内蒙古黄河流域盟市PM2.5和O3污染特征

程宇飞，林昊，米敬，王小花

（1.内蒙古自治区环境监测总站，内蒙古呼和浩特010011；2.内蒙古环境监测检验有限公司，内蒙古呼和浩特010011；3.内蒙古自治区生态环境科学研究院，内蒙古呼和浩特010011）

黄河从宁蒙界都思兔河口流入内蒙古，穿行于库布其、乌兰布和两大沙漠之间，是我国北方重要的生态防线。内蒙古黄河流域盟市包括呼和浩特市、包头市、鄂尔多斯市、乌兰察布市、巴彦淖尔市、乌海市和阿拉善盟（以下简称“7个盟市”），荒漠化土地面积5.49亿亩，占全区荒漠化土地面积的60.1%。2020 年是“十三五”规划纲要的末年，加强黄河流域生态保护发展关乎中华民族伟大复兴的千秋大计。

细颗粒物（以下简称PM2.5）对气候、能见度、人体健康均可造成显著的不良影响。它对太阳光线的散射和吸收作用可以降低能见度，短期导致雾霾现象的发生，长远来看还会影响区域与全球气候；并且PM2.5可以进入人体肺部和血液，导致心血管和呼吸系统疾病，增加人口死亡率。臭氧（以下简称O3）的危害短期上会引发咳嗽、胸痛、恶心等不良反应，长期则可以损伤肺功能，增加人群死亡率；另外，O3还可以造成农作物减产。理论上讲，PM2.5和O3存在很大联系，一方面两者具有相似的前体物；另一方面两者在大气中可以相互影响，机理十分复杂。目前我国城市呈现区域性大气复合型污染特征，国内[1-5]针对此类情况开展了一系列研究。如周胜等[6]研究的珠三角城市群PM2.5和O3污染特征及VOCs组分敏感性分析，结果显示，PM2.5和O3在特定月份存在正负相关性等；而汪兵等[7]研究的长三角地区O3与PM2.5复合污染机制研究得出单方面降低一次PM2.5的排放具有加剧O3污染以及二次PM2.5污染的风险。本文从内蒙古黄河流域盟市PM2.5和O3污染特征入手，旨在对该区域关于PM2.5和O3污染上的精准预防和治理上提供科学的依据。

1 研究方法

1.1 数据来源

研究数据来源于内蒙古自治区生态环境厅官网和政府公开发布的数据资料，以内蒙古黄河流域7个盟市内国控环境空气自动监测站2020 年1 月1 日-12 月31 日PM2.5和O3的日均质量浓度为指标，数据监测过程严格执行《环境空气气态污染物（SO2、NO2、O3、CO）连续自动监测系统运行和质控技术规范》[8]和《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统运行和质控技术规范》[9]等相关标准，开展内蒙古黄河流域盟市PM2.5和O3的时空污染特征分析。环境空气自动监测布点示意图见图1。

图1 环境空气自动监测布点示意图

1.2 数据评价

按照《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ663-2013）和《环境空气质量标准》(GB3095-2012)的要求，城市环境空气质量采用实况（参比状态）数据；PM2.5按照日、月、季和年均浓度进行评价，O3按照日最大8 小时平均第90百分位数浓度进行评价。

2 结果与讨论

2.1 PM2.5和O3日均浓度污染特征

在2020年1月1日-12月31日内蒙古黄河流域7个盟市日均值统计表1中，PM2.5和O3浓度的最大值分别是包头市561μg/m3和呼和浩特市216μg/m3，分别超过日均二级标准限值（PM2.5：75μg/m3和O3：160μg/m3）的6.5 倍和0.4倍。超标天数中，呼和浩特市、包头市、巴彦淖尔市以PM2.5为首要污染物的占比最多为59.7%、61.3%、51.7%；乌兰察布市、鄂尔多斯以O3为首要污染物的占比最多为52.6%、41.2%；乌海市以PM2.5为首要污染物的占比多于以O3为首要污染 物的占比，阿拉善盟则相反。见图2。

表1 2020年1月1日-12月31日内蒙古黄河流域7个盟市日均值单位：μg/m3

图2 2020年7个盟市PM2.5日均、O3-90per浓度值

2.2 PM2.5和O3季、月均浓度污染特征

从图3 可以看出，2020 年内蒙古黄河流域7个盟市PM2.5浓度总体呈夏季低、秋冬季高的特点，呼和浩特市、包头市、巴彦淖尔市和乌海市冬季PM2.5的浓度分别超过参考年均二级标准限值（35μg/m3）的倍数分别为1.6、1.7、0.9 和0.5 倍，说明PM2.5对以上城市冬季污染具有一定程度的贡献。与此同时，O3浓度总体呈夏季高、冬季低的特点，呼和浩特市、包头市、鄂尔多斯市和乌兰察布市夏季O3的浓度超过参考年均二级标准限值（160μg/m3），最高倍数为0.04倍（鄂尔多斯市）。

图3 2020年7个盟市PM2.5季均、O3-90per浓度值

7 个盟市PM2.5浓度最高值均出现在1 月，浓度范围为40（乌兰察布市）～164（呼和浩特市）μg/m3。乌海市最低值出现在7月，浓度为23μg/m3；呼和浩特市、包头市、鄂尔多斯市和阿拉善盟最低值出现在8月，浓度范围为16（呼和浩特市）～21（包头市）μg/m3；进入9月后呼和浩特市保持了最低浓度，乌兰察布市和巴彦淖尔市出现最低值，浓度分别为15μg/m3和18μg/m3。相反的，O3浓度最低值均出现在12月，浓度范围为61（呼和浩特市）～89（阿拉善盟）μg/m3。呼和浩特市、乌海市、阿拉善盟最高值出现在6 月，浓度范围为160（阿拉善盟）～178（呼和浩特市）μg/m3；包头市、鄂尔多斯市、乌兰察布市和巴彦淖尔市最高值出现在7月，浓度范围为154（巴彦淖尔市）～180（鄂尔多斯市）μg/m3。运用Pearson 相关系数法研究内蒙古黄河流域7 个盟市PM2.5和O3在12个月中的浓度关系发现，1月和10月，相关系数值分别为-0.852和-0.841，呈现出0.05水平的显著性，两者呈现明显的负相关，而其他10 个月中并没有相关关系。导致这种现象的原因归于两者的相互作用，秋冬季较高浓度的PM2.5可降低消光系数和大气辐射强度、增强气溶胶化学厚度，不利于光化学反应，导致O3的生成速率降低[10]。见图4。

图4 2020年7个盟市PM2.5月均、O3-90per浓度值

2.3 PM2.5和O3年均浓度污染特征

2020 年内蒙古黄河流域7 个盟市中，4 个盟市城市环境空气质量达标，占评价盟市数的57.1%，比2019年上升14.2个百分点。见图5。从2020年168个重点城市改善幅度排名来看，包头市和呼和浩特市分别排在倒第一位和倒第五位，空气改善幅度排名在全国靠后。

图5 2020年7个盟市环境空气质量达标情况

经研究发现，7个盟市PM2.5浓度范围为22（乌兰察布市）～44（包头市）μg/m3，平均浓度32μg/m3；7个盟市O3浓度范围为134（包头市、巴彦淖尔市）～146（乌海市）μg/m3，平均浓度139μg/m3，7个盟市的PM2.5和O3平均浓度低于《环境空气质量标准》(GB3095-2012)年均二级标准限值（PM2.5：35μg/m3和O3：160μg/m3）。从图6可见，呼和浩特市、包头市、巴彦淖尔市和乌海市4个盟市PM2.5浓度相对较高；呼和浩特市、鄂尔多斯市和乌海市3个盟市O3浓度相对较高；乌兰察布市和阿拉善盟两项污染物的浓度均低于7个盟市的平均浓度。通过2.2季均和2.3年均浓度变化特征的分析，冬季PM2.5浓度高的盟市，年均浓度也相对较高，夏季O3亦然，说明污染物的季节和年变化特征有一定程度的关联。

图6 2020年7个盟市PM2.5年均、O3-90per浓度值

3 结论

（1）内蒙古黄河流域7 个盟市总体呈现PM2.5夏季低、秋冬季高；O3则夏季高、冬季低。两项污染物在1和10月存在明显的负相关性。季节特征与年均特征十分相近，PM2.5和O3在不同季节上的本地污染规律，为相关部门预防这方面的污染提供了科学的理论依据。

（2）从全年来看，呼和浩特市和乌海市的两者浓度均相对较高，乌兰察布市和阿拉善盟则正好相反，包头市和巴彦淖尔市PM2.5浓度相对较高，鄂尔多斯市O3浓度相对较高。希望通过区域浓度高低的比较，了解对当地污染贡献大的污染物，可以配置一区一策，实现精准治污。