2013-2015年哈尔滨市空气质量特征分析

王婷婷，任桂林,王华昕

(1.黑龙江省气象局，黑龙江哈尔滨150001; 2.伊春市气象局，黑龙江伊春153000)

2013-2015年哈尔滨市空气质量特征分析

王婷婷1，任桂林1,王华昕2

(1.黑龙江省气象局，黑龙江哈尔滨150001; 2.伊春市气象局，黑龙江伊春153000)

本文利用2013-2015年哈尔滨市空气质量日平均数据，研究AQI以及首要污染物的年、季变化。研究发现：3 a空气质量均以良为主，其次是优及轻度污染，2014年空气质量最好，2015年达标天数最少。全年首要污染物主要以颗粒物为主，但春季NO2为首要污染物出现率最高。

1 引言

随着社会经济发展，城市化进程不断加快，使得空气污染日益严重，大气污染已成为人类目前面临的重要环境问题，不仅影响着人类的健康，还制约着社会经济的可持续发展[1]。基于此，学者们对空气质量做了相关研究，刘淼研究发现2015年6-8月大连市夏季质量达标率为97.9%，其中优占44.6%，良占53.3%[2]；岳岩裕研究发现2013年武汉市AQI平均值为135，良和轻度污染所占比例分别为35%和30%，AQI年变化呈U型分布[3]。

2 数据与方法

本文利用哈尔滨市2013年1月18日-2015年12月31日的空气质量指数数据，时间分别率1 d。空气质量指数2013年数据样本为348 d，2014年因11月21、30日数据缺失，故样本容量为364 d，2015年数据量为363 d，4月18日、8月24日数据缺失。数据来源中华人民共和国环境保护部数据中心。

3 空气质量天数的年、季变化

3.1 2013-2015年各级别空气质量天数年变化

表1 2013-2015年哈尔滨市各级别空气质量天数（单位：d）

根据环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）（HJ633-2012）[4]（以下简称技术规定），将空气质量指数按0-50、50-100、101-150、151-200、201-300以及>300分为优、良、轻度污染、重度污染以及严重污染。将空气质量指数按照等级划分来研究不同级别空气质量天数的年变化。

由表1可知，2013年，空气质量良的天数最多（191 d），其次是轻度污染（51 d），其多于优级2 d，重度污染天数32 d，严重污染天数最少为10 d；2014年空气质量良的天数最高（178 d），优级天数多于轻度污染14 d，中度污染天数超过重度污染天数10 d，严重污染天数最少为14 d；2015年良级天数为150 d，优级较轻度污染天数多10 d，重度污染最少为11 d。

图1 2013-2015年各空气质量等级天数百分比

综上，2013-2015年哈尔滨空气质量均以良天数最多，其次是优及轻度污染居多，严重污染天数最少。因每年的样本量不同，故求得各空气质量天数百分比用以比较每年空气质量变化（图1）。空气质量优天数占比逐年增加，2013年最低为14%，2015年最高为23%；良天数呈递减趋势，2013年最高55%，2015年最低为41%。轻度污染均超过10%，其中2015年最高为20%，中度污染2014年最高为11%，其余均低于6%，重度污染及严重污染天数占比相差不大。综上分析，2013年空气质量优良天数占比最高（69%），而中度污染及以上占比最少（16%），是3 a中空气质量最好的一年，2014年比2015年优良天数占比高1%，但中度污染以上占比高7%，相比较空气质量最差。

3.2 2013-2015年各级别空气质量天数季节变化

2013年空气质量优的天数最多出现在夏季，超过30 d,其次是秋季，春季较少，冬季没有出现；良的天数在春、夏、秋均占比最多，冬季则以重度污染为主；轻度污染及以上天数均在夏季最低，可见夏季是全年空气质量最好的时节。重度及严重污染仅在秋、冬季节出现，严重污染与重度污染天数持平，均为5 d。2014年全年均有重度污染天气出现，秋季轻度污染及以上天数有所增加，冬季良、中度污染及重度污染天数相对均衡。与前2 a不同，2015年全年均有空气质量优级天数出现，且各季节优天数均较前2 a有所增加，夏季无中度及以上污染天气出现(图2)。

图2 (a)2013年(b)2014年(c)2015年各空气质量等级天数的季节变化

统计2013-2015年3 a各级空气质量天数发现，空气优级天数夏季最高、其次是秋季、春季，冬季最少仅有3 d；空气质量良的天数由春-冬呈递减趋势，且在春、夏、秋季天数均多于其它空气质量等级天数；轻度污染各季均有发生，夏季最少，秋、春次之，冬季最多，并超过空气质量良成为该季天数最多的空气等级。中、重度污染主要发生在冬、秋季节，在春、夏季较少发生，3 a共分别出现10、4 d。严重污染仅在秋、冬季出现，且秋季（21 d）高于冬季（14 d）。总体上，空气质量夏季最好，春季次之，秋、冬季较差（图3）。

4 首要污染物出现频率变化

4.1 2013-2015年首要污染物出现次数年变化

AQI大于50时空气质量分指数最大的污染物即为首要污染物。2013-2014年AQI>50的天数即空气质量良以上的天数分别为299、305、281 d，由于存在同一天有两种及以上污染物分指数并列最大的情况，故一天可能有两种或以上的首要污染物存在。将污染物出现的次数记为总样本容量，故3 a的样本容量分别为347、316和290次。为方便比较，求得各首要污染物的出现率（图4）。

图3 2013-2015年各空气质量等级天数季节变化

图4 2013-2015年各首要污染物的出现率

3 a首要污染物均以PM2.5为主，且逐年递增，出现率占比43-58%；其次是PM10，2013年PM10出现率较高为31%，之后逐年下降，2014、2015年相差不大，分别为20%、19%；首要污染物为SO2的出现率最少，仅为0.3-1%，尤其是2014年仅出现1次；NO2出现率（12-23%）仅次于PM10，且在2014年与PM10相当，也呈逐年递减趋势；2013年以O3为首要污染物出现8次，2014、2015年出现次数增幅较大，分别为27、29次，占比9-10%。

4.2 2013-2015年首要污染物出现次数季节变化

2013年以SO2为首要污染物较少，全年仅在秋季出现1次，以O3为首要污染物的也仅在夏、秋季分别出现4次，全年首要污染物主要以PM2.5、PM10、NO2为主，春季，以NO2为首要污染物出现59次，远高于颗粒物（PM2.5、PM10共33次），夏季PM10出现次数增多，超过NO2成为当季主要的首要污染物，秋冬季以颗粒物为主，主要为PM2.5，尤其是冬季，PM2.5出现71次，PM10出现1次。2014年以SO2、O3为首要污染物次数增加，SO2在春、秋、冬季均有出现，冬季最多为7次，秋季最少为1次，O3夏季出现增至22次，并成为夏季主要的首要污染物，NO2仍是春季首要污染物，PM10仅次之，且由春—冬递减，PM2.5秋冬季爆增，并成为主要的首要污染物。2015年SO2为首要污染物仅在冬季出现4次，O3为首要污染物出现在夏秋季，夏季最多为27次，并成为该季主要的首要污染物，NO2为首要污染物较前两年出现次数下降，PM10、PM2.5为首要污染物在春季出现次数增加，PM10为春季主要首要污染物，PM2.5仍为秋、冬季主要的首要污染物（图5）。

图5 (a)2013年(b)2014年(c)2015年各年首要污染物出现次数季节变化

2013-2015年3 a首要污染物以PM2.5为主，出现率占比近50%，其次是PM10、NO2，O3、SO2出现较少，合计不足10%。春季首要污染物以NO2为主，夏季以PM10为主，秋、冬季则以PM2.5为主。PM2.5在夏季出现率最低，其次是春季，均在7%以下，秋季出现率暴增近3倍，冬季达到最大，是夏季的近5倍；PM10春季出现率最高，由春—冬逐季递减，递减率约为1.8%/季；SO2夏季没有出现，春、秋季出现较少，冬季最多也仅为1%左右。NO2春季最高，春—冬呈线性逐季递减（R2=0.9），递减率约为2.8%/季；O3春—冬呈单峰分布，夏季出现率最高，冬季没有出现（表2）。

表2 2013-2015年3 a各首要污染物出现率（%）

5 结论

（1）2013-2015年空气质量优级天数逐年增加，但优良天数占比2013年最高，空气质量最好，2014年空气达标率（优、良）高于2015年1%，但中度以上污染占比较多。

（2）空气优级天数夏季最高、其次是秋季、春季，冬季最少仅有3 d；空气质量良的天数由春-冬呈递减趋势，总体上，空气质量夏季最好，春季次之，秋、冬季较差。

（3）3 a首要污染物以PM2.5为主，出现率逐年增加，其次是PM10，NO2，二者出现率均逐年递减。

（4）2013-2015年春季以NO2首要污染物出现率最高，夏季以PM10为主，秋冬季首要污染物则以PM2.5为主。

[1]王海鹏，张斌，刘祖涵，等．基于小波变换的兰州市近十年空气污染指数变化[J]．环境科学学报，2011，31（5）：1070-1076.

[2]刘淼，顾吉林，刘丽娟，等.基于AQI数据的大连夏季空气质量分析[J].大气与环境光学学报，2016，11 (2)：111-117.

[3]岳岩裕,王晓玲,张蒙晰,等.武汉市空气质量状况与气象条件的关系[J].暴雨灾害,2016,35(3):271-278.

[4]HJ633-2012.环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）[S].北京：环境保护部，2012.

1002－252X(2017)01－0025－03

2017－1－1

王婷婷（1985-），女，黑龙江省海林市人，中国气象科学研究院，硕士生，工程师.