京津冀地區六月份污染源探究

付博文

（吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林 四平 136000）

京津冀地區包括北京、天津兩個直轄市以及河北省的11 個地級行政單位（唐山市、秦皇島市、承德市、張家口市、保定市、石家莊市、邢臺市、邯鄲市、衡水市、滄州市、廊坊市），研究區概況如圖1 所示。

圖1 研究區概況

1 材料與方法

1.1 數據描述

北京市有12 個氣象站點，河北省有53 個氣象站點，天津市有15 個氣象站點，共計80 個站點。本文以精細的站點數據為主，城市數據為輔進行研究，站點分布如圖2 所示。

圖2 研究區站點分布

1.2 數據來源與處理

數據來源于中國環境監測總站（www.cnemc.cn）。 運用Excel 軟件繪制月均值曲線圖，通過污染特征圖譜計算污染物特征值并繪制污染特征雷達圖。

2 結果與分析

2.1 時間序列分析

對數據按月分類，通過計算取月平均值，繪制空氣質量指數（）隨月份變化的曲線。從北京市、天津市和河北省11 個地級市的QI月均值變化來看，上半年（1-6月）曲線呈W 形，下半年（6-12月）曲線呈橫放的S 形。1月、3月、6月值較高，1月、6月前后空氣質量波動大，而8月、9月、10月值較低，比較穩定，一年中空氣質量最好。

2.2 特征雷達圖分析

2.2.1 特征雷達圖的介紹

普遍認為，北方地區冬季值高的原因為燒煤取暖。為了探究6月值偏高的原因，采用繪制特征雷達圖的方法，對污染來源進行進一步劃分。運用這種方法，一方面避免小的污染波動掩蓋在大的波動之下，另一方面可以通過圖標形式形象地表現出污染特征。污染特征雷達圖例如圖3 所示。

圖3 污染特征雷達圖例

污染特征雷達圖大致呈五邊形或六邊形，一般為五邊形。五個角分別代表5 種污染物（PM、PM、SO、CO、NO）。雷達圖由4 條線組成，其分別是污染物特征值、污染濃度上限值（＞1）、污染濃度下限值（＜1）、標準值（=1）。通過對特征值的分析，觀察哪一種污染濃度突出或超過上限值，則該污染物在其中影響最大。

一是求歸一化污染特征成分譜，具體計算公式為：

式中：為歸一化污染特征成分譜；為某時間或者某一區域；為第幾種污染物；為原始質量濃度。

將污染物進行百分比化，形成新的譜圖。

二是求污染物濃度特征值，具體計算公式為：

三是求標準值、上限值、下限值，具體計算公式分別為：

特征雷達圖將污染類型劃分為6種：偏綜合型（無明顯超出上限的污染物）、偏二次型（PM偏高或超出上限）、偏機動車型（NO、CO 偏高或超出上限）、偏燃煤型（SO偏高或超出上限）、偏粗顆粒型（PM偏高或超出上限）、其他類型（結合當地實際情況進一步研究）。

本文對污染天數及污染源頭進行統計分析，為避免人為誤差，除上述劃分依據外，進一步精細劃分統計標準。其標準如下：取影響天數高于其他污染物且突出影響天數占污染天數比值大于1/3 的為突出污染源。綜合污染源是指沒有超上限或特別突出的污染源，污染物濃度接近標準值，沒有在標準值與上限值間過半，彼此共同綜合影響空氣質量。

突出污染源附加衡量標準如下：如果沒有超上限的值，那么其他值不超過標準值，有超標準值的為突出污染源。突出污染源取一項最突出結果。若超過空隙一半，則認為接近上限值，若沒有，則判斷是否為綜合污染源。若在上限上壓線小于0.01 的范圍內，則認為超上限。

2.2.2 特征雷達圖結果分析

6月份中突出或不小于上限值的污染天數如表1 所示，6月份30 d 內，京津冀地區除張家口市，空氣質量為輕度污染及以上的天數過半甚至達2/3 之多。張家口市屬空氣質量較好的地區，所以污染天數相對較少，但依然近半。這驗證了京津冀地區6月出現次高峰的情況。

表1 突出或不小于上限值的天數

北京市6月PM突出影響天數遠大于其他污染源，且占污染天數的比例超過一半，所以判定北京市6月主要突出污染源為PM，屬于偏粗顆粒型污染特征。

天津市污染天數中，PM、PM、NO及綜合影響天數占比相差不大。但類型并不能劃分為偏綜合型，因為污染源復雜且多變，要進一步根據當地實際產業狀況進行研究，將其劃分為其他型。康曉風等研究發現，天津市空氣質量受區域傳輸影響較大，建議加強區域聯防聯控。

河北省11 座城市中，石家莊污染天數有22 d，PM與PM占比最大，為二次+粗顆粒型。張家口6月污染天數有13 d，5 d PM為主要污染源，4 d PM為主要污染源，且SO、NO、CO 以及綜合天數接近零。綜合判斷，PM和PM為主要影響源頭，其應為二次＋粗顆粒型。張家口、唐山、廊坊均為偏二次型。承德SO為主要污染源，其為偏燃煤型。保定空氣質量較差，污染源種類多，PM、PM、CO 和NO占比大，其為二次+粗顆粒+機動車型。秦皇島為二次+機動車型。滄州空氣質量排名在河北省處于中游，但6月污染天數仍較高，為21 d。在這21 d 中，從5 種污染物來看，PM為主要污染源的有9 d，占比大于1/3 且接近一半。PM影響天數占比明顯最多，所以判斷滄州為偏二次型。

邢臺、衡水5 種污染物及綜合影響天數相差不大，所以同天津，污染源復雜且多變，要進一步根據當地實際產業狀況進行研究，將其劃分為其他型。邯鄲為二次+粗顆粒型。

綜上，針對京津冀地區6月值偏高的現象，可以得出，不同區域分為不同類型，總體來看，13個城市中受PM影響的有8 個，可見PM為6月京津冀地區大氣污染的主要源頭，應加強管控及防護。

3 結論

PM污染主要發生在秋冬季，但對京津冀地區來說，春夏季節依然存在PM超標的情況。這一現象可能與O有關。兩者具有共同的前體物——氮氧化物（NO）和揮發性有機物（VOCs），NO和VOCs 通過光化學反應產生O，同時，VOCs 通過大氣光氧化過程、成核過程、凝結和氣粒分配過程及非均相反應等生成二次有機氣溶膠，它是PM的重要組成部分，有助于PM的生成。但針對兩者之間明確的相關性，要結合氣象條件、社會驅動因素等進一步探究。另外，針對6月空氣中PM、PM含量高的原因，進一步探究發現，京津冀地區多年來重工業較多，結構性污染突出，貫穿全年，顆粒物始終是京津冀地區的主要污染物。所以，應給予顆粒物更多關注。