北京地区1～3月PM2.5、PM10、NO2、SO2地面浓度分布特征分析

曹艳芳

(中国辐射防护研究院环境工程技术研究所，山西 太原　030006)

北京地区1～3月PM2.5、PM10、NO2、SO2地面浓度分布特征分析

曹艳芳

(中国辐射防护研究院环境工程技术研究所，山西 太原030006)

【摘要】本次研究选取了2015年1～3月份北京地区的PM2.5、PM10、NO2、SO2浓度的小时栅格数据，利用ENVI 4.8软件取得各污染物栅格数据的平均值，分析各污染物的浓度分布差异，结果表明：北京地区1～3月大气污染物浓度的空间分布具有显著的梯度特征，污染物浓度从东-西、从南-北呈递减趋势，其中PM2.5、PM10的环境空气污染程度较重，NO2、SO2的地面浓污染程度较轻，主城区的污染物浓度相对较高，郊区的相对较低。

【关键词】PM2.5；PM10；NO2；SO2；分布特征

中图分类号：X51

文献标识码：码：A

文章编号：号：1673-288X(2015)05-0169-03

Abstract：This study selected PM2.5，PM10，SO2and NO2concentration of hours raster data from January to March of 2015 in Beijing area，using ENVI 4.8 software to obtain mean value of each pollutant raster data analysis of each pollutant concentration distribution differences，the results show that January to march in Beijing on the spatial distribution of the atmospheric pollutants concentration has significant gradient characteristics，pollutants concentration from east to west，decreasing trend from south to north，including PM2.5and PM10environmental air pollution is heavier，the ground of NO2and SO2concentration pollution to a lesser degree，the main pollutant concentration is relatively high，in the suburbs is relatively low.

Keywords：PM2.5；PM10；NO2；SO2；distribution

作者简介：李经路，会计学博士，硕导，讲师，研究方向为财务会计理论、无形资产会计

1引言

近年来，随着工业的发展，城市的扩张和人口的不断增长，机动车保有量的快速增长，城市环境空气质量越来越差，使得研究大气环境中的污染物防治措施成为一项重要的课题。PM2.5、PM10、NO2、SO2均为大气环境中常见的浓度较高的污染物，对人体健康和大气能见度都有着较大的影响。

其中PM10已成为我国各大中型城市的首要污染物，PM2.5作为PM10的一部分，其在环境空气中浓度大，污染持续时间较长，可严重危害人类呼吸系统和心肺功能[1]，降低大气能见度，其来源主要为采暖期燃煤锅炉排放的烟尘、汽车尾气、建筑施工扬尘、交通扬尘、气候变化以及沙尘暴[2]。NO2为参与光化学反应的主要前体物质之一，其对二次颗粒物的生成起着重要的作用，其来源主要为燃料燃烧烟气、汽车尾气[3]。SO2会氧化而成硫酸雾或硫酸盐气溶胶，是环境酸化的重要前驱物，二氧化硫与大气中的烟尘有协同作用当大气中二氧化硫浓度为0.21ppm，烟尘浓度大于0.3mg/L，可使呼吸道疾病发病率增高，慢性病患者的病情迅速恶化，其来源主要为采暖期燃煤锅炉排放的烟气[3]。

由于以上大气污染物的来源均与采暖期燃料的燃烧有关，且相关研究表明采暖期的逆温层比非采暖期厚，不利于扩散，重污染天气出现概率较高，是一年中污染扩散最不利的季节，这段时间的污染物浓度分布情况可代表北京地区的采暖期大气环境污染现状[7]。以往的研究主要以孤立的监测点为主，无法对北京地区整体的PM2.5、PM10、NO2、SO2污染水平及与海拔相关特征进行整体分析。贺克斌等[4]仅以清华大学环境系二楼平台作为连续观测点，代表城区颗粒物污染情况。蒲维维等[5]则分别以北京宝联站和北京上甸子区域大气本底站代表城区和郊区颗粒物浓度水平。 赵文慧等[6]虽然选取了多个采样点对北京PM0.3、PM3.0和PM5.0的分布进行了插值分析，但主要集中于中心城区处，实际上并未覆盖整个北京地区，且研究对象较集中于细颗粒物。赵晨曦等[7]选取了北京地区所有监测点的数据进行插值分析，对冬春PM2.5和PM10污染水平时空分布及其与气象条件的关系进行分析，但仅限于颗粒物污染水平分析并未分析NO2、SO2的污染水平。

本次以北京为例，探讨2015年1～3月PM2.5、PM10、NO2、SO2在城市地面高度的浓度分布规律，为今后研究北京地区大气环境污染物的迁徙传输规律提供一定依据。

2PM2.5、PM10、NO2、SO2数据来源与处理

为全面了解北京地区PM2.5、PM10、NO2、SO2四类大气污染物的地面浓度分布情况，收集2015年1～3月覆盖北京地区所有区县PM2.5、PM10、NO2、SO2浓度的小时栅格数据，共7524景栅格数据。数据全部来源于中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站。该数据是结合北京地区30个污染物质量浓度监测点的小时浓度数据，利用普通克里格插值( Original Kriging) 法对污染物浓度进行插值得到的。

将北京地区PM2.5、PM10、NO2、SO2小时浓度栅格数据利用ENVI 4.8软件进行处理，首先用bandmath进行波段运算求得各污染因子的24小时平均值，再对2015年1～3月的24小时平均值进行平均，得到每个污染物1～3个月的平均值，即北京地区2015年1～3月各污染物的浓度均值分布图。

3PM2.5、PM10、NO2、SO2的浓度分布特征

(1)PM2.5浓度的区域分布特征

从图1可以看出，2015年1～3月份PM2.5的浓度从南部-东南-西南-中部-东北-西北区域呈递减趋势。《环境空气质量标准》(GB3095-2012) 中PM2.5的24小时平均二级标准浓度限值为75μg/Nm3，1～3月份24小时平均浓度达标区域范围占总区域的10.59%，24小时平均浓度低于90μg/Nm3的区域占总区域的46.5%，24小时平均浓度低于100μg/Nm3的区域占总区域的66.2%，24小时平均浓度低于128μg/Nm3的区域占总区域的95%，北京区域PM2.5的总体污染程度较严重，95%的区域PM1024小时平均浓度占标率低于170.7%。

图1　PM2.5浓度的区域分布

(2)PM10浓度的区域分布特征

从图2可以看出，2015年1～3月份PM10的浓度从南部-东南-西南-中部-东北-西北区域呈递减趋势，特征与PM2.5的浓度分布规律相似，但浓度更高，高浓度区域范围更广。《环境空气质量标准》(GB3095-2012) 中PM10的24小时平均二级标准浓度限值为150μg/Nm3，1～3月份24小时平均浓度达标区域占总区域的80.19%，24小时平均浓度低于160μg/Nm3的区域占总区域的95.89%，北京区域PM10的总体污染程度较重，24小时平均浓度达标区域较PM2.5大，且95.89%的区域PM1024小时平均浓度占标率低于106.7%。

图2　PM10浓度的区域分布

(3)NO2浓度的区域分布特征

从图3可以看出，2015年1～3月份NO2的浓度从东南-南部-西南-中部-西北-东北区域呈递减趋势，高浓度区域范围广。《环境空气质量标准》(GB3095-2012) 中NO2的24小时平均二级标准浓度限值为80μg/Nm3，1～3月份24小时平均浓度达标区域占总区域的100%，24小时平均浓度低于70μg/Nm3的区域占总区域的99.98%，24小时平均浓度低于60 μg/Nm3的区域占总区域的79.5%，北京区域NO2的总体环境质量较好，无超标区域，且99.98%的区域NO224小时平均浓度占标率低于87.5%。

图3　NO2浓度的区域分布

(4)SO2浓度的区域分布特征

从图4可以看出，2015年1～3月份 SO2的浓度从东南-南部-西南-中部-西北-东北区域呈递减趋势，高浓度区域范围较集中。《环境空气质量标准》(GB 3095 - 2012) 中SO2的24小时平均二级标准浓度限值为150μg/Nm3，1～3月份24小时平均浓度达标区域占总区域的100%，24小时平均浓度低于35μg/Nm3的区域占总区域的94.30%，24小时平均浓度低于30μg/Nm3的区域占总区域的69.83%，北京区域SO2的总体环境质量较好，无超标区域，且94.30%的区域SO224小时平均浓度占标率低于23.3%。

图4　SO2浓度的区域分布

4结论

从以上分析结果可以看出

(1)PM2.5、PM10、NO2、SO2的地面浓度变化趋势均为从北至南，从西至东逐渐加重。PM10浓度最高，且全区域范围内浓度变化不大，说明其在大气中停留时间长，输送距离远，对环境的影响最大；PM2.5超标程度最严重，全区域达标区域范围仅占总区域的10.59%，区域范围内居民长期暴露在高浓度环境空气污染物环境中，对人体健康造成威胁；NO2、SO2的地面浓度全部未超标，且大部分区域处于浓度较低区域，对环境的影响轻微。

(2)北京地区的污染物地面浓度空间分布具有显著的梯度特征，污染物浓度从东-西、从南-北呈递减趋势，多以房山琉璃河处最高，密云水库处最低，主城区浓度较高，郊区浓度较低，由此可见地表水体、山区的大气自净能力较高。

(3)北京地区大气环境污染物的地面浓度梯度分布特征与北京的地理环境有关，北京地区西、北和东北区域为山区，形成的“山弯”使得北京地区山谷风明显，冬季受来自西伯利亚的北风、西北风的影响，大气污染物被风带到了南部平原地区，到达平原地区后风力减弱，使得平原地区不利于大气污染物的扩散，是造成平原地区大气污染物浓度较高的原因之一。

参考文献：

[1]邵龙义，时宗波，黄勤，等.都市大气环境中可吸入颗粒物的研究，环境保护，2000，(1)：24-26.

[2]田欣等，北京城市大气可吸入颗粒物污染来源调查分析，建筑科学，2011，27(增刊)：184-186.

[3]刘洁等，北京地区SO2、NOx、O3和PM2.5变化特征的城郊对比分析，环境科学，2008，29(4)：1059-1065.

[4]贺克斌，贾英韬，马永亮，等.北京大气颗粒物污染的区域性本质，环境科学学报，2009，29( 3) ：482-487.

[5]蒲维维，赵秀娟，张小玲.北京地区夏末秋初气象要素对PM2.5污染的影响，应用气象学报，2011，22 ( 6)：716-723.

[6]赵文慧，宫辉力，赵文吉，等.基于地统计学的北京市可吸入颗粒物时空变异性及气象因素分析，环境科学学报，2010，30( 11)：2154-2163.

[7]赵晨曦等，北京地区冬春PM2.5和PM10污染水平时空分布及其与气象条件的关系，环境科学，2014，35(2)：418-427.

Analysis on Ground Concentration Distribution Characteristics of PM2.5，PM10，

NO2and SO2from January to March in Beijing

CAO Yanfang

(Environment Engineering Department of China Institute For Radiation Protection，Taiyuan Shanxi 030006)

《环境与可持续发展》学术影响因子逼近2.000

位列环境保护部主管期刊第一名

在全国收录环境科学类66种期刊中排位第六名

据知网2014年12月16日发布的《中国学术期刊影响因子年报(自然科学与工程技术(2014版)》，我刊学术影响因子显著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大关，为1.971，名列环境保护部主管期刊第一名。在全国收录环境科学类66种期刊中排位第6名，其中2012年位列全国第18名，2011年第29名，2010年第33名。

项目资助：云南省社科规划基金(201305，zx201527，201507)；云南省教育厅基金(2014Y025)；云南大学基金(XT412003，13YNUHSS006)；国家社会科学基金(14BJL05)

引用文献格式：李经路等.云南碳排放的变动趋势与影响因素研究[J].环境与可持续发展，2015，40(5)：172-176.