內(nèi)蒙古黃河流域盟市PM2.5和O3污染特征

程宇飛，林昊，米敬，王小花

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測總站，內(nèi)蒙古呼和浩特010011；2.內(nèi)蒙古環(huán)境監(jiān)測檢驗(yàn)有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特010011；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古呼和浩特010011）

黃河從寧蒙界都思兔河口流入內(nèi)蒙古，穿行于庫布其、烏蘭布和兩大沙漠之間，是我國北方重要的生態(tài)防線。內(nèi)蒙古黃河流域盟市包括呼和浩特市、包頭市、鄂爾多斯市、烏蘭察布市、巴彥淖爾市、烏海市和阿拉善盟（以下簡稱“7個(gè)盟市”），荒漠化土地面積5.49億畝，占全區(qū)荒漠化土地面積的60.1%。2020 年是“十三五”規(guī)劃綱要的末年，加強(qiáng)黃河流域生態(tài)保護(hù)發(fā)展關(guān)乎中華民族偉大復(fù)興的千秋大計(jì)。

細(xì)顆粒物（以下簡稱PM2.5）對氣候、能見度、人體健康均可造成顯著的不良影響。它對太陽光線的散射和吸收作用可以降低能見度，短期導(dǎo)致霧霾現(xiàn)象的發(fā)生，長遠(yuǎn)來看還會(huì)影響區(qū)域與全球氣候；并且PM2.5可以進(jìn)入人體肺部和血液，導(dǎo)致心血管和呼吸系統(tǒng)疾病，增加人口死亡率。臭氧（以下簡稱O3）的危害短期上會(huì)引發(fā)咳嗽、胸痛、惡心等不良反應(yīng)，長期則可以損傷肺功能，增加人群死亡率；另外，O3還可以造成農(nóng)作物減產(chǎn)。理論上講，PM2.5和O3存在很大聯(lián)系，一方面兩者具有相似的前體物；另一方面兩者在大氣中可以相互影響，機(jī)理十分復(fù)雜。目前我國城市呈現(xiàn)區(qū)域性大氣復(fù)合型污染特征，國內(nèi)[1-5]針對此類情況開展了一系列研究。如周勝等[6]研究的珠三角城市群PM2.5和O3污染特征及VOCs組分敏感性分析，結(jié)果顯示，PM2.5和O3在特定月份存在正負(fù)相關(guān)性等；而汪兵等[7]研究的長三角地區(qū)O3與PM2.5復(fù)合污染機(jī)制研究得出單方面降低一次PM2.5的排放具有加劇O3污染以及二次PM2.5污染的風(fēng)險(xiǎn)。本文從內(nèi)蒙古黃河流域盟市PM2.5和O3污染特征入手，旨在對該區(qū)域關(guān)于PM2.5和O3污染上的精準(zhǔn)預(yù)防和治理上提供科學(xué)的依據(jù)。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)環(huán)境廳官網(wǎng)和政府公開發(fā)布的數(shù)據(jù)資料，以內(nèi)蒙古黃河流域7個(gè)盟市內(nèi)國控環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測站2020 年1 月1 日-12 月31 日PM2.5和O3的日均質(zhì)量濃度為指標(biāo)，數(shù)據(jù)監(jiān)測過程嚴(yán)格執(zhí)行《環(huán)境空氣氣態(tài)污染物（SO2、NO2、O3、CO）連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行和質(zhì)控技術(shù)規(guī)范》[8]和《環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行和質(zhì)控技術(shù)規(guī)范》[9]等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，開展內(nèi)蒙古黃河流域盟市PM2.5和O3的時(shí)空污染特征分析。環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測布點(diǎn)示意圖見圖1。

圖1 環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測布點(diǎn)示意圖

1.2 數(shù)據(jù)評價(jià)

按照《環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ663-2013）和《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)的要求，城市環(huán)境空氣質(zhì)量采用實(shí)況（參比狀態(tài)）數(shù)據(jù)；PM2.5按照日、月、季和年均濃度進(jìn)行評價(jià)，O3按照日最大8 小時(shí)平均第90百分位數(shù)濃度進(jìn)行評價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 PM2.5和O3日均濃度污染特征

在2020年1月1日-12月31日內(nèi)蒙古黃河流域7個(gè)盟市日均值統(tǒng)計(jì)表1中，PM2.5和O3濃度的最大值分別是包頭市561μg/m3和呼和浩特市216μg/m3，分別超過日均二級標(biāo)準(zhǔn)限值（PM2.5：75μg/m3和O3：160μg/m3）的6.5 倍和0.4倍。超標(biāo)天數(shù)中，呼和浩特市、包頭市、巴彥淖爾市以PM2.5為首要污染物的占比最多為59.7%、61.3%、51.7%；烏蘭察布市、鄂爾多斯以O(shè)3為首要污染物的占比最多為52.6%、41.2%；烏海市以PM2.5為首要污染物的占比多于以O(shè)3為首要污染 物的占比，阿拉善盟則相反。見圖2。

表1 2020年1月1日-12月31日內(nèi)蒙古黃河流域7個(gè)盟市日均值單位：μg/m3

圖2 2020年7個(gè)盟市PM2.5日均、O3-90per濃度值

2.2 PM2.5和O3季、月均濃度污染特征

從圖3 可以看出，2020 年內(nèi)蒙古黃河流域7個(gè)盟市PM2.5濃度總體呈夏季低、秋冬季高的特點(diǎn)，呼和浩特市、包頭市、巴彥淖爾市和烏海市冬季PM2.5的濃度分別超過參考年均二級標(biāo)準(zhǔn)限值（35μg/m3）的倍數(shù)分別為1.6、1.7、0.9 和0.5 倍，說明PM2.5對以上城市冬季污染具有一定程度的貢獻(xiàn)。與此同時(shí)，O3濃度總體呈夏季高、冬季低的特點(diǎn)，呼和浩特市、包頭市、鄂爾多斯市和烏蘭察布市夏季O3的濃度超過參考年均二級標(biāo)準(zhǔn)限值（160μg/m3），最高倍數(shù)為0.04倍（鄂爾多斯市）。

圖3 2020年7個(gè)盟市PM2.5季均、O3-90per濃度值

7 個(gè)盟市PM2.5濃度最高值均出現(xiàn)在1 月，濃度范圍為40（烏蘭察布市）～164（呼和浩特市）μg/m3。烏海市最低值出現(xiàn)在7月，濃度為23μg/m3；呼和浩特市、包頭市、鄂爾多斯市和阿拉善盟最低值出現(xiàn)在8月，濃度范圍為16（呼和浩特市）～21（包頭市）μg/m3；進(jìn)入9月后呼和浩特市保持了最低濃度，烏蘭察布市和巴彥淖爾市出現(xiàn)最低值，濃度分別為15μg/m3和18μg/m3。相反的，O3濃度最低值均出現(xiàn)在12月，濃度范圍為61（呼和浩特市）～89（阿拉善盟）μg/m3。呼和浩特市、烏海市、阿拉善盟最高值出現(xiàn)在6 月，濃度范圍為160（阿拉善盟）～178（呼和浩特市）μg/m3；包頭市、鄂爾多斯市、烏蘭察布市和巴彥淖爾市最高值出現(xiàn)在7月，濃度范圍為154（巴彥淖爾市）～180（鄂爾多斯市）μg/m3。運(yùn)用Pearson 相關(guān)系數(shù)法研究內(nèi)蒙古黃河流域7 個(gè)盟市PM2.5和O3在12個(gè)月中的濃度關(guān)系發(fā)現(xiàn)，1月和10月，相關(guān)系數(shù)值分別為-0.852和-0.841，呈現(xiàn)出0.05水平的顯著性，兩者呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)，而其他10 個(gè)月中并沒有相關(guān)關(guān)系。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因歸于兩者的相互作用，秋冬季較高濃度的PM2.5可降低消光系數(shù)和大氣輻射強(qiáng)度、增強(qiáng)氣溶膠化學(xué)厚度，不利于光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致O3的生成速率降低[10]。見圖4。

圖4 2020年7個(gè)盟市PM2.5月均、O3-90per濃度值

2.3 PM2.5和O3年均濃度污染特征

2020 年內(nèi)蒙古黃河流域7 個(gè)盟市中，4 個(gè)盟市城市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，占評價(jià)盟市數(shù)的57.1%，比2019年上升14.2個(gè)百分點(diǎn)。見圖5。從2020年168個(gè)重點(diǎn)城市改善幅度排名來看，包頭市和呼和浩特市分別排在倒第一位和倒第五位，空氣改善幅度排名在全國靠后。

圖5 2020年7個(gè)盟市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)情況

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，7個(gè)盟市PM2.5濃度范圍為22（烏蘭察布市）～44（包頭市）μg/m3，平均濃度32μg/m3；7個(gè)盟市O3濃度范圍為134（包頭市、巴彥淖爾市）～146（烏海市）μg/m3，平均濃度139μg/m3，7個(gè)盟市的PM2.5和O3平均濃度低于《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)年均二級標(biāo)準(zhǔn)限值（PM2.5：35μg/m3和O3：160μg/m3）。從圖6可見，呼和浩特市、包頭市、巴彥淖爾市和烏海市4個(gè)盟市PM2.5濃度相對較高；呼和浩特市、鄂爾多斯市和烏海市3個(gè)盟市O3濃度相對較高；烏蘭察布市和阿拉善盟兩項(xiàng)污染物的濃度均低于7個(gè)盟市的平均濃度。通過2.2季均和2.3年均濃度變化特征的分析，冬季PM2.5濃度高的盟市，年均濃度也相對較高，夏季O3亦然，說明污染物的季節(jié)和年變化特征有一定程度的關(guān)聯(lián)。

圖6 2020年7個(gè)盟市PM2.5年均、O3-90per濃度值

3 結(jié)論

（1）內(nèi)蒙古黃河流域7 個(gè)盟市總體呈現(xiàn)PM2.5夏季低、秋冬季高；O3則夏季高、冬季低。兩項(xiàng)污染物在1和10月存在明顯的負(fù)相關(guān)性。季節(jié)特征與年均特征十分相近，PM2.5和O3在不同季節(jié)上的本地污染規(guī)律，為相關(guān)部門預(yù)防這方面的污染提供了科學(xué)的理論依據(jù)。

（2）從全年來看，呼和浩特市和烏海市的兩者濃度均相對較高，烏蘭察布市和阿拉善盟則正好相反，包頭市和巴彥淖爾市PM2.5濃度相對較高，鄂爾多斯市O3濃度相對較高。希望通過區(qū)域濃度高低的比較，了解對當(dāng)?shù)匚廴矩暙I(xiàn)大的污染物，可以配置一區(qū)一策，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治污。