华北地区五所典型城市空气质量对比分析
华北地区五所典型城市空气质量对比分析
赵凯丽;贾陈忠;秦巧燕;乔玉杰
【摘 要】基于华北地区五所典型城市2015年1月至2016年3月的空气质量常规监测数据,比较了本地区典型城市空气污染的时空分布差异.分析结果表明:华北地区五所典型城市的空气质量指数(AQI)的时空变化差异较大,春秋季节空气质量较好,冬夏季节空气质量较差.首要污染物多为可吸入颗粒物和臭氧,臭氧随着温度和光照的增加而升高,呈现夏高型特征,其他污染物呈现夏低型特征.五所典型城市中,北京和石家庄的空气质量较差,其中,石家庄的污染最为严重,呼和浩特的空气质量最好.从整体上看,2016年前三个月的各项污染物浓度均低于2015年前三个月,说明华北地区五所典型城市的空气质量正在逐渐好转.地形、社会经济发展水平、产业结构等对空气质量有较大影响.%Based on the routine monitoring data of air quality from January 2015 to March 2016, the air quality of five typical cities in north China is analyzed comparatively. The results indicated that Air Quality Index ( AQI) of the five typical cities has a great deal of differences in time and space, in spring and autumn air quality is better than that in winter and summer. According to air quality composite index of five cities in different
season, air quality is the best in summer and the worst in winter. The chief pollutant is respirable particulate matter or ozone mostly. In the six pollutants, the ozone is increasing with the increase of temperature and light intensity, and other pollutants are decreasing with the increase of precipitation. In five cities, the air quality in Beijing and Shijiazhuang is worse, that of the most serious is in Shijiazhuang and the best is Hohhot. Overall, in the first three months of 2016, the pollutant concentration is lower than that in the first three months of 2015.The fact shows that air quality of five typical cities in North China is getting better. In addition, Terrain, economic and social development level, and industry structure have a great effect on air quality.
雾霾城市
【期刊名称】《山西师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(032)003
【总页数】8页(P87-94)
【关键词】空气质量;对比分析;典型城市;华北地区
【作 者】赵凯丽;贾陈忠;秦巧燕;乔玉杰
【作者单位】山西师范大学地理科学学院,山西 临汾 041000;山西师范大学地理科学学院,山西 临汾 041000;山西师范大学分析测试中心,山西 临汾 041000;山西省临汾市尧都区环境保护局,山西 临汾 041000
【正文语种】中 文
【中图分类】X51
0 引言
空气质量对人体健康及动植物正常生长具有重要影响，由于各地自然地理环境的不同和经济发展水平的差异，不同地区和城市的空气会呈现出不同的污染特征.因此，要制定符合自身实际情况的卓有成效的空气污染防治措施，必须首先了解本地与其他地区空气污染特征、地理环境、气象要素及经济发展的差异[1].
华北地区作为中华民族的发源地，孕育了我国优秀灿烂的文化，但由于诸多原因，目前该
地区空气污染十分严重，大大影响着人们的正常生产生活.因此，掌握该地区空气污染的时空分布特征，对整治其恶劣空气质量，防止空气污染的进一步加剧具有重要意义[2].本文通过对华北地区五所典型城市(北京、天津、石家庄、太原、呼和浩特)2015年1月～2016年3月的空气质量常规监测数据的分析，探讨了该地区大气污染的主要特征，确定了其主要污染来源，并结合不同城市的自然地理概况和社会经济发展状况，讨论了五城市空气污染的时空分布差异，并提出具有区域和地方特的大气污染防治措施和建议.这对正确执行我国华北地区大气环境质量的监管工作，科学制定大气污染控制对策，防止华北地区空气质量的持续恶化具有重要意义.
1 华北地区五所典型城市地理概况特征
1.1 自然地理概况
区域空气质量状况主要受到局地大气污染物排放的影响，但气压、风速、气温、降水、相对湿度等气象要素对空气质量也存在诸多潜在影响.另外，地理位置决定了局地的气候类型，地形和水文对气候的要素也会产生影响，而且地形在很大程度上对污染物的扩散速度起决定作用[3]，这导致不同城市的空气污染具有鲜明地域特征.
本文选择的华北地区五所典型城市的纬度在37°到40°左右，都是温带气候类型，但由于地形的不同、地势的区别、距离冬季风源地的远近和水文状况的变异，导致其温度、降水、相对湿度等方面存在一定差异，对区域大气污染物的污染程度和扩散速度会产生较大影响.比如太原市位于太原盆地的北端，除南面外，西、北、东三面环山，冬季供暖燃煤造成二氧化硫浓度的增加，但由于其西、北部山脉的阻挡冬季偏北风对二氧化硫扩散的影响小，会导致该地冬季空气质量很难得到改善；而呼和浩特位于蒙古高原中部的土默川平原上，没有山脉的阻挡，冬季风大大加速了污染物的扩散，则不会有这类问题.石家庄地处太行山东麓，西南方到西北方有高山环抱，常年平均风速偏小，秋冬季大气层结稳定，近地面常出现逆温，不利于污染物扩散，导致污染物在近地层堆积，空气质量较差[4，5].
1.2 社会经济概况
城市空气污染特征往往与当地社会经济发展水平有密切关系.本文涉及到的华北地区五所城市的经济发展水平不同，产业结构存在很大差异[6～10].北京的经济总量大于天津、太原和呼和浩特，第三产业所占比例高达79.8 %，呼和浩特和太原第三产业所占比例也较高，第三产业与第二产业相比对环境产生的不良影响更小.石家庄、天津工业和太原第二产业比例
相对较高.通常工业企业的废气排放是大气污染的主要来源，城市轻、重工业的比重、主要工业产量以及建筑业状况等都会影响大气污染物的浓度以及主要污染物的类型.另外，城市的常住人口、公路里程、民用汽车、公交运营线路与其经济发展水平相一致，也会对空气质量产生较大影响；北京的经济总量最高，其常住人口、公路里程、民用汽车、公交运营线路最多；太原的经济总量最低，其公路里程、民用汽车、公交运营线路也最少；其余城市依次为天津>石家庄>呼和浩特.
2 数据来源和评价标准
2.1 数据来源
本文数据来源于中国环境监测总站发布的《京津冀、长三角、珠三角区域及直辖市、省会城市和计划单列市月空气质量报告》[11].选取华北地区五所典型城市：北京、天津、石家庄、太原、呼和浩特在2015年1月至2016年3月的空气质量常规监测月报数据进行分析.
2.2 评价标准和评价指标
本文采用《环境空气质量标准》(GB3095-2012)[12]的六项基本项目为SO2、NO2、PM10
、CO、O3、PM2.5作为评价因子，分析各污染因子月均浓度值及基于此六项指标计算出的空气质量指数(AQI)和大气环境质量综合指数，且以《环境空气质量标准》(GB3095-2012)规定的各因子的二级浓度限值为污染评价依据.
3 结果与分析
3.1 五所城市空气质量的时空变化特征
图1表示2015年1月～2016年3月华北地区五所典型城市空气中SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5的月均浓度值的变化情况.
3.1.1 SO2、CO和NO2的时空变化特征
由图1可知，SO2、CO和NO2的月均浓度从1月份开始下降，直至9月份开始上升，浓度呈现出明显的冬春高、夏秋低的特点，这与污染物及污染源的季节性活动有密切关系.冬春季节北方地区由于供暖大量燃烧煤、天然气，且出行方式多选择防风保温的汽车，造成大气中SO2、CO和NO2浓度异常升高；而且华北地区冬春季降水少，对空气中污染物的稀释冲刷作用较弱，结合地面高压对流运动不明显等不利天气状况的影响，致使冬春季SO2、CO
和NO2的浓度居高不下.另外，太原、石家庄、呼和浩特、天津、北京的SO2浓度依次降低，主要受局部地理位置及地形地貌的影响.太原北高南低、石家庄西高东低等都不利于冬季西北风的流动，阻碍污染物的扩散.太原全年SO2浓度都比较高，反映了作为产煤大省山西省会以煤为主的能源消费结构.北京SO2浓度在五市之中全年最低且每月的变化幅度最小，说明其清洁能源使用率较高.
不同城市SO2和NO2的浓度变化趋势并不相同，北京和石家庄的NO2明显高于其他三市，这是由于城市中NO2主要来自石油燃料的消费，与不同城市的人口密度和机动车保有量等有密切关系.整体上看，除2015年1月太原市的SO2和石家庄的NO2超标外，其余时间城市SO2和NO2的浓度均达到二级标准.北京和石家庄的CO浓度从11月到2月都超标，主要是与周边地区各种重工业特别是钢铁厂的污染排放有关，再加上城市人口增加导致冬季采暖大量煤炭不完全燃烧的压力，结合此两城市地势不利于冬季风流通，地面大气对流运动不明显，导致CO产生量大且不易扩散[13，14].天津虽然人口与北京相近，但由于天津的地势以平原和洼地为主，冬季风流通较畅，有利于大气污染物的扩散[15].

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