBook：2007[M]．Beijing: China Statistics Press，2008．

[10] 馬 芳，王麗濤，潘雪梅.基于MM5-Models-3/CMAQ的中國地區大氣污染模擬[J].河北工程大學學報(自然科學版)，2010，27(4)：46-51.

MA Fang,WANG Litao,PAN Xuemei.Application of MM5-Models-3/CMAQ to simulate air pollutant characteristics in China[J].Journal of Hebei University of Engineering(Natural Science Edition),2010,27(4):46-51.

[11] 張慧峰，錢 楓，宋 洋，等.城市交通對周邊土壤重金屬污染影響的研究[J].河北科技大學學報，2010，31(1)：57-61.

ZHANG Huifeng,QIAN Feng,SONG Yang,et al.Study on heavy metal pollutions in roadside soil[J].Journal of Hebei University of Science and Technology,2010,31(1):57-61.

Air pollution status and characteristics of Shijiazhuang City

ZHAI Hongbing， WEI Pengran, ZHANG Xiaolin

(Shijiazhuang Hazardous Waste and Rradiation Environmental Monitoring and Management Center, Shijiazhuang Hebei 050011, China)

Air quality data of Shijiazhuang City from 2002 to 2011 is analyzed to find out the air pollution situation and characteristics. The results show that, Shijiazhuang's air quality is integrally improved. Days of fairly good air quality grows year by year, the concentrations of three main pollutants meets in atmosphere the national secondary standard for consecutively two years, and the annual average concentrations of PM10and SO2decrease, while that of NO2increase. The diurnal variation of each pollutant in each season is roughly the same, but its spatial and temporal distribution is uneven, for SO2and PM10concentrations are lower in summer while higher in spring and winter, showing obvious seasonal characteristics. But NO2has no apparently seasonal characteristics.

air quality; pollution status; pollution characteristics; Shijiazhuang City

1008-1534(2013)04-0301-05

X323

A

10.7535/hbgykj.2013yx0419

2013-04-30;

2013-05-26

責任編輯：馮 民

翟紅兵(1967-)，男，河北石家莊人，工程師，主要從事環境質量分析方面的研究。

E-mail：zhai01@yeah.net