石家莊市2014—2018年空氣質(zhì)量狀況分析

(北京美科思遠(yuǎn)環(huán)境科技有限公司，北京 100089)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提升，人民群眾對于環(huán)境質(zhì)量的要求日益提高，然而我國的環(huán)境質(zhì)量狀況卻不容樂觀[1]。空氣污染是我國普遍面臨的城市環(huán)境問題，近年來我國霧霾頻發(fā)，特別是在京津冀地區(qū)尤為嚴(yán)重[2]。在這些城市群中，能源使用和工業(yè)活動相對集中，機(jī)動車保有量快速增長，同時向大氣中排放了大量污染物[3]，這些大氣污染物除了造成城市空氣質(zhì)量問題[4-5]，還通過大范圍的物理輸送和化學(xué)反應(yīng)，造成區(qū)域性復(fù)合型大氣污染，在整個城市群范圍內(nèi)影響空氣質(zhì)量[6]，其中石家莊市是空氣污染最嚴(yán)重的城市之一。石家莊市是河北省省會，地處河北省中南部，環(huán)渤海灣經(jīng)濟(jì)區(qū)，跨太行山地和華北平原兩大地貌單元，距首都北京283km，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候[7]。本文根據(jù)2014—2018年石家莊市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究石家莊市環(huán)境空氣質(zhì)量變化趨勢，為推進(jìn)大氣污染防治工作和加快環(huán)境空氣質(zhì)量改善進(jìn)度提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源及評價標(biāo)準(zhǔn)

石家莊市空氣質(zhì)量分析數(shù)據(jù)來源于國家空氣質(zhì)量自動監(jiān)測點(diǎn)位，監(jiān)測指標(biāo)包括細(xì)顆粒物(PM2.5)、可吸入顆粒物(PM10)、臭氧(O3)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)和二氧化硫(SO2)等六項(xiàng)污染物。采樣方法采用環(huán)境空氣自動檢測系統(tǒng)，采集1h數(shù)據(jù)，24h連續(xù)監(jiān)測。

石家莊市城區(qū)共設(shè)有7個國家空氣質(zhì)量監(jiān)測站點(diǎn)，分別是22中南校區(qū)、世紀(jì)公園、人民會堂、職工醫(yī)院、西北水源、西南高教和高新區(qū)，其監(jiān)測結(jié)果的平均值可以代表石家莊市中心城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量的平均水平。城市環(huán)境空氣質(zhì)量依據(jù)《GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[8]進(jìn)行評價，石家莊市的空氣質(zhì)量平均濃度或達(dá)標(biāo)天數(shù)等數(shù)據(jù)由國控站點(diǎn)公布的小時數(shù)據(jù)計算而得，具體計算方法參照《HJ663-2013環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范(試行)》[9]規(guī)定的方法進(jìn)行評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 空氣質(zhì)量總體狀況

河北省的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中重工業(yè)比例較高，污染物排放量大，空氣質(zhì)量總體較差，大多數(shù)城市空氣質(zhì)量超標(biāo)嚴(yán)重。石家莊市是河北省污染水平較高的地區(qū)，空氣質(zhì)量狀況堪憂。2018年石家莊市空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)為160d，優(yōu)良達(dá)標(biāo)率僅43.8%，重度污染及以上天數(shù)36d，在河北省中排名第一，詳見圖 1。

2.2 空氣污染特征分析

2.2.1 空氣質(zhì)量超標(biāo)情況

根據(jù)石家莊市監(jiān)測結(jié)果，2014—2018年石家莊市各污染物年度污染指標(biāo)如表 1所示，包括PM2.5、PM10、SO2、NO2年均濃度，O3日最大8h值第90百分位濃度，以及CO日均值第95百分位濃度6個指標(biāo)。由表 1可知，2014—2018年P(guān)M2.5、PM10和NO2濃度總體呈下降趨勢，但是仍與國家二級標(biāo)準(zhǔn)限值有較大的差距。2018年P(guān)M2.5和PM10年均濃度分別為72 μg/m3和130 μg/m3，分別超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)105.7%和85.7%；NO2年均濃度為48 μg/m3，超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)限值20.0%；SO2和CO濃度在2018年均已達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)限值；2015—2018年O3濃度逐年上升，截至2018年，O3-8h_90per濃度較2015年上升了42.6%，且超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)限值31.9%。

表1 2014—2018年石家莊市各污染物年度指標(biāo)統(tǒng)計

(μg/m3)

2014—2018年石家莊市各污染物達(dá)標(biāo)天數(shù)統(tǒng)計結(jié)果如圖 2所示。除O3外，其余各污染物濃度的達(dá)標(biāo)天數(shù)總體上呈上升趨勢，其中，PM2.5和PM10濃度達(dá)標(biāo)率仍然較低，是制約石家莊市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的重要因素；SO2、NO2和CO達(dá)標(biāo)率較高；而O3濃度達(dá)標(biāo)率緩慢增加后又出現(xiàn)了回落，是未來大氣污染控制工作中需要加強(qiáng)關(guān)注的重點(diǎn)。

進(jìn)一步分析首要污染物分布情況，如圖 3所示。從圖中可以看出，石家莊市的首要污染物以PM10和PM2.5為主，O3次之。

2014—2018年，PM2.5作為首要污染物的天數(shù)先增加后減少，PM2.5作為首要污染物的天數(shù)2018年為127d，占比34.8%；PM10作為首要污染物的天數(shù)僅次于PM2.5，2014—2017年，PM10作為首要污染物的天數(shù)先減少后緩慢回升，PM10作為首要污染物的天數(shù)2018年為101d，較2017年有所下降，占比27.7%；2014—2018年，O3作為首要污染物的天數(shù)逐年上升，2014年僅為24d，占比6.6%，到2018年增加到117d，占比32.1%。首要污染物為O3的天數(shù)逐漸增加，問題逐步顯現(xiàn)，是未來大氣污染控制工作中需要加強(qiáng)關(guān)注的重點(diǎn)。

圖 4為2014—2018年P(guān)M2.5、PM10、NO2和O3四種污染物的逐月超標(biāo)天數(shù)。其中春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季為12月和次年1—2月。1—4月、10—12月輕度污染及以上天氣的主要超標(biāo)污染物為PM10和PM2.5， 5—8月輕度污染及以上天氣的主要超標(biāo)污染物為O3。為保障石家莊市的優(yōu)良達(dá)標(biāo)天數(shù)，1—4月、10—12月的污染防治工作應(yīng)著重減少PM10和PM2.5引起的污染天氣的出現(xiàn)，5—8月應(yīng)著重減少O3引起的污染天氣的出現(xiàn)。

2.2.2 污染物濃度時間變化特征

根據(jù)國控監(jiān)測點(diǎn)位提供的數(shù)據(jù)， 2014—2018年石家莊市主城區(qū)6種主要污染物的年均指標(biāo)監(jiān)測濃度的變化趨勢見圖5。截至2018年底石家莊市主城區(qū)只有SO2和CO年均指標(biāo)達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)，PM2.5、PM10、NO2和O3-8h_90per還存在超標(biāo)現(xiàn)象。除O3以外，其余污染物濃度總體呈下降趨勢，但顆粒物超標(biāo)仍然嚴(yán)重，是未來一段時間的重點(diǎn)管控對象，O3超標(biāo)問題也需引起注意。

進(jìn)一步分析了2014—2018年4種超標(biāo)污染物的季節(jié)變化特征，以深入探究污染物超標(biāo)的可能原因。

(1) PM2.5

PM2.5濃度的月度變化特征如圖 6所示，總體而言，PM2.5濃度在秋冬季較高，夏季較低，同時2014—2018年，PM2.5濃度整體呈下降趨勢，但是，2018年3—4月及11月PM2.5濃度不降反升。

(2) PM10

PM10濃度的月度變化特征如圖 7所示，總體而言，PM10濃度在秋冬季高，夏季低。2014年和2017年濃度峰值出現(xiàn)在1月，2015年和2016年的峰值出現(xiàn)在12月，而2018年濃度峰值出現(xiàn)在11月，五年來最高值出現(xiàn)在2016年的12月，達(dá)到383 μg/m3。

(3) O3

O3濃度的月變化趨勢與其他污染物存在顯著差異，總體而言，O3濃度夏季高，冬季較低，如圖 8所示。2014—2018年O3濃度超標(biāo)天主要集中在5—9月，這主要是由于夏季光照條件較強(qiáng)，光化學(xué)反應(yīng)更活躍，從而生成大量O3。

(4) NO2

與顆粒物類似，NO2濃度呈現(xiàn)夏季低、冬季高的變化特征，如圖 9所示。2018年NO2濃度較2017年明顯下降，除3月、10月和11月NO2濃度同比上升外，其余各月NO2濃度較2017年均同比下降。

2.3 氣象條件分析

為分析氣象條件對石家莊市空氣質(zhì)量變化的影響，本研究以2018年為例，比較了4種超標(biāo)污染物濃度隨風(fēng)向和風(fēng)速的變化情況，如圖 10所示。

靜風(fēng)條件下，石家莊市的PM2.5和PM10濃度較高。石家莊市PM2.5高濃度主要是由于本地一次排放較高，除此之外，秋冬季節(jié)受不利氣象條件影響時前體物擴(kuò)散難，在本地產(chǎn)生二次轉(zhuǎn)化，是PM2.5濃度較高的另一重要因素。PM10主要來自本地排放，此外，在受到西北偏西風(fēng)影響時，PM10濃度出現(xiàn)高值，可能是受到來自內(nèi)蒙方向的沙塵天氣影響。

靜風(fēng)條件下SO2濃度較高，表明石家莊市SO2濃度變化受大氣傳輸?shù)挠绊戄^小，因此造成石家莊市SO2濃度高值的原因主要為本地排放。

石家莊市NO2濃度變化除本地排放影響以外，在受到西北偏西風(fēng)向和東南風(fēng)向影響時也會出現(xiàn)濃度高值。除本地工業(yè)企業(yè)排放以外，推測石家莊市城區(qū)機(jī)動車排放的污染貢獻(xiàn)也是造成NO2濃度較高的一個重要原因。

3 結(jié)論

(1)空氣質(zhì)量總體狀況不容樂觀，2018年石家莊市空氣質(zhì)量在河北省排名倒數(shù)第一，污染形勢十分嚴(yán)峻。

(2)截至2018年石家莊市PM2.5、PM10、NO2和O3濃度均未達(dá)標(biāo)，首要污染物以PM10和PM2.5為主，占污染天數(shù)的2/3。

(3)PM10和PM2.5是影響石家莊市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的主要污染物，然而近年O3濃度持續(xù)上漲，首要污染為O3的天數(shù)逐年增加，逐步成為影響空氣質(zhì)量的另一主要污染物。

(4)空氣質(zhì)量超標(biāo)季節(jié)特征顯著。冬季、秋季、春季以顆粒物污染為主，受采暖季燃煤量增加和沙塵季節(jié)的影響；夏季則主要為O3污染。

綜上所述，石家莊市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)應(yīng)以解決PM10和PM2.5污染為重點(diǎn)，同時防止O3污染的進(jìn)一步惡化。