河北省PM2.5时空分布及传输过程分析

朱　烁　魏亚楠　许　政

（河北省环境应急与重污染天气预警中心河北石家庄050037）

河北省PM2.5时空分布及传输过程分析

朱烁魏亚楠许政

（河北省环境应急与重污染天气预警中心河北石家庄050037）

根据2013-2015年河北省PM2.5浓度监测数据研究了PM2.5时空分布特征以及污染区域传输情况。结果表明，河北省PM2.5浓度分布与地域及时间分布有关，并呈现整体下降趋势。

PM2.5；时空分布；区域传输

1　数据来源及分析评价方法

1.1数据来源

数据来自河北省2013～2015年11个设区市空气自动监测站点。河北省共有环境空气质量自动监测点位207个，其中，国控点位53个，省控点位143个，质控站11个。分布在各个设区市及县（市、区）的建成区内。

监测频度为每日24h，每1h的平均质量浓度。经统计，2013、2014年共获得PM2.5小时质量浓度数据约1.75万个，各点位数据捕集率为99.5%。

1.2分析评价方法

按照环境空气自动监测分析方法及技术要求［1-2］，我省现已在全部点位设置空气质量连续自动监测系统。对PM2.5采用的监测方法为β射线法，分析仪器型号为“先河-XH PM 2000E”。PM2.5超标情况的评价限值依据国家《环境空气质量标准》（GB3095-2012），以二级标准质量浓度限值判定PM2.5是否超标，即年平均值35μg/m3，24h平均值75μg/m3。

本文中分析使用的数据均基于小时浓度，根据每天24h的小时浓度算数平均值求得日均值，根据每个月内每一天的日均值的算数平均值求得月均值，根据每个季度内每月的月均值的算术平均值求得季度均值［3］。

1.3质控方法

零点/跨度检查及校准：定期进行零点及标点检查，提高测量的准确度，使分析仪的飘移在可接受的范围内。在零跨度检查的漂移超过国家相关规范要求时，应对分析仪进行零跨校准。

仪器清洗及部件检查：定期清洗PM10及PM2.5切割器、采样总管及采样风机等，检查β法颗粒物分析仪部件及滤膜，保证正常运行。

精度检查：定期的精度检查，可确定各个设备和监测系统监测过程的精度，该精度表示了由于设备和环境差异引起的数据可变性。

维修和故障诊断：及时发现和纠正环境空气监测仪器的异常，减少设备停机时间和提高数据捕获率。

2　 PM2.5时空分布特征

2.1PM2.5空间分布

根据河北省重污染天气区域分布以及城市地理位置关系，将全省划分为三个区域。区域一包括石家庄（含辛集）、保定（含定州）、衡水、邢台、邯郸市；区域二包括唐山、廊坊、沧州市；区域三包括承德、张家口、秦皇岛市。

依据2013-2015年监测数据，分别对河北省PM2.5质量浓度年均值进行分析，见图1。得出河北省PM2.5浓度变化趋势较为统一，呈南高北低的分布格局，2014年均浓度较2013年有所下降。其中区域一最高，2014年各设区市年平均浓度均＞100μg/m3，区域三（北部）最低。区域一2013、2014年PM2.5年均浓度分别高于全省年均浓度31.5%、28.4%。区域三2013、2014年年均浓度分别低于全省年均浓度52.8%、48.4%。

图1　2013-2015年PM2.5年平均浓度图

这也与河北省地域跨度较大，不同地区地形地貌有明显差异有关。位于河北省北部地区的张家口、承德和秦皇岛地区大气污染扩散条件较好，空气质量相对较好；位于河北省东部的唐山、廊坊和沧州地区大气污染扩散条件一般；而位于河北省太行山沿线中南部区域的石家庄、保定、邢台、邯郸和衡水地区，大气污染扩散条件较差，为河北省空气质量最差的区域。

2.2PM2.5时间分布

2.2.1PM2.5年际浓度分布

2013-2015年河北省各设区市PM2.5浓度均呈下降趋势，2015年较2014年下降了18.9%，较2013年年均浓度下降了28.7%。河北省PM2.5大幅降低与河北省近两年来采取的重污染天气应急减排措施有关。

2.2.2PM2.5季节浓度分布

图2为河北省空气自动监测站在各个季节的PM2.5平均浓度和国家规定的标准限值，其中春季为3~5月，夏季为6~8月，秋季为9~11月，冬季为1月、2月和12月。由图可知，春、夏、秋三个季节的PM2.5浓度比较接近，冬季则明显高于其他三个季节，这主要是受到燃煤的影响。根据国家《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）规定，24h平均浓度一级和二级标准分别为，35μg/m3和75μg/m3，2014年PM2.5浓度虽较2013年有一定改善，但是部分时段仍处于较高的污染水平。

图2　2013-2015年河北省PM2.5季节平均浓度图

2.2.3PM2.5月均浓度分布

河北省2013-2015年PM2.5浓度月均浓度变化规律为，浓度最高点在春、冬两季，两年的月变化规律均呈现“U”型，自4月后浓度逐渐下降，9月之后逐步升高。环境污染行为与采暖期、非采暖期的燃煤量变化以及不利天气的频发有关。

3　 PM2.5传输过程分析

根据空气质量指数级别划分［4］，0

3.1由北向南的传输过程

图3 2014年2月18日至2月28日污染过程示意图

图3给出了四个城市在2014年2月18日至2月28日PM2.5小时浓度变化曲线，由此可得出，大气污染物沿太行山前迁移扩散，北京2月20日19时首先出现高值，依此是保定、石家庄、邢台三市PM2.5浓度陆续升高，但污染浓度较北京高，可能是污染物在传输过程中不断累积，包括二次生成。2月26日15：00时北京开始降低，河北省三市陆续降低，时差约5h～7h，这是一次典型的污染物由北向南的传输过程。

在污染物传输过程中，处于下游城市的PM2.5浓度峰值存在一个延时现象，这个过程的主要影响因素是风向和风速。在污染物的传输过程中，外来的污染物加上本地的污染物使下风向的城市较上风向的城市严重。本地污染排放加重了这一过程。

3.2由南向北的传输过程

图4 2013年1月12日的PM2.5浓度水平分布（左）和PM2.5浓度输送通量

图4为2013年1月12日的PM 2.5浓度水平分布和PM2.5浓度输送通量。图5为2014年12月31～2015年1月6日的京津冀各城市空气质量等级。PM2.5高值区是沿着太行山-燕山山脉由西南向东北延伸区域，邯郸市首先达到轻度污染，由邯郸市经邢台市、石家庄市、保定市沿太行山脉东侧各城市污染程度均加重达到中度污染及以上；污染逐步加重，之后污染物逐步消散。

图5　2014年12月31日～2015年1月6日的京津冀各城市空气质量等级

4　结语

河北省PM2.5浓度变化呈南高北低的分布格局，2015年均浓度较2013、2014年有所下降。其中区域一最高，区域三（北部）最低。与河北省地域跨度较大，不同地区地形地貌有明显差异有关。

2013-2015年河北省PM2.5浓度月均浓度变化规律为，浓度最高点在春、冬两季，两年的月变化规律均呈现“U”型分布，自4月后浓度逐渐下降，9月之后逐步升高。春、夏、秋三个季节的PM2.5浓度比较接近，冬季则明显高于其他三个季节，环境污染行为与采暖期、非采暖期的燃煤量变化以及不利天气的频发有关。

污染物的跨界传输是客观存在的，传输路径主要是自北向南和自南向北两种，在污染物的传输过程中，外来的污染物加上本地的污染物使下风向的城市较上风向的城市严重。本地污染排放加重了这一过程。

［1］国家环境保护总局.空气和废气监测分析方法［M］.第四版增补版.北京：中国环境科学出版社.2003.

［2］H J653-2013，环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统技术要求及检测方法［S］.

［3］王占山，李云婷，陈添，等.2013年北京市PM2.5的时空分布.地理学报，70（7）：110-120.

［4］环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）H J633-2012［S］.

朱烁（1988—），男，本科，助理工程师，主要从事环境监测、预报预警及环境应急工作。