京津冀地区六月份污染源探究

付博文

（吉林师范大学旅游与地理科学学院，吉林 四平 136000）

京津冀地区包括北京、天津两个直辖市以及河北省的11 个地级行政单位（唐山市、秦皇岛市、承德市、张家口市、保定市、石家庄市、邢台市、邯郸市、衡水市、沧州市、廊坊市），研究区概况如图1 所示。

图1 研究区概况

1 材料与方法

1.1 数据描述

北京市有12 个气象站点，河北省有53 个气象站点，天津市有15 个气象站点，共计80 个站点。本文以精细的站点数据为主，城市数据为辅进行研究，站点分布如图2 所示。

图2 研究区站点分布

1.2 数据来源与处理

数据来源于中国环境监测总站（www.cnemc.cn）。 运用Excel 软件绘制月均值曲线图，通过污染特征图谱计算污染物特征值并绘制污染特征雷达图。

2 结果与分析

2.1 时间序列分析

对数据按月分类，通过计算取月平均值，绘制空气质量指数（）随月份变化的曲线。从北京市、天津市和河北省11 个地级市的QI月均值变化来看，上半年（1-6月）曲线呈W 形，下半年（6-12月）曲线呈横放的S 形。1月、3月、6月值较高，1月、6月前后空气质量波动大，而8月、9月、10月值较低，比较稳定，一年中空气质量最好。

2.2 特征雷达图分析

2.2.1 特征雷达图的介绍

普遍认为，北方地区冬季值高的原因为烧煤取暖。为了探究6月值偏高的原因，采用绘制特征雷达图的方法，对污染来源进行进一步划分。运用这种方法，一方面避免小的污染波动掩盖在大的波动之下，另一方面可以通过图标形式形象地表现出污染特征。污染特征雷达图例如图3 所示。

图3 污染特征雷达图例

污染特征雷达图大致呈五边形或六边形，一般为五边形。五个角分别代表5 种污染物（PM、PM、SO、CO、NO）。雷达图由4 条线组成，其分别是污染物特征值、污染浓度上限值（＞1）、污染浓度下限值（＜1）、标准值（=1）。通过对特征值的分析，观察哪一种污染浓度突出或超过上限值，则该污染物在其中影响最大。

一是求归一化污染特征成分谱，具体计算公式为：

式中：为归一化污染特征成分谱；为某时间或者某一区域；为第几种污染物；为原始质量浓度。

将污染物进行百分比化，形成新的谱图。

二是求污染物浓度特征值，具体计算公式为：

三是求标准值、上限值、下限值，具体计算公式分别为：

特征雷达图将污染类型划分为6种：偏综合型（无明显超出上限的污染物）、偏二次型（PM偏高或超出上限）、偏机动车型（NO、CO 偏高或超出上限）、偏燃煤型（SO偏高或超出上限）、偏粗颗粒型（PM偏高或超出上限）、其他类型（结合当地实际情况进一步研究）。

本文对污染天数及污染源头进行统计分析，为避免人为误差，除上述划分依据外，进一步精细划分统计标准。其标准如下：取影响天数高于其他污染物且突出影响天数占污染天数比值大于1/3 的为突出污染源。综合污染源是指没有超上限或特别突出的污染源，污染物浓度接近标准值，没有在标准值与上限值间过半，彼此共同综合影响空气质量。

突出污染源附加衡量标准如下：如果没有超上限的值，那么其他值不超过标准值，有超标准值的为突出污染源。突出污染源取一项最突出结果。若超过空隙一半，则认为接近上限值，若没有，则判断是否为综合污染源。若在上限上压线小于0.01 的范围内，则认为超上限。

2.2.2 特征雷达图结果分析

6月份中突出或不小于上限值的污染天数如表1 所示，6月份30 d 内，京津冀地区除张家口市，空气质量为轻度污染及以上的天数过半甚至达2/3 之多。张家口市属空气质量较好的地区，所以污染天数相对较少，但依然近半。这验证了京津冀地区6月出现次高峰的情况。

表1 突出或不小于上限值的天数

北京市6月PM突出影响天数远大于其他污染源，且占污染天数的比例超过一半，所以判定北京市6月主要突出污染源为PM，属于偏粗颗粒型污染特征。

天津市污染天数中，PM、PM、NO及综合影响天数占比相差不大。但类型并不能划分为偏综合型，因为污染源复杂且多变，要进一步根据当地实际产业状况进行研究，将其划分为其他型。康晓风等研究发现，天津市空气质量受区域传输影响较大，建议加强区域联防联控。

河北省11 座城市中，石家庄污染天数有22 d，PM与PM占比最大，为二次+粗颗粒型。张家口6月污染天数有13 d，5 d PM为主要污染源，4 d PM为主要污染源，且SO、NO、CO 以及综合天数接近零。综合判断，PM和PM为主要影响源头，其应为二次＋粗颗粒型。张家口、唐山、廊坊均为偏二次型。承德SO为主要污染源，其为偏燃煤型。保定空气质量较差，污染源种类多，PM、PM、CO 和NO占比大，其为二次+粗颗粒+机动车型。秦皇岛为二次+机动车型。沧州空气质量排名在河北省处于中游，但6月污染天数仍较高，为21 d。在这21 d 中，从5 种污染物来看，PM为主要污染源的有9 d，占比大于1/3 且接近一半。PM影响天数占比明显最多，所以判断沧州为偏二次型。

邢台、衡水5 种污染物及综合影响天数相差不大，所以同天津，污染源复杂且多变，要进一步根据当地实际产业状况进行研究，将其划分为其他型。邯郸为二次+粗颗粒型。

综上，针对京津冀地区6月值偏高的现象，可以得出，不同区域分为不同类型，总体来看，13个城市中受PM影响的有8 个，可见PM为6月京津冀地区大气污染的主要源头，应加强管控及防护。

3 结论

PM污染主要发生在秋冬季，但对京津冀地区来说，春夏季节依然存在PM超标的情况。这一现象可能与O有关。两者具有共同的前体物——氮氧化物（NO）和挥发性有机物（VOCs），NO和VOCs 通过光化学反应产生O，同时，VOCs 通过大气光氧化过程、成核过程、凝结和气粒分配过程及非均相反应等生成二次有机气溶胶，它是PM的重要组成部分，有助于PM的生成。但针对两者之间明确的相关性，要结合气象条件、社会驱动因素等进一步探究。另外，针对6月空气中PM、PM含量高的原因，进一步探究发现，京津冀地区多年来重工业较多，结构性污染突出，贯穿全年，颗粒物始终是京津冀地区的主要污染物。所以，应给予颗粒物更多关注。