白　煜　罗海江　封　雪　古丽娜孜　贾　蕾　黄　薇　万立冬

(1.中国环境监测总站国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京　100012；2.新疆维吾尔自治区环境监测总站，乌鲁木齐　830011；3.环境保护部环境与经济政策研究中心，北京　100012；4.北京中环格亿技术咨询有限公司，北京　100029；5.北京市石景山区环境监测站，北京　100043)



北京与杭州空气污染物变化特征研究

白煜1罗海江1封雪1古丽娜孜2贾蕾3黄薇4万立冬5

(1.中国环境监测总站国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京100012；2.新疆维吾尔自治区环境监测总站，乌鲁木齐830011；3.环境保护部环境与经济政策研究中心，北京100012；4.北京中环格亿技术咨询有限公司，北京100029；5.北京市石景山区环境监测站，北京100043)

【摘要】本文以北京和杭州为研究区域，对2013年9月-2014年7月间北京和杭州主要空气污染物浓度时间变化规律开展分析，采用城市环境质量评价监测点和背景监测点的小时监测结果来反映城市内部空气污染物来源及差异，并对研究期间上述城市的空气质量进行评价。

【关键词】空气污染物；时间变化规律；北京；杭州

了解以PM2.5为主的城市空气污染物时间变化规律，为当地居民提供详实的生活健康指导与参考，显得尤为必要。本文以北京和杭州为研究区域，基于国家环境空气监测网与环境空气质量实时发布系统，以2013年9月1日-2014年7月31日间空气质量标准(GB3095-2012)中的常规监测空气污染物为研究对象，对北京和杭州空气污染物浓度时间变化规律与空间分布特征开展分析和空气质量评价。

1材料和方法

1.1研究区域及主要研究对象

选取北京、杭州南北两个城市作为研究区域，选取新空气质量标准中规定的六项空气污染物(PM10、SO2、NO2、PM2.5、CO和O3)作为研究对象；分析北京和杭州六项污染物的日浓度、月浓度和小时浓度的变化趋势，评价研究期间北京和杭州的空气质量。

1.2数据来源及处理

本研究中所用六项污染物的监测数据来源于中国环境监测总站“全国城市空气质量实时发布平台”。六项污染物小时监测结果为各城市PM10、SO2、NO2、PM2.5、CO和O3的小时监测结果，臭氧日浓度、周均浓度等以臭氧最大8小时滑动平均浓度(O3-8H，下同)来代表。六项污染物的周均、月均及年均浓度分别由它们的日浓度计算得到，数据计算方法和空气质量评价方法均依据《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ663—2013)和《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ633—2013)。

2结果与讨论

2013年9月-2014年7月期间，北京空气中SO2、NO2、PM10、CO、O3-8H和PM2.5的日浓度范围分别为3～132μg/m3，8～133μg/m3，10～387μg/m3，0.3～5.2mg/m3，5～311μg/m3和5～389μg/m3。杭州市SO2、NO2、PM10、CO、O3-8H和PM2.5的日浓度范围分别为5～82μg/m3，14～136μg/m3，9～421μg/m3，0.4～2.9mg/m3，11～249μg/m3和12～376μg/m3。主要的统计结果见表1。

表1　北京、杭州六项空气污染物特征

2.1统计性结果

对北京和杭州六项污染物日浓度进行Person相关统计分析，结果表明这两个城市的臭氧与其他五项污染间呈显著负相关关系，其余五项污染物之间存在显著的正相关关联，具有相似的污染来源或影响(或驱动)要素；也从另一方面也反应了北京、杭州空气中臭氧的影响因素或污染来源与其他五项污染物有差异。

2.2日浓度变化趋势

2013年9月1日-2014年7月31日间北京主要空气污染物的每日浓度变化趋势见图1。由图可见，北京空气污染物中的NO2、SO2、CO和臭氧浓度呈现明显的季节性，且臭氧浓度的季节变化与前三项污染物趋势不同。具体表现为5-7月为臭氧高浓度期间，10月-次年3月为臭氧低浓度期；而三项污染物浓度的高值区主要为12月-2月，低值区主要为5-7月。虽然颗粒物(PM10、PM2.5)日浓度季节变化幅度小于其他几项污染物，但总体上呈现12月-2月间的日浓度要高于其它月份的特征。

图1　北京主要空气污染物日浓度变化

杭州环境空气中六项污染物日浓度变化趋势见图2。与北京类似，NO2、SO2、CO和臭氧浓度呈现明显的季节性，且臭氧浓度的季节变化与前三项污染物趋势不同。具体表现为6-7月为臭氧高浓度期间，12月为臭氧低浓度期；而三项污染物浓度的高值区主要为11月-1月，低值区主要分布在7月。颗粒物(PM10、PM2.5)日浓度在12月-2月间显著高于其它月份。

图2　杭州主要空气污染物日浓度变化

2.3周浓度变化趋势

研究期间，北京和杭州六项污染物的周平均浓度列于图3。其中，北京SO2的最高值为周五和周六，NO2的最高值为周五和周六，PM10的最高值出现在周四-周六，PM2.5的高值出现在周五和周六，CO的变化幅度不大，臭氧的高值为周六和周一。杭州SO2的最高值为周四-周六，NO2的最高值为周四，PM10的最高值出现在周四-周六，PM2.5的高值出现在周六，CO的变化幅度不大，臭氧的高值出现在周一。

2.4月浓度变化趋势

2013年9月-2014年7月期间，北京市SO2、NO2、PM10、CO、O3-8H和PM2.5的月浓度范围分别为7～59μg/m3，40～67μg/m3，74-153μg/m3，0.8～2.2mg/m3，35～166μg/m3和56～150μg/m3。主要变化趋势见图4。NO2、SO2、CO和颗粒物(PM10、PM2.5)月均浓度最高值均为2月份，低值在6或7月；臭氧月均浓度最高值为7月份，最低值在12月份。

杭州市SO2、NO2、PM10、CO、O3-8H和PM2.5的月浓度范围分别为10～48μg/m3，36～84μg/m3，69～194μg/m3，0.7～1.7mg/m3，39～138μg/m3和47～145μg/m3。污染物月均浓度变化趋势见图4。NO2、SO2、CO和颗粒物(PM10、PM2.5)月均浓度最高值均为2月份，低值在7月；臭氧月均浓度最高值为7月份，最低值在12月份。

图3　北京、杭州空气污染物周均浓度变化

图4　北京、杭州空气污染物月均浓度变化特征

2.5小时浓度变化趋势

为反应北京、杭州城区空气污染状况，选取北京市背景监测点定陵(DL)和城区监测点东四(DS)为研究点，选取杭州市背景监测点千岛湖(Q)和城区监测点下沙(X)为研究点，基于前面的研究结果，除臭氧外的五项污染物日浓度高值均在12-2月，且2014年1月30-31日为春节期间，烟花爆竹燃放较为集中，选取1月15日-2月15日作为本文小时浓度特征研究时间段，分析北京定陵、东四和杭州千岛湖、下沙四个点位空气质量监测点的六项污染物小时浓度及空气质量变化特征。

四个点位空气质量指数(AQI)的小时变化趋势列于图5。由图可见，2014年1月15日-2月15日期间，定陵点位AQI小时均值为109～148，东四点位AQI小时均值范围为114～182。东四监测点位的所有AQI小时均值高于定陵点位，这在一定程度上反应了北京市区存在空气污染，且污染主要为市区污染源排放导致。AQI最高值出现在每日23-24时，最低值在8时。需要注意的是，背景点定陵的小时AQI均值也高于100，表明背景点存在空气污染物超标，反应了这部分污染源为外来污染源，这从另一个角度说明了这一时间段北京地区空气质量可能受邻近地区空气污染的影响。

图5　北京、杭州不同点位AQI小时均值

杭州背景点位和市区点位的AQI小时均值变化情况见图5。千岛湖和下沙AQI小时均值分别为67～93、109～131.3。2014年1月15日-2月15日期间，下沙空气质量监测点位AQI小时均值高于千岛湖点位，说明市区存在着一定程度的空气污染，且污染主要来源为市区污染源排放导致。AQI最高值均出现在20时，最低值在0时，此外，下沙监测点位AQI在上午8时出现次高值，早8时、晚8时为上下班的交通高峰期，这表明下沙监测点位空气污染物浓度受交通影响的比例较大。需要注意的是，背景点千岛湖的部分小时AQI均值高于50，但均低于100，表明千岛湖虽有空气污染物但浓度并未超过标准，且污染物浓度在一定程度上受市区污染物浓度影响。

定陵和东四点位六项污染物2014年1月15日-2月15日期间小时浓度均值的变化趋势见图6。图中结果显示：东四所有空气污染物的小时均值都高于定陵。污染物浓度出现高值的时间上，除臭氧小时均值在两个点位的高、低值分别为19时和为9时外，其余五项污染物在两个点位的高低值出现的小时均有差异。

除颗粒物外，其他污染物的小时变化幅度较小，且大都达到空气质量二级标准。为更进一步了解颗粒物及空气质量的小时变化特征，以除夕和初一两天(2014年1月30-31日)为区间，对定陵和东四点位颗粒物小时浓度和AQI的小时值开展分析，结果见图7。48小时内，定陵、东四点位的AQI变化范围分别为23～251、19～416；PM10小时浓度分别为14～244μg/m3、14～461μg/m3；PM2.5小时浓度分别为5～201μg/m3、7～373μg/m3。图中可见，AQI和颗粒物(PM10，PM2.5)小时浓度最高值均出现在30日夜间和31日凌晨，这可能与除夕夜间及初一凌晨居民大量燃放烟花爆竹有一定的关联。

图6　北京不同点位六项污染物小时均值

图7　北京市不同点位六项污染物小时均值

千岛湖和下沙点位六项污染物小时浓度的变化趋势列于图8。由图可见，2014年1月15日-2月15日期间，两个点位污染物的小时均值变化趋势大致相同，下沙点位PM10、PM2.5、SO2、NO2和CO的小时均值高于千岛湖，但千岛湖臭氧的8小时最大浓度要高于下沙，具体原因有待结合气象、地形、土地利用等多要素综合分析。

为更进一步了解杭州市臭氧和颗粒物小时浓度及空气质量的小时变化特征，以除夕和初一两天(2014年1月30-31日)为区间，对千岛湖和下沙点位颗粒物小时浓度和AQI的小时值开展分析，结果见图3-5。48小时内，千岛湖和下沙点位的AQI小时变化范围分别为112～243、98～315；PM10小时浓度分别为102～218μg/m3、77～393μg/m3；PM2.5小时浓度分别为84～193μg/m3、73～265μg/m3；O38小时最大浓度为21～120μg/m3，8～83μg/m3。图中可见，AQI和颗粒物(PM10，PM2.5)小时浓度最高值均出现在30日夜间和31日凌晨，这可能与除夕夜间及初一凌晨居民大量燃放烟花爆竹有一定的关联。

2.6空气质量状况

研究期间，北京SO2、NO2、PM10、CO、O3-8H和PM2.5的年均浓度分别为25.8μg/m3，56.7μg/m3，115.2μg/m3，1.4mg/m3，89μg/m3和89.5μg/m3。按空气质量标准GB3095-2012评价，PM10和PM2.5年均浓度高出二级标准，空气质量为劣二级。杭州SO2、NO2、PM10、CO、O3-8H和PM2.5的年均浓度分别为24.6μg/m3，53.8μg/m3，111.8μg/m3，1.0mg/m3，88.2μg/m3和73.5μg/m3。按空气质量标准GB3095-2012评价，PM10和PM2.5年均浓度高出二级标准，空气质量为劣二级。按照《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ663—2013)和《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ633—2013)计算和分析北京和杭州日AQI变化趋势，并对首要污染物和主要污染物的污染天数进行统计，结果见图10和表2。

图8　杭州不同点位六项污染物小时均值

图9　杭州市点位AQI和六项污染物小时变化趋势

图10　北京、杭州日AQI变化趋势

首要污染物天数北京杭州污染天数北京杭州NO227365133PM1029395131O3-8H51568362PM2.5190173151122

北京AQI变化范围为27～426，杭州变化范围为28～418。334天中，北京有172天出现空气污染(AQI>100)，占总天数的51.5%。PM2.5是北京的首要空气污染物，发生污染的天数为151天，占45.2%，臭氧其次，有83天出现臭氧超标，占24.9%；杭州市有141天出现空气污染，占42.2%，PM2.5发生污染的天数为122天，占36.5%，臭氧浓度有62天出现超标，占18.6%。北京的空气污染程度比杭州严重，表现为六项污染物的平均浓度和超标天数均高于杭州。PM2.5在大气颗粒物中空气动力学直径≤2.5μm，其比表面积大，易携带大量有毒有害物质，经呼吸道进入人体肺部深处及血液循环，对人体产生的危害较PM10更大，可对人体呼吸系统、心脑血管系统、神经系统和免疫系统造成危害，甚至会导致癌症和新生儿出生缺陷。臭氧是光化学烟雾污染的重要标志物，近地面高浓度的臭氧危害较大，能影响人体身体健康[3]，灼伤作物叶面、造成农作物减产，并可对生态环境造成严重危害，臭氧污染问题已成为我国城市发展过程中迫切需要解决的重要环境问题。

3结论

北京和杭州空气中的SO2、NO2、CO、PM10和PM2.5这五项污染物间存在显著的正相关相互关系，表明它们的污染来源及影响因素存在一定的关联。臭氧与上述五项污染物间存在负相关或没有相关性，这从一定程度上反映这两个城市空气中臭氧的污染来源或影响因素与其他五项污染物有差异。

北京空气污染物中的NO2、SO2、CO和臭氧的日浓度有明显的季节性，5-7月臭氧浓度高，10月-次年3月臭氧浓度低；NO2、SO2和CO日浓度在12月-2月高，5-7月低。颗粒物(PM10、PM2.5)日浓度在12月-2月高于其它月份。月均值变化趋势上，北京NO2、SO2、CO和颗粒物(PM10、PM2.5)月均浓度最高值均为2月份，低值在6或7月；臭氧月均浓度最高值为7月份，最低值在12月份。杭州NO2、SO2、CO和颗粒物(PM10、PM2.5)月均浓度最高值均为2月份，低值在7月；臭氧月均浓度最高值为7月份，最低值在12月份。污染物周均浓度方面，两个城市的CO变化幅度均不明显，颗粒物在周四-周六出现最高值，臭氧的高值为周六或周一。

2014年1月15日-2月15日期间，北京城市环境质量评价点AQI小时均值高于背景点，这表明北京市区存在的空气污染可能主要为市区污染源排放导致。背景点也存在空气污染物超标情况，反映了区域间空气污染物的迁移和相互影响。杭州市区存在着一定程度的空气污染，主要为市区污染源导致；杭州城市环境质量评价点空气污染物浓度受交通影响程度较大，背景的污染物浓度在一定程度上受市区污染物浓度影响，但浓度并未超过标。此外，春节期间空气AQI和颗粒物浓度均升高，可能与这期间人群活动如烟花爆竹燃放量增加有较大关联。

北京和杭州的空气质量均为劣二级，且北京六项污染物的平均浓度和超标天数均高于杭州，空气污染程度比杭州严重。两个城市的PM10和PM2.5年均浓度均超过空气质量标准GB3095-2012二级标准，存在严重颗粒物污染，细颗粒物是这两个城市当前的主要污染物，也是目前全国空气污染治理的首要对象。臭氧成为北京和杭州的第二污染物，在夏季浓度较高，超标天数多，需引起相关部门和人群的注意。

参考文献：

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[2]WangYH，HuB，TangGQ，etal.CharacteristicsofozoneanditsprecursorsinNorthernChina：Acomparativestudyofthreesites[J].AtmosphericResearch，2013，132-133：450-459.

[3]张红星，孙旭姚，余辉，等.北京夏季地表臭氧污染分布特征及其对植物的伤害效应[J].生态学报，2014，34(16)：4756-4765.

作者简介：白煜，硕士，工程师，主要研究方向为环境统计与污染源监测

通讯作者：万立冬，本科，主要研究方向为环境工程

中图分类号：X511

文献标识码：A

文章编号：1673-288X(2016)04-0173-06

Analysis on Characteristics of Aerosol Air Pollutant LevelsinBeijingandHangzhou

BAI Yu1LUO haijiang1FENG Xue1GU LiNa-Zi2JIALie3HUANGWei4WANLidong5

(1.State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring，ChinaNationalEnvironmentalMonitoringCenter，Beijing100012，China；2.EnvironmentalMonitoringStationofXinjiangUygurAutonomous；3.PolicyResearchCenterforEnvironmentandEconomy，MEP，Beijing100029；4.BeijngZhongHuanGeYiTechnologyConsultingCo，Ltd，Beijing100012，China；5.EnvironmentalMonitoringCentralofShijingshanDistrictBeijing，Beijing100043，China)

Abstract：In this paper，temporal patterns on air pollutants of Beijing and Hangzhou were studied during 1st September 2013 and 31st July 2014. To reflect spatial differences on pollutant emission sources of inner city，hourly results from urban environmental assessment monitoring sites and urban background monitoring sites were also selected and analyzed. Air quality of the two cities was evaluated.

Keywords：air pollutants；temporal patterns；Beijing；Hangzhou

项目资助：国家自然科学基金(NO.41371118&NO. 41401101)

引用文献格式：白煜等.北京与杭州空气污染物变化特征研究[J].环境与可持续发展，2016，41(4)：173-178.