辽宁省PM2.5时空分布特征分析

杨雨尤 王建舜 王雪岩

摘要 为进一步治理和控制大气污染，改善辽宁省大气环境质量，本研究利用2019年辽宁省14个地级市的实时观测数据，分析PM2.5污染物的空间分布特征，并探讨日变化、周变化和季节变化规律。结果表明：每日上下班时间段污染物浓度最高，且工作日浓度低于周末浓度，表现出明显的“周末效应”;季节上呈明显的冬季高、夏季低现象;以轻工业、旅游业为主的城市污染物浓度低于钢铁行业发达且降水量低的城市。

关键词 PM2.5;辽宁省;时空分布

中图分类号：X513 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）07–0121–02

近年来，伴随着城市化和工业化进程的迅速发展，人民物质文化不断丰富，社会经济水平逐渐提高，随之而来的大气环境问题也日益严峻。大气污染问题，特别是以大气细颗粒物（PM2.5，即空气动力直径≤2.5 μm的颗粒）形式存在的污染物是我国面临的严重污染问题之一，对人们的居住环境造成污染，严重威胁人们的身体健康[1]。有关研究表明，2015年，我国受PM2.5污染影响而导致死亡的人数高达110万人。目前，国内学者针对北京、上海、广州、天津、成都、重庆等城市，以及长江三角洲、珠江三角洲等地区，围绕大气污染物的分布特征、演变规律及其影响因素等展开了广泛研究，这些多针对某个单一城市或某一地区进行研究[2-3]。

辽宁省为我国东北典型的老工业省份，省会沈阳及周围城市辽阳、鞍山、本溪及抚顺均是工业密集地区，尚未从根本上解决大气污染严重问题。基于此，本研究利用辽宁省各地级市2019年每小时PM2.5污染物浓度数据，探讨辽宁省颗粒物污染时空分布特征，旨在深入了解和掌握辽宁省大气环境质量状况，为改善辽宁省大气环境质量提供科学依据。

1 各市空气质量分析

从污染物的空间分布上看，锦州和葫芦岛两座城市的PM2.5浓度较高，其中锦州PM2.5浓度高达47.00 μg/m3，超出国家环境空气质量二级标准（35 μg/m3）;葫芦岛受石油化工、机械造船及燃煤锅炉等影响，PM2.5浓度达46.71 μg/m3 [4]。沈阳市作为辽宁省省会及东北重要的老工业基地城市，虽工业和汽车尾气排放较多，但沈阳更为注重污染的终端治理和及清洁生产，近年来也逐渐加强环境建设和加大环境保护力度，绿地覆盖率较高，PM2.5浓度低于锦州和葫芦岛，浓度为42.91 μg/m3，但污染程度在辽宁省仍属中等偏上水平。大连和丹东地理位置优越，气候宜人，邻近海域，有利于污染物的运移和分散，而且这两座城市轻工业、旅游业较为发达，相对于重工业发达的城市PM2.5浓度较低，仅分别为34.72 μg/m3、31.84 μg/m3。全省14个城市中有12个城市的PM2.5浓度高于国家年均环境空气质量二级标准。由此可见，辽宁省大多数城市受工业排放和燃煤排放影响较大气污染严重，这也给人们生活带来了极大的负面影响，身体健康难以得到保障。

2 PM2.5浓度变化趋势及成因分析

2.1 PM2.5浓度日变化及成因

统计2019年每小时PM2.5浓度发现，观测期间，辽宁省大部分城市PM2.5浓度日变化趋势相同，呈现双峰型，峰值分别出现在8：00～09：00和21：00～23：00，最大值可达59.32 μg/m3。这可能是因为早、晚高峰期出行人数较多，机动车、扬尘等直接排放的细小颗粒物导致PM2.5浓度偏高。71%的城市污染物最低值出现在15：00，这可能是因为此时间段室内活动居多，污染物排放量少。葫芦岛在0上午8：00～09：00 PM2.5浓度变化趋势尤为突出，与此时间段PM2.5浓度次高的锦州市相差5.59 μg/m3。与其他城市相比，大连PM2.5浓度变化幅度最小，15：00值最低，为30.16 μg/m3，最高值出现在13：00（37.36μg/m3）。丹东PM2.5的整体日变化趋势虽与大部分城市相同，但浓度整体上远远低于其他城市。

2.2 PM2.5浓度周变化及成因

从辽宁省1周的变化趋势来看，工作日期间，周三至周五PM2.5浓度在整周内处于较低水平，均低于40.00 μg/m3，周三浓度最低，为36.87 μg/m3，其次是周四、周五，周一、周二浓度基本持平且明显高于周三至周五時间段;周六和周日浓度最高，呈现明显的“U”型分布特征。通过对比工作日与周末的污染物浓度发现，各个城市的周末污染物浓度均高于工作日，辽宁省整体PM2.5周末日平均浓度为42.65 μg/m3，明显高于工作日的平均浓度值39.42 μg/m3。

盘锦周末效应最为明显，差值为6.44 μg/m3，其次是葫芦岛，差值为5.92 μg/m3，朝阳和丹东差值最低，分别为0.71 μg/m3、0.73 μg/m3。

工作日和周末PM2.5的日变化特征明显，除22：00和23：00外，其他时段污染物的浓度均呈现出周末高于工作日的现象，且周末污染物浓度的变化幅度小于工作日。工作日和周末均出现2次峰值，08：00～09：00和20：00-～21：00，谷值均出现在15：00。这主要是因为由于周末人们空余时间充足，居民活动变得活跃，私家车出行增多，过度的尾气排放使大气PM2.5浓度增加，导致大气污染相对工作日更严重。

2.3 PM2.5浓度季节变化及成因

从季节上看，辽宁省PM2.5污染物浓度冬季最高，为62.72 μg/m3，其次是春季（39.27 μg/m3）和秋季（35.69 μg/m3），夏季最低，仅为24.02 μg/m3。14个城市PM2.5污染物浓度均季节性特征明显，呈现出冬季高、夏季低的特点。其中，铁岭四季差异最大，冬季浓度为70.57 μg/m3，夏季为21.16 μg/m3，差值为49.41 μg/m3;四季变化最小的是大连市，其冬季与夏季差值为28.66 μg/m3。辽宁省地区属于温带季风性气候，冬季天气寒冷干燥，不利于污染物的扩散，且冬季为采暖期，煤炭燃烧的增加使PM2.5浓度大幅提高[5]。春季、秋两季空气干燥，沙尘天气较多，受其影响PM2.5污染物浓度相对较高。研究表明，PM2.5浓度与气温、降雨量均呈显著负相关关系[6]。而辽宁省夏季高温多雨，利用雨水的冲刷一定程度上可稀释污染物的浓度，且夏季的大气条件更利于PM2.5污染物的运移和分散。

3 結论

通过分析2019年辽宁省全域范围内PM2.5污染物的时空特征，得出如下结论：

（1）辽宁省86%的城市PM2.5浓度超出国家环境空气质量二级标准，大气污染严重。

（2）从空间分布看，辽宁省内锦州和葫芦岛受重工业影响，PM2.5平均浓度远高于其他城市，而东部沿海城市大连和丹东污染程度较低，低于国家二级标准。

（3）辽宁省各地级市的PM2.5浓度日变化呈双峰型曲线，两次峰值分别出现在早、晚高峰时间段，谷值普遍出现在15：00。辽宁省PM2.5污染物存在显著的“周末效应”，周末日均浓度值高于工作日。同时，各个城市PM2.5浓度均呈现出明显的季节性特点，即冬季最高，春、秋季次之，夏季最低。

（4）PM2.5浓度变化的影响因素主要包括气候条件（气温、降水和风速等）和人类活动（工业排放、汽车尾气排放、燃煤取暖等）。PM2.5浓度日变化和周末效应的出现主要是受到人为因素的影响，居民的集中性出行时段，造成汽车尾气排放量增多。四季的变化受采暖期、非采暖期以及气候条件的综合影响。采暖期内污染严重，采暖期结束后大气质量逐渐得到改善，同时春季和秋季天气干燥，风沙天气居多，运移和分散污染物的能力一般，而夏季降水多，利用雨水的冲刷一定程度上可稀释污染物的浓度。辽宁省各个城市均存在一定的工业排放污染，这也使得辽宁省在全国属于高水平污染地区，未来部分城市应鼓励企业转型，加大监管力度，努力发展第三产业，降低大气污染，建设美丽中国。

参考文献

[1] 葛难难. 城市空气污染物的时空相关性研究[D].桂林： 广西师范大学， 2019.

[2] 邱晓暖， 梁桂雄，张金谱.广州中心城区大气污染物“周末效应”分析[J].广州环境科学， 2018， 33（1）：13-16， 20.

[3] 鲍孟盈，曹芳，刘寿东，等. 苏州郊区主要大气污染物的演变特征及其影响因素研究[J].生态环境学报，2017， 26（1）： 119-128.

[4] 薛力群，刘琳.葫芦岛市空气污染现状及其成因分析[J].辽宁城乡环境科技， 2006（6）：30-31.

[5] 魏红梅.大气污染对城镇居民健康危害的研究——以辽宁中部城市群为例[J].中国市场， 2016（34）： 220-222.

[6] 沈楠驰，周丙锋，李珊珊，等. 2015—2019年天津市大气污染物时空变化特征及成因分析[J]. 生态环境学报， 2020， 29（9）：1862-1873.

责任编辑：黄艳飞

Spatiotemporal Distribut-ion Characteristics of PM2.5 in Liaoning Province

YANG Yu-You et al（Shenyang Institute of Technology， Fushun， Liaoning 113122）

Abstract In order to further control air pollution and improve air quality in Liaoning Province， the real-time observation data of 14 prefecture-level cities in Liaoning Province in 2019 were used to analyze the spatiotemporal distribution characteristics of PM2.5 pollutants and explore the diurnal， weekly and seasonal variations. Our results showed that the concentration of pollutants was the highest during commuting hours， and the concentration of pollutants during weekdays was lower than that at weekends， showing a significant "weekend effect". In addition， PM2.5 presented a seasonal pattern with higher concentrations in winter than in summer. At the same time， we found that the concentration of pollutants in cities dominated by light industry and tourism was lower than that in cities with developed steel industry and low precipitation.

Key words PM2.5; Liaoning Province; Spatiotemporal distribution