张思宇，茹 艺

(1.哈尔滨师范大学 地理科学学院，寒区地理环境监测与空间信息服务黑龙江省重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150025；2.哈尔滨市道外区疾病预防控制中心，黑龙江 哈尔滨 150056)

1 引言

随着我国城市化快速发展，高污染、高能耗、低效率粗放型的经济模式造成了空气污染，制约了可持续发展。人类的经济社会活动排放出大量的废气，其中包括细颗粒物(PM2.5)。当大气自净能力下降至一定程度时，细颗粒物的浓度就会不断积聚，易出现严重的雾霾天气。PM2.5是指空气中动力学直径小于等于2.5 μm的颗粒物。它能够在空气中长期悬浮，当其在空气中浓度较高时，则此时的空气污染情况较为严重。PM2.5污染的影响不仅在于对空气质量和能见度的干扰，由于其会携带有毒有害物质，在大气中远距离运输、活性强等特点，会对人类呼吸系统造成伤害[1,2]。

关于大气PM2.5污染问题，国内外学者从不同层面开展广泛研究，现有成果颇丰[3,4]。韩立建[5]研究表明，在城镇化快速发展和人口稠密地区，大气污染程度明显高于其他区域。学者针对研究的热点区域——京津冀、长三角、珠三角地区PM2.5污染时空特征与影响机理进行分析[6～8]。主要围绕自然和社会2 个角度展开讨论影响因素。胡子超等[9]分析了PM2.5污染与气象因子的相关性，湿沉降成为解决气溶胶污染的突破口。刘晓红等[10]认为城市居民人均收入的提高会降低PM2.5污染，得益于居民环境保护意识的增强。

根据《中国生态环境状况公报》大气环境监测数据显示，在全国338 个地级市及以上城市中，有250 多个城市空气质量超标，东北地区的空气质量超标城市占所有城市的11%，细颗粒物是造成污染的首要污染物，浓度超过国家环境空气质量二级标准，其中黑龙江省PM2.5污染情况较为严重。开展市域层面的研究能够更好地挖掘各城市的区域差异，因地制宜地提出政策措施。基于2009～2018年黑龙江省城市PM2.5浓度面板数据，利用GIS和回归模型等方法，探究其时空演变特征与影响因素，以期为区域PM2.5污染治理提供依据。

2 研究区概况

黑龙江省地处中国东北地区北部，是我国重要的商品粮基地、能源原材料基地、装备制造基地和石油化工基地。行政区划内包括哈尔滨市、大庆市、齐齐哈尔市、伊春市、绥化市、鹤岗市、佳木斯市、双鸭山市、黑河市、七台河市、鸡西市、牡丹江市和大兴安岭地区13 个地级城市。全省主要的气候特征表现为：春季低温且多大风天气，降雨量少，易出现春旱；夏季温热湿润，雨量充沛；秋季易发生洪涝霜害；冬季寒冷漫长，气候地域性差异较大。在降水方面，黑龙江省呈现典型的季风特征。夏季主要受东南风影响，降雨充沛，而冬季则在干冷的西北风控制下，少雨干燥。

3 数据来源与研究方法

3.1 数据来源与处理

本文以黑龙江省13 个地级城市2009～2018 年PM2.5月平均浓度数据为研究基础，探究其时空演变特征及影响因素。数据取自黑龙江省环境保护厅与黑龙江统计年鉴，部分缺失数据由插值法计算进行平滑处理。依据气象局发布的气象行业标准《气候季节划分》(QX/T152-2012)，以气候要素(平均气温)分布状况、季节的时间节点和天文季节为根据，将四季划分为：3～5月份为春季、6～8月份为夏季、9～11月份为秋季，12月至次年2月份为冬季。

3.2 研究方法

运用origin对2009～2018 年黑龙江省地级城市PM2.5月平均浓度数据分析其时间序列特征。基于ArcGIS软件空间分析功能，明晰其空间分布格局特征。利用面板计量模型，进行PM2.5各影响因素的回归分析并进行检验。

4 结果与讨论

4.1 黑龙江省PM2.5浓度时间序列变化特征

4.1.1 黑龙江省PM2.5浓度年际变化特征

根据2009～2018年黑龙江省城市PM2.5浓度数据，汇总计算得出黑龙江省PM2.5浓度年际变化，如图1所示。可以看出，黑龙江省PM2.5的年平均浓度在2009～2014年呈现上升状态；在2014～2018年呈现出下降趋势。黑龙江省政府2014年发布《黑龙江省大气污染防治行动细则》，计划通过全面防治大气污染的部署，预计到2017年使黑龙江空气质量逐年提高，基本消除重污染天气。此外，为应对城市空气污染问题，政府积极调整产业结构、提升生产技术、追求清洁生产与国家严格实施环境保护工作的共同作用，成果显著，在很大程度上削减了PM2.5浓度的上升趋势。

图1 黑龙江省2009～2018年PM2.5浓度变化

4.1.2 黑龙江省各城市PM2.5浓度及其季节变化特征

为清晰比较出各地级市PM2.5污染情况及其季节变化特征，以2018 年黑龙江地级城市PM2.5浓度月平均为代表，如图2所示。2018 年黑龙江省地级城市中，以哈尔滨、鸡西、绥化受PM2.5污染情况较为严重。PM2.5平均浓度最大值出现在哈尔滨市1月份，达到81 μg/m3。这些城市规模较大，且多以重工业为主，人口密度高，工业废气和汽车尾气的排放量大，PM2.5污染情况严重。整体来看，黑龙江省PM2.5污染有明显的季节性，冬季污染情况最为严重，春秋两季次之，夏季污染较轻。由于黑龙江省处于高纬度地区，冬季寒冷且漫长，依靠燃烧煤炭进行供暖，每年的11月至次年3月份属于主要采暖期，煤炭在一定时间段内集中燃烧会产生大量PM2.5污染物，且冬季大气层结较为稳定，PM2.5等细颗粒物难以扩散，因此污染浓度在冬季会升高[11]。而在夏季，黑龙江省处于温带大陆性季风气候，有利于PM2.5的扩散，且降雨充沛，可以将空气中PM2.5细颗粒物携带到地面，达到净化效果，降低其浓度。

图2 2018年黑龙江省各城市PM2.5浓度变化

4.2 黑龙江省PM2.5浓度空间格局特征

运用ArcGIS10.2软件计算，分析黑龙江省PM2.5浓度的空间自相关性，得到Moran's I指数变化，如图3所示。黑龙江省各地级城市PM2.5浓度的全局自相关在2月份、7月份、11月份为正相关，1月份、3～6月份、8～10月份以及12月份均呈现出负相关关系。从整体角度出发，黑龙江省PM2.5污染存在弱相关性。局部空间自相关结果表明：4月份、8～12月份PM2.5在牡丹江市污染较高而其相邻城市PM2.5污染较低；1月份、2月份PM2.5在哈尔滨、鹤岗市污染较高而其临近城市PM2.5污染较低；3月份、5～7月份大兴安岭地区PM2.5污染较周围城市均较低。

图3 2018年黑龙江省PM2.5污染Moran's I指数变化

根据黑龙江省各地级市空间位置和PM2.5浓度，运用空间分析技术，绘制2009～2018年黑龙江省PM2.5浓度重心变化轨迹，如图4所示。2009～2018年黑龙江省PM2.5浓度重心、纬度整体呈上升态势，空间重心位于伊春市。2012～2015年间黑河、大庆、牡丹江等低纬度城市PM2.5浓度增长幅度较大，黑龙江省PM2.5浓度重心、纬度有所下降。2009～2012 年与2015～2018 年两次重心迁移变化原因不同。前者是由于绥化、大庆等城市PM2.5浓度增幅较大使得重心上升且经度下降。而后者是在政策领导下城市空气质量改善状况明显，而双鸭山、佳木斯等城市PM2.5浓度减少幅度较小，重心上升。

图4 2009～2018 年黑龙江省PM2.5污染重心变化轨迹

4.3 黑龙江省PM2.5影响因素分析

参考既有研究成果[12,13]结合黑龙江省自身状况，利用面板回归模型，剖析2009～2018年影响PM2.5的自然和社会经济因素。经Hausman检验，选择面板固定效应模型，结果如表1所示。

表1 黑龙江省PM2.5影响因素的回归结果

4.3.1 自然因素

气温在1%的显著水平对PM2.5浓度起反向影响。当气温升高时，大气运动剧烈，与周围的洁净空气进行混合，可以降低PM2.5污染物的浓度。当气温较低时，大气中气流运动较弱，不利于污染物的稀释扩散，造成污染物的堆积，加剧污染程度。黑龙江省处于高纬度地区，气温变化大，冬季气温较低，大气层结构稳定，不利于PM2.5的扩散，城市空气污染情况严重；而夏季气温高，大气活动剧烈，加速污染物的扩散，空气中PM2.5浓度较低，空气质量较好。

风速在1%的显著水平对PM2.5浓度产生正向影响。风速较小时，颗粒污染物往往会积聚在近地表区域，严重时会引起雾霾天气；风速大时，有利于其稀释扩散，而当风速达到最大程度时，会将近地面的沙尘卷起，引起沙尘天气，就可能会增加城市空气中的PM2.5污染物的浓度。黑龙江省处于温带大陆性季风气候的影响区域，春季干燥且多大风天气，易发生沙尘天气，一定程度上增大了PM2.5浓度。

降水对城市空气PM2.5污染物具有清洗作用，能在一定程度上减少其浓度。黑龙江省由于气候条件，降水分为降雨和降雪两种类型。夏季季风气候带来的大量降水携带走空气中的PM2.5污染物，降低其浓度；冬季虽有降雪降低PM2.5浓度，但由于黑龙江省冬季气温低，依靠燃煤供暖，排放大量颗粒物，降雪净化作用不大。

4.3.2 社会因素

由表1结果可以看出GDP与人口都在不同程度上对城市PM2.5起到正向作用。以“黑土地”闻名的黑龙江省是我国商品粮的重要产地，在进行农业生产的过程中，由于像燃烧秸秆等人类活动在一段时间内集中进行，是增加城市空气PM2.5污染的重要原因。此外，近年来在政府及相关部门的带领与管理下，PM2.5污染防治在多方面取得进展。企业进行技术改进等方法，减少生产过程中污染气体的排放，极大程度地减少废气中的污染物(包含PM2.5)。政府逐步增大在环境保护工作上的投入。群众积极响应，环保意识不断提高，其中效果最为显著的是减少使用私家车，多乘坐公共交通工具出行。这可大大减少机动车尾气的排放，一定程度上减少了城市空气PM2.5的浓度[14]。

5 结论

黑龙江省PM2.5受季节性影响显著，冬季污染最为严重，春、秋两季较次之，夏季污染情况最轻。同时，黑龙江省地级市间PM2.5污染程度不同，且全局自相关性大部分呈现出负相关性，局部相关性较差，污染重心位于伊春市。风速、地区GDP和人口对PM2.5污染呈显著正向影响，气温与降水量起反向作用。

科学地认知PM2.5时空演变规律及影响因素，是城市经济发展和环境保护的重难点。既能对污染产业进行合理的空间布局并为调整能源结构提供科学依据，还可以减轻雾霾天气对公众健康的影响。在开展黑龙江省PM2.5的防控工作时，应科学合理地指导垃圾焚烧工作的进行，并且加大政府及有关部门监管和指导的工作力度。在生产生活过程中使用优质的煤炭和石油，减少PM2.5等污染物的排放，企业严格按照国家废气排放标准，政府要严惩违反的企业。此外，还应扩大黑龙江省城市绿地面积，多种植具有净化作用的植被。