邯郸市曲周县大气污染特征分析

＊蔡 婧

（北京中科云智慧环保科技有限公司 北京 100086）

大气颗粒物是影响环境空气质量的重要污染物，主要包括可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5）。研究表明[1]， PM10和PM2.5被人体吸入后，均会对人体产生危害，长期累积下不仅会对人体呼吸道构成危害，还会影响身体其他器官，因此，对大气颗粒物的监测与防控至关重要。

近年来，我国大气污染区域性特征明显，以京津冀为中心的区域雾霾频发。邯郸市位于太行山东麓地区，是联接京津冀、中原经济区两大经济区的纽带[2]。然而2019年168城市中，邯郸市高居全国大气污染最严重的十大城市之列，空气质量污染程度位列前五，河北省环境监测中心发布的环境质量报告显示，大气颗粒物是近年来邯郸市大气污染的首要污染物。邯郸市空气质量时空差异明显，但当前对各区县大气颗粒污染物缺乏系统的研究，因此关于曲周县大气颗粒物的研究对了解邯郸市及京津冀区域污染状况具有重要意义[3]。

本文以2019年曲周县环境空气自动监测数据为基础，分析PM10和PM2.5在不同时空尺度的变化特征，为全面衡量邯郸市污染状况提供理论支持，也为京津冀地区大气颗粒物污染成因及联防联控提供数据支持。

1.材料与方法

(1)研究区域

曲周县位于河北省南部太行山东麓海河平原的黑龙港流域，东接邱县，南邻广平、肥乡，西连永年、鸡泽，北依邢台市平乡[4]。属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，春季风多干旱，冬季寒冷干燥，年平均气温13.5℃，年平均日照2557h，全年无霜期201天，年平均降雨量为556.2mm。曲周主城区的风向以南风为主，地势由西南向东北倾斜[5]。

(2)数据收集

PM2.5及PM10小时浓度数据来自河北环境监测平台提供的两个省控站，分别为武装部站点和汉光重工站点，气象数据也来自相应时段2站点的对应数据，数据时间为2019年1月1日至2019年12月31日。

(3)数据分析

对数据进行质检质控，收集两站点有效数据为：武装部站点8737条，汉光重工站点8737条。对各站点四个季节颗粒物小时浓度分别计算平均值，得到曲周春、夏、秋、冬季PM2.5和PM10的平均浓度。数据统计有效性依据《环境空气质量标准》（GB3095-2012）[6]和《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ663-2013）[7]。

2.结果与讨论

(1)PM2.5与PM10质量浓度季节变化特征

受季节和气象影响，不同月份，不同气象条件下大气颗粒物也存在明显的差异，曲周县2019年PM2.5和PM10的质量浓度月均值变化如下图所示。

从全年来看，2019年曲周县PM10全年浓度均大于PM2.5的浓度，并且不同季节的PM10和PM2.5均呈现明显的季节变化；分季节来看，夏季的PM10和PM2.5浓度均为最低，冬季的PM10和PM2.5浓度均为最高。这与江瑶等[8]的研究结果相似。PM2.5四季对应的质量浓度为42μg/m3、37μg/m3、57μg/m3、 116μg/m3。PM10四季对应的质量浓度为97μg/m3、68μg/m3、 114μg/m3、177μg/m3。说明季节对PM10和PM2.5浓度的影响也较为显著。

图2为春、夏、秋、冬四个季节小时浓度间的的相关性图，冬季PM2.5与PM10、CO、NO2、SO2均呈正相关，同时，PM2.5与PM10、CO小时浓度之间显著性相关，而PM2.5与SO2小时浓度间仍显著相关，但相关性相对较差，可能的原因是：冬季采暖期燃煤会产生大量CO、NO2和SO2，而由于冬季期间相对湿度大，几乎每天相对湿度都在50%以上，使得NO2和SO2等一次排放的污染气体向颗粒态二次无机盐的转化贡献中，以SO2的二次转化贡献占主导作用[9,10]，进而导致PM2.5与SO2表现出较差的相关性。夏季PM2.5同样与PM10、CO、NO2、SO2呈正相关，但是相关系数与冬季相比均较差，可能是由于夏季曲周县主导风向为偏南风，汉光重工站点位于曲周县开发区，站点南侧工业企业较多，易受企业生产排放废气影响，但是总体排放强度较冬季有明显降低，另一方面是由于夏季臭氧浓度较高，利于氧化NO2和SO2转化成硫酸盐和硝酸盐等颗粒态二次污染物，故PM2.5与NO2、SO2相关性变差。

图2 四季小时浓度间的统计相关系数

(2)PM2.5与PM10质量浓度月变化特征

由图1可看出，PM2.5、PM10质量浓度呈现正相关性。PM2.5、 PM10质量浓度在1月达到最大，随后呈现下降的趋势；PM10在8月降为最低，浓度为58μg/m3，随后开始呈现显著增长的趋势。PM2.5在5月降为最低，浓度为31μg/m3，随后缓慢上升至7月，又开始下降，8月又一次达到波谷，浓度为32μg/m3，之后缓慢上升。总的来看，PM2.5和PM10质量浓度月变化规律相同，这说明PM2.5和PM10在污染物来源和成分上有一定的同源性[11,12]。

图1 曲周县PM2.5和PM10质量浓度月变化

由于1月、2月和12月这三个月份为采暖的高峰期，因此PM2.5和PM10浓度处于较高水平，1月份达到波峰，其PM2.5月均浓度为最低月份（5月）的4.1倍，PM10月均浓度为最低月份（8月）的3.4倍，整个采暖期PM2.5、PM10平均浓度分别为94μg/m3、156μg/m3，为非采暖季的平均浓度的2.2倍和1.8倍。

(3)PM2.5与PM10质量浓度日变化特征

由图3为可以看出，1月和12月PM2.5和PM10日均浓度较高，8月PM2.5和PM10日均浓度较低，但总体日均变化也呈现较好的相关性。

图3 PM2.5和PM10的全年日变化趋势

(4)PM2.5与PM10质量浓度与气象因素的相关性

利用省控点气象监测数据与颗粒物浓度小时监测值进行相关性分析，将Spearman相关系数作为二者相关性的指标，如表1和表2。

表1 曲周县汉光重工站点PM10、PM2.5小时浓度与气象因素的相关系数

表2 曲周县武装部站点PM10、PM2.5小时浓度与气象因素的相关系数

武装部和汉光重工两站点PM10与PM2.5的小时浓度值与风速、风向[13]无明显相关性，与温度[14]呈负相关性（p＜0.01），与相对湿度[15]正相关（p＜0.01），尤其是PM2.5受相对湿度影响较明显，相关系数分别为0.382和0.344。

3.结论

（1）从2019年监测数据来看，曲周县PM2.5和PM10的年均浓度分别为63μg/m3和114μg/m3，分别是国家二级标准的1.8倍和1.6倍。PM2.5、PM10日均浓度超过标准的天数分别为97天、82天，占全年的1/4。

（2）曲周县冬季PM2.5与PM10、CO、NO2、SO2均呈正相关，PM2.5与PM10、CO小时浓度之间显著性相关，而PM2.5与SO2小时浓度间仍显著相关，但相关性相对较差，夏季PM2.5同样与PM10、CO、NO2、SO2呈正相关，但是相关系数与冬季相比均较差。

（3）PM2.5和PM10质量浓度在月变化上呈现相同的规律，说明PM2.5和PM10在污染物来源上有一定的同源性。PM2.5和PM10整体呈现5-8月下降，9-12月上升的趋势。PM2.5和PM10在采暖期时浓度高于非采暖期。日均质量浓度呈现8月日均浓度较低，1月和12月日均浓度较高的趋势。

（4）武装部和汉光重工两站点PM10与PM2.5的小时浓度值与风速、风向无明显相关性，与温度呈负相关性（p＜0.01）， 与相对湿度正相关（p＜0.01）。