“十三五”期間呼和浩特市空氣質量時空變化特征分析

程宇飛，任遠哲，關塔拉，錫林塔娜，王子威，王薪寓，韓弘歷

（內蒙古自治區環境監測中心站，內蒙古呼和浩特010011）

呼和浩特市作為北方能源型城市代表之一，是保障京津冀及周邊區域大氣污染防治工作中的重要一環。近年來，呼和浩特市大氣污染已經由煤煙型污染逐步向復合型污染轉變，對社會經濟與生態環境和諧發展及公眾健康都產生了負面效應[1]。2019年，呼和浩特市行政區域土地面積1.72萬km2，城市建成區面積331.09 km2，綠化覆蓋面積12917.72hm2，常住人口313.68萬人，生產總值2791.5億元，居全區第二位[2]。國內學者對呼和浩特市空氣質量的研究工作一直在進行，主要包括：沙塵天氣對空氣質量的影響[3]、空氣污染物污染特征及相關性分析[4?6]、、空氣質量狀況及氣象影響研究[7?8]、空氣污染來源分析[9?11]等。目前針對“十三五”期間呼和浩特市空氣質量時空變化特征分析的研究較少，本次以2015?2020年呼和浩特市內空氣自動監測點位的監測數據進行分析，首次引用空間插值法分析呼和浩特市城區內的污染物分布情況，總結規律的同時為政府和相關部門進一步改善環境空氣質量和精準施策提供參考。

1 研究方法

1.1 數據來源

研究數據來源于內蒙古自治區生態環境廳官網和政府公開發布的數據資料。以呼和浩特市內9個空氣自動監測點位2015?2020年連續6年SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO（以下簡稱6項空氣污染物）的日均質量濃度為指標，監測過程嚴格執行《環境空氣氣態污染物（SO2、NO2、O3、CO）連續自動監測系統運行和質控技術規范》[12]和《環境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續自動監測系統運行和質控技術規范》[13]等相關標準，開展環境空氣質量時間變化特征分析。同時以2020年6項空氣污染物的年均值開展環境空氣質量空間變化特征分析。

1.2 評價方法

空氣質量評價依據《環境空氣質量評價技術規范（試行）》（HJ663—2013）[14]及其修改單開展，使用Spearman秩相關系數法分析環境空氣質量變化趨勢，Origin2018展示污染物時間變化特征，以及SuperMap iDesktop.NET 9D(2019)分析空間變化特征。其中空氣質量達標評價SO2、NO2、PM2.5、PM10使用日均值，O3使用日最大8小時滑動平均值第90百分位數，CO使用日均值第95百分位數，評價時剔除沙塵天氣對空氣質量的影響，評價標準執行《環境空氣質量標準》（GB3095—2012）二級濃度限值[15]。

2 結果與討論

2.1 統計特征

對2015年1月1日?2020年12月31日呼和浩特市SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3和CO的日均值濃度進行統計。結果顯示日濃度變化范圍分別為5～208、6～96、9～430、3～362、5～216μg/m3和0.3～5.4 mg/m3。6項污染物平均值比中位數的倍數依次為：1.5、1.1、1.2、1.4、1.0和1.4。平均數和中位數越接近，則說明數據分布越集中，離散程度越低。

2020年全國337個地級及以上城市SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3和CO濃度分別為10μg/m3、24μg/m3、56μg/m3、33μg/m3、138μg/m3和1.3mg/m3[16]。與研究階段數據相比：SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3和CO濃度均高于全國平均水平。

2020年168個重點城市空氣改善幅度排名中呼和浩特市環境空氣質量變化相對較差，位列倒5。

由表1可知，以PM2.5為首要污染物的超標天數占比最大。表2表明研究階段內以6項空氣污染物作為首要污染物的輕度及以上污染天數，按等級劃分，輕度到重度污染以PM2.5為首要污染物的天數最多，分別為152、29和27天；嚴重污染以PM10為首要污染物的天數最多為11天，PM2.5次之，為3天。未出現以SO2和CO為首要污染物的輕度及以上污染。這說明PM2.5對當地的污染貢獻較大。

表1 呼和浩特市6項空氣污染物日均值特征 單位：CO mg/m3；占比%；其他μg/m3

表2 呼和浩特市6項空氣污染物作為首要污染物時輕度及以上污染天數 單位：d

2.2 月均質量濃度變化趨勢

2015年1月1日?2020年12月31日，6項空氣污染物的質量濃度變化呈現明顯的季節性特征。SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO在冬季（11月?次年1月）的月均濃度明顯高于夏季（5?7月）的，這5項污染物的高值明顯集中在冬季的供暖期間10月?次年4月內。O3則正相反。O3月均濃度最高值出現在夏季和秋季前期5?8月份。

12個月中月均質量濃度超過二級標準限值的污染物個數為：PM10超標8個月、PM2.5超標5個月、NO2超標4個月、O3超標2個月，四項的最大超標倍數分別為0.6、1.0、0.3和0.1倍。2015?2020年呼和浩特市6項空氣污染物月均質量濃度變化詳見圖1。

圖1 呼和浩特市6項空氣污染物月均質量濃度變化

從原理上看，O3和顆粒物有一定程度的同源性，具有共同的前體物為氮氧化物和揮發性有機物；O3作為氧化劑可促進顆粒物二次組分硫酸鹽、硝酸鹽和二次有機氣溶膠的轉化；顆粒物則會吸收太陽輻射，影響光化學反應，損耗氮氧化物和自由基，影響O3的生成。因為兩者污染季節發生的不同，增大了精準治污的難度。詳見圖2。

圖2 大氣氧化性與O3和二次顆粒物的生成機制

2.3 年均質量濃度變化趨勢

環境質量變化趨勢評價采用Spearman秩相關系數法。變化趨勢分析起止時間為2015?2020年。當n=6時，wp=0.829。當?0.829

2020年全國337個地級及以上城市平均優良天數比例為87.0%。2015?2020年，呼和浩特市年度空氣質量優良天數比例均低于全國平均水平，總體無明顯變化趨勢。

SO2和PM10年均質量濃度總體呈下降趨勢，其他四項則無明顯變化趨勢。2015?2020年呼和浩特市6項空氣污染物年均質量濃度變化詳見表3和圖3。

圖3 呼和浩特市6項空氣污染物年均質量濃度變化

表3 呼和浩特市6項空氣污染物年均質量濃度變化趨勢 濃度單位：CO mg/m3；其他μg/m3

2015?2020年，PM10濃度連續6年超過二級標準限值；PM2.5濃度4年超過二級標準限值；NO2濃度僅1年超過二級標準限值；未出現SO2、O3和CO超過二級標準限值。

2.4 空間分布特征

為了解呼和浩特市城區內6項空氣污染物的分布情況，特選取空氣自動監測點位：新城區2個；回民區2個；玉泉區1個；賽罕區3個；金川開發區1個，共計9個點位作為研究對象。2020年是打好污染防治攻堅戰、決勝全面建成小康社會和“十三五”規劃的收官之年，具有十分重要的研究意義，故選取2020年1月1日?12月31日作為6項空氣污染物空間分布的研究階段。

如表4所見，5個城區SO2年均質量濃度在空間分布上，新城區高于全市平均水平，新城區最高（15μg/m3），賽罕區和金川開發區最低（12μg/m3）；NO2在空間分布上，回民區和新城區高于全市平均水平，回民區最高（37μg/m3），賽罕區最低（29μg/m3）；PM10在空間分布上，玉泉區、回去區、新城區和金川開發區高于全市平均水平，玉泉區最高（92μg/m3），賽罕區最低（70μg/m3）；PM2.5在空間分布上，玉泉區、金川開發區和回民區高于全市平均水平，玉泉區（47μg/m3），新城區最低（37μg/m3）；O3在空間分布上，新城區、玉泉區和賽罕區 高于全市平均水平，新城區最高（147μg/m3），回民區和金川開發區最低（136μg/m3）；CO在空間分布上，玉泉區、回民區和金川開發區高于全市平均水平，玉泉區最高（3.0mg/m3），賽罕區和新城區最低（2.2mg/m3）。

表4 2020年呼和浩特市城區6項空氣污染物年均質量濃度 濃度單位：CO mg/m3；其他μg/m3

6項空氣污染物總體呈現出SO2年均質量濃度北高南低；NO2、PM10、CO西高東低；PM2.5南高北低；O3東高西低的趨勢。五個城區中，6項空氣污染物濃度最高的個數以玉泉區居首，詳見圖4。

圖4 呼和浩特市城區6項空氣污染物空間濃度變化特征

3 結論

（1）2015?2020年，呼和浩特市SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3和CO等6項空氣污染物的日濃度變化范圍分別為5～208、6～96、9～430、3～362、5～216μg/m3和0.3～5.4 mg/m3。呼和浩特市以PM2.5為首要污染物的天數占比最多，建議實施《內蒙古自治區人民政府關于印發打贏藍天保衛戰三年行動計劃實施方案》中PM2.5污染防治行動計劃的效果評估并精準施策。

（2）從月均質量濃度變化來看，SO2、NO2、PM10、PM2.5和CO在冬季（11月?次年1月）的月均濃度明顯高于夏季（5?7月）的，O3則基本呈相反變化趨勢。近年來臭氧污染頻發，亟需先從科研基礎抓起，對污染嚴重的城區開展有機物的重點監測，提出及時有效的應對策略。

（3）從年均質量濃度變化來看，SO2和PM10年均質量濃度總體呈下降趨勢，其他四項則無明顯變化趨勢。通過分析連續六年的變化趨勢，見證了呼和浩特市大氣污染防治工作和區域聯防聯控聯治取得的實效，更為持續性打好污染防治攻堅戰奠定了基礎。

（4）從空間分布情況來看，2020年，呼和浩特市城區6項空氣污染物空間分布上總體呈現出SO2年均質量濃度北高南低；NO2、PM10、CO西高東低；PM2.5南高北低；O3東高西低的趨勢。五個城區中，6項空氣污染物濃度最高的個數以玉泉區居首，需要引起足夠的重視。