石家庄市大气污染现状及污染特征分析

翟红兵，魏鹏冉，张小林

(石家庄市危险废物和辐射环境监督管理中心，河北石家庄 050011)

石家庄市大气污染现状及污染特征分析

翟红兵，魏鹏冉，张小林

(石家庄市危险废物和辐射环境监督管理中心，河北石家庄 050011)

为摸清石家庄市大气污染现状及特征，对石家庄市2002—2011年的空气质量自动监测数据进行分析。研究结果表明，石家庄的空气质量总体呈好转趋势，优良天数逐年增长，大气中3项主要污染物浓度连续2年均达到国家二级标准，PM10，SO2年均浓度呈显著下降，NO2年均浓度则呈上升趋势。污染物日变化各季节大致相同，其时空分布不均匀，SO2与PM10夏季浓度较低，春冬季较高，表现出明显的季节性特征；NO2季节性特征不显著。

空气质量；污染现状；污染特征；石家庄市

城市的大气污染和当地的产业结构、城市布局、地理环境、气象条件和机动车数量等有很大关系，中国经济快速增长、工业化和城市化的发展使中国的GDP每年都保持在8%～9%[1-6]。石家庄市作为一个北方典型的工业城市，城市化发展异常迅猛，经济一直保持较快的增长[7-10]。“十一五”期间全市GDP 由226亿元增长至300亿元以上，年均增长率约为13%，尤其是实施三年大变样以来，城市的市政建设发生了很大改观。近年来，随着交通设施的完善和人民生活水平的提高，机动车保有量超过162万辆[11]。工业规模和机动车出行需求的不断扩大，使石家庄市亦面临空气质量和生态环境恶化的巨大压力。随着石家庄市提出的建设生态石家庄的要求，今年又相继开展创建“环保模范城市”和“蓝天碧水”工程，要求大力改善城市的环境空气质量及水环境质量。本研究以石家庄市近10年的空气质量监测数据为基础，分析石家庄市区环境空气中可吸入颗粒物、二氧化硫和二氧化氮(PM10，SO2和NO2)的年际变化趋势、季节性变化规律、日变化规律和空间分布特征，探讨城市发展过程中空气质量变化趋势及影响因素，为石家庄市改善空气质量提供科学依据。

1 石家庄市空气质量状况分析

1.1污染物年度变化趋势

到2011年底，石家庄市区环境空气中PM10，SO2和NO2的年日均值分别为0.099，0.051，0.041 mg/m3，3项污染物年日均值均达到了国家二级标准。全年二级及优于二级的天数达到320天，占总天数的87.7%。其中：一级天数为36天，占总天数的9.8%；二级天数为284天，占总天数的77.8%；三级天数为45天，占总天数的12.3%。3项污染物中PM10质量浓度呈逐年下降趋势：2002年为0.179 mg/m3，2011年达到0.099 mg/m3，下降44.7%。SO2改善幅度明显：2002年为0.155 mg/m3，2011年达到0.051 mg/m3。NO2指标在10年中呈起伏变化趋势，在2008年达到最小值0.031 mg/m3后逐年呈上升趋势，2011年猛增到0.069 mg/m3，比上年度升高64.3%，比2002年升高12.5%。

图1 污染物年度变化趋势Fig.1 Annual variation trend of pollutants

1.2空气质量季节性变化规律

3项污染物(PM10，SO2和NO2)季节性变化非常明显，将石家庄市区2002～2011年所有监测子站3项污染物的日平均浓度按冬(1月)、春(4月)、夏(7月)和秋(10月)分别计算均值列于表1。

表1 污染物指标

从表1可知，各污染物质量浓度存在明显的季节变化规律,即冬季最高,春季次之；SO2的变化最明显，冬季明显高于其他季节；PM10规律类似，春季数据高于夏秋两季，春季沙尘天气出现较多；NO2全年变化不明显，冬季略高于其他季节。2002—2011年石家庄市API指数大于三级天数各季度分布情况如图2如示。

图2 污染天数统计Fig.2 Statistics of pollution days

由图2可以看出，冬季污染明显多于其他季节，特别是采暖期期间的1 ，11，12月份；夏季空气质量较好。统计过去5年出现的污染天数可以看出，API指数大于三级的天数大都分布在一、四季度，占所有污染天数的73.1%。

1.3空气质量日变化规律

汇总2002～2011年3项污染物小时浓度数据，分别对采暖期和非采暖期的污染物日变化特征进行分析，得到趋势图，如图3所示。3项污染物中PM10，SO2的24 h 趋势大至相同，大气中主要污染物24 h浓度峰值多出现于上午9：00～10：00时段，午后污染物浓度值逐渐下降至一天中的最低，20：00后又逐渐上扬，呈周期性变化。采暖期期间SO2变化更为明显些，非采暖期SO2浓度较低，一天内的变化特征主要与石家庄市的地理位置、气象条件、污染物排放及人类生活有关。首先，石家庄市大气辐射逆温变化通常从夜间开始，清晨达到最大，上午开始逐步减退，至中午左右消失，这种污染气象特征是造成空气中污染物在一日内出现规律变化的主要因素。另外，每天清晨，人与车集中出行、交通流量大等导致的尾气排放和扬尘污染较重等因素作用，午后随大气对流混合的增加，近地污染物快速扩散稀释，NO2与空气中O3的光化学反应消耗使其浓度降低，决定了市区环境空气中污染物浓度呈现“早峰午谷”的日变化特征[9]。

图3 大气污染物日变化规律Fig.3 Diurnal variation of atmospheric pollutants

1.4石家庄市空气质量空间特征

1.4.1 石家庄市区地面站监测结果分析

以石家庄市大气常规自动监测点位化工学校子站、职工医院子站、平安电站子站、高新区子站、西北水源子站、西南高教子站和监测中心子站分别代表市区内东北工业区、居民文教区、商业交通区的污染情况。各子站是几年来随着城市建设不断发展陆续建成的，利用监测点位各项污染物2002—2011年平均浓度的分布情况，分析城市空气污染物的空间变化。结果表明，主要大气污染物在城市区域有不同的分布特征。石家庄市各自动监测点位均按国家标准监测距地面3～15 m高度、方圆10 km2范围内环境空气状况，结果见图4～图6。

图4 石家庄市十年PM10分布Fig.4 PM10 distribution of Shijiazhuang in ten years

图5 石家庄市十年SO2分布Fig.5 SO2 distribution of Shijiazhuang in ten years

由图4可知，石家庄市区PM10污染普遍较重，各监测点位2002—2011年平均浓度均不能达到标准要求，在主城区内的不同区域浓度值差别比较明显，平安电站、西北水源、西南高教监测点区域PM10污染明显偏高。这说明尘污染是一个大区域的环境问题，贡献源种类多，分布散，影响范围相应较大。从区域方位角度讲，PM10污染受尘污染源分布及气象条件特别是风向影响较大，位于主导风向上的西北水源、平安电站浓度明显高于其他点位。

由图5可知，从各点位监测数据看，2002—2011年市区SO2的污染水平存在一定差异，分布规律与PM10不同。具体表现如下：中心市区内的测点明显高于主城区外的测点，西北水源和高新区的污染质量浓度均值为0.046 mg/m3和0.052 mg/m3，主城区内其余5个点位质量浓度范围为0.068～0.090 mg/m3，市区外侧SO2污染水平较轻。这主要是因为SO2污染源主要是工业和燃煤排放，污染分布受工业污染源和生活污染源的局部燃煤污染影响较大，而主城区内人口相对密集，热电厂、供热站以及居民生活的燃煤污染源分布比较集中，污染物排放量大，直接造成了市区二环路范围内SO2污染比较严重。

由图6可知，近10年石家庄市各点位NO2污染浓度范围为0.030～0.043 mg/m3，区域差异不太明显。比较各点位浓度的高低来看，NO2污染的区域分布与工业源及机动车行驶密度分布关系密切。NO2污染浓度最高的3个测点均位于市区东北工业区及主要交通干线两侧，西南高教点位浓度最高，位于二环路和红旗大街交汇处；其次为位于中山路且靠近大型公交停车场的化工学校点位和位于体育大街及槐安路附近的监测中心点位，这些测点毗邻交通干线，机动车行驶密度较大，受机动车排放的NO2污染影响相对较重。

1.4.2 石家庄市区大气梯度站监测结果分析

石家庄市的大气梯度监测分为距地20，86，116，200 m共4个层级，分别取1月、4月、7月、10月月均数据代表4个季节，如图7—图10所示。

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

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

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

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

由图7—图10可知，PM10在7月份平均浓度较低，各层面均好于国家年均标准值，其他季节都超过标准值，这个同地面站监测规律一致，其垂直分布除春季20 m平均浓度最高外，其他季节86 m和116 m均高于20 m和200 m。这与秋冬季逆温层及低空风有关，城市300 m以下风速随高度升高逐渐增大，20 m平均风速为1.8 m/s，按高度向上依次为2.0，2.1，3.1 m/s，200 m高度风速最大。春季干燥多风，近地尘污染较重，20 m平均质量浓度最高达到0.112 mg/m3。

SO2浓度除冬季平均浓度超标外，其他季节均达到国家年均标准，说明燃煤仍然是SO2浓度不达标的主要原因，其垂直分布规律和PM10正相反，平均浓度两头高，中间略低，呈U形分布。

NO2趋势按垂直分布夏季略高于20 m和200 m，其他季节越接近地面浓度越高，冬季近地20 m和86 m平均浓度超过国家年均标准值6%和28%，明显与汽车尾气及燃煤污染有关。

1.5石家庄灰霾天气年变化规律及影响因素

霾的形成与污染物的排放密切相关，城市中机动车尾气以及其他烟尘排放源排出粒径在微米级的细小颗粒物，停留在大气中，当逆温、静风等不利于扩散的天气出现时，就形成霾。

气象局统计石家庄市2001—2010年的灰霾天数如图11所示。

由图11可以看出：2005年以前石家庄市霾天数呈下降趋势；2005年后开始逐年增多，特别是2007年，达到91天；2008年由于气象条件改善和政府加大减排力度，灰霾天数大幅减少了68天；2009年后又略有上升。霾污染形势依然严峻且越来越引起社会广泛关注。霾主要是细粒子污染，跟本地排放及区域长距离输送有关。所以控制本地减排的同时，加强区域的联防联控是防治霾污染的有效手段。

图11 石家庄市2001—2010年的灰霾天数Fig.11 Haze days of Shijiazhuang City from 2001 to 2010

2 结 语

随着石家庄市经济的高速发展以及城镇化进程的日益加快，给城市大气污染控制带来了巨大的挑战，尤其是机动车数量的剧增。从2001—2010年来看，石家庄市空气质量呈现逐步改善的变化过程，整体空气质量有一定好转，PM10，SO2浓度下降明显，但NO2下降趋势不显著，如果控制不好则可能上升，甚至成为首要污染物，机动车快速增长使NO2浓度上升明显。同时石家庄市大气污染具有明显的时空变化规律，受气候和地理环境的影响，石家庄市夏季污染物浓度水平明显偏低，而秋冬季大气层结相对稳定，不利于污染物的扩散，尤其是逆温层较厚时，不利的天气条件是污染防治的难点和重点。灰霾天持续周期长于往年，使大气中污染物累积时间更长。目前，石家庄市加入了京津冀区域空气质量联防联控，在认真抓好本地减排的同时，还要做好外来污染物的影响分析。

/

[1] 程烨环，李 坤，包 军.汽车尾气的污染危害和防治对策[J].黑龙江环境通报,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，卢新卫，龚文饺，等．西安市近十年空气质量变化趋势及治理成效分析[J]．江西农业学报，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，杨 华.广州市近年空气质量现状及趋势分析[J]．中国环境监测，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] 黎海锋．广州市大气质量状况探讨[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] 杨卫华，李 威.青岛市大气污染特征分析及防治对策[J].环境科学与管理，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] 孙 丽，王路光，徐建中，等.河北省钢铁工业主要大气污染物减排潜力分析[J].中国环境管理干部学院学报，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] 石家庄市统计局．石家庄统计年鉴：2008[M]．北京：中国统计出版社，2009．

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

[8] 石家庄市环境监测中心.石家庄市环境质量报告书2006—2010[M]．北京：中国统计出版社，2007．

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

[9] 石家庄市统计局．石家庄统计年鉴：2007[M]．北京：中国统计出版社，2008．

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

[10] 马 芳，王丽涛，潘雪梅.基于MM5-Models-3/CMAQ的中国地区大气污染模拟[J].河北工程大学学报(自然科学版)，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] 张慧峰，钱 枫，宋 洋，等.城市交通对周边土壤重金属污染影响的研究[J].河北科技大学学报，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

责任编辑：冯 民

翟红兵(1967-)，男，河北石家庄人，工程师，主要从事环境质量分析方面的研究。

E-mail：zhai01@yeah.net