2015～2021年京津冀...和臭氧复合污染时空特征分析_宋小涵.pdf

Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，20232015 2021 年京津冀及周边地区 PM2 5和臭氧复合污染时空特征分析宋小涵1，燕丽2*，刘伟2，贺晋瑜2，王亚晨1，黄同林1，李园园1，陈敏1，孟静静1，侯战方1(1 聊城大学地理与环境学院，聊城252000;2 生态环境部环境规划院，北京100012)摘要:为了解京津冀及周边地区“2+26”城市 PM2.5和 O3复合污染时空分布特征，利用 ArcGIS 和 SPSS 软件对 2015 2021年京津冀及周边地区“2+26”城市空气质量数据和气象数据进行关联性分析 结果表明:2015 2021 年 PM2.5污染持续减缓，污染集中在区域中南部;O3污染呈波动上升趋势，空间分布呈现“西南低，东北高”的格局 季节变化来看，PM2.5浓度主要为:冬季 春季秋季 夏季，O3-8h 浓度为:夏季 春季 秋季 冬季 “2+26”城市 PM2.5超标天数持续下降，O3超标天数波动上升，复合污染日下降趋势显著;PM2.5和 O3污染在夏季呈强正相关，相关系数最高达 0.52，冬季呈强负相关 对比典型城市臭氧污染时期与复合污染时期气象条件，复合污染发生的温度区间集中在 23.7 26.5、湿度 48%65%和 S SE风向条件下关键词:京津冀及周边地区;PM2.5;臭氧;复合污染特征;协同控制中图分类号:X513;X515文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-1841-11DOI:10 13227/j hjkx202205089收稿日期:2022-05-08;修订日期:2022-06-28基金项目:国家自然科学基金项目(72171157);国家重点研发计划项目(2022YFC3703001)作者简介:宋小涵(2000 )，女，硕士研究生，主要研究方向为大气复合污染特征分析，E-mail:429455125 qq com*通信作者，E-mail:yanli caep org cnSpatiotemporal Distribution Characteristics of Co-pollution of PM2.5and Ozone overBTH with Surrounding Area from 2015 to 2021SONG Xiao-han1，YAN Li2*，LIU Wei2，HE Jin-yu2，WANG Ya-chen1，HUANG Tong-lin1，LI Yuan-yuan1，CHEN Min1，MENG Jing-jing1，HOUZhan-fang1(1 School of Geography and Environment，Liaocheng University，Liaocheng 252000，China;2 Chinese Academy of Environment Planning，Beijing 100012，China)Abstract:PM2.5and ozone co-pollution，which are harmful to not only human health but also the social economy，has become the pivotal issue in air pollution prevention andsynergistic control，especially in Beijing-Tianjin-Hebei and its surrounding areas and“2+26”cities It is necessary to analyze the correlation between PM2.5and ozoneconcentration and explore the mechanism of PM2.5and ozone co-pollution In order to study the characteristics of PM2.5and ozone co-pollution in Beijing-Tianjin-Hebei withits surrounding area，ArcGIS and SPSS software were used to analyze the correlation between air quality data and meteorological data of the“2+26”cities in Beijing-Tianjin-Hebei and its surrounding areas from 2015 to 2021 The results indicated:PM2.5pollution constantly decreased from 2015 to 2021，and the pollution was concentrated inthe central and southern parts of the region;ozone pollution showed a trend of fluctuation and presented a pattern of“low in the southwest and high in the northeast”spatiallyIn terms of seasonal variation，PM2.5concentration was mainly in the order of winter spring autumn summer，and O3-8h concentration was in the order of summer spring autumn winter In the research area，days with PM2.5exceeding the standard continued to decline，whereas days with ozone exceeding the standard fluctuated，and days with co-pollution decreased significantly;there was a strong positive correlation between PM2.5and ozone concentration in summer，with the highest correlationcoefficient of 0.52，and a strong negative correlation in winter Comparing the meteorological conditions of typical cities during the ozone pollution period with that of theco-pollution period，the co-pollution occurred under the temperature range of 23.7-26.5，humidity of 48%-65%，and S-SE wind directionKey words:BTH with surrounding area;PM2.5;ozone(O3);co-pollution characteristics;synergistic control近年来，随着大气污染防治行动计划 和打赢蓝天保卫战三年行动计划 的先后实施，我国大气细颗粒物(PM2.5)污染治理取得显著成效，PM2.5浓度明显下降1 但大气污染形势依然严峻，秋冬季 PM2.5污染依然突出，臭氧(O3)污染逐步显现2，在京津冀及周边地区 O3已替代 PM2.5成为夏季主要的大气污染物3 5 此外，以 PM2.5叠加 O3的复合污染现象逐渐凸显6 严重的复合污染问题不仅会影响人类身体健康7 9，还会给人类社会造成经济方面的损失10 目前，PM2.5和 O3的协同控制已经成为大气污染防治的关键由于 PM2.5和 O3复合污染生成机制复杂11 13，且与气象因素高度相关14，因此，深入分析时空分布特征和气象关联性，有助于区域大气污染精细化管控 目前，关于 PM2.5和 O3复合污染的时空分布、生成机制和气象因素已有研究 孙金金等15 研究表明气象条件的影响可以削弱 PM2.5和 O3的正协同关系，相对湿度是削弱正协同关系的主控因素;Dai等16 研究 2013 2019 年长三角地区 PM2.5和 O3的复合污染，结果表明 PM2.5和 O3之间为正相关关系且复合污染多发生在高温、高湿和低风速的天气;隋玟萱等17 研究 2015 年山东省 PM2.5和 O3复合污环境科学44 卷染，发现其受夏季高温低湿的大陆气团控制的影响主要出现在夏季;赵淑婷等18 研究邯郸市复合污染，发现其复合污染多出现在春夏季节，主要受温度、湿度和气压的影响，风速影响较小;陈楠等19 研究发现，2015 2020 年湖北省 PM2.5和 O3的相关性在夏季主要以正相关为主，冬季则以负相关为主尽管由于各地的产业结构不同，污染物特征各有不同，但是可以发现，大气污染普遍出现在高湿静稳的天气状况下20 前体物高浓度排放叠加不利扩散的气象条件，更易引发 PM2.5和 O3的复合污染图 1研究区域示意Fig 1Map of research area京津冀及周边地区是我国大气复合污染问题最为突出的区域 本文通过分析 2015 2021 年京津冀及周边地区空气质量的时空变化特征，并就各季节PM2.5和 O3浓度进行相关性分析，探讨 PM2.5和 O3复合污染的成因机制，以期为京津冀及周边地区开展 PM2.5和 O3污染协同防控提供依据1材料与方法1.1数据来源本研究数据包括京津冀及周边“2+26”城市2015 2021 年大气常规 6 项污染物(PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO 和 O3)日均浓度和基础气象数据，并依据 环境空气质量标准(GB 3095-2012)进行污染物超标的判别 气温和风速数据来源于中国空气质量历史数据网站(https:/quotsoft net/air/)，湿度数据 来 源 于 真 气 网(https:/m zq12369 com/cityaqi php)1.2研究方法利用 ArcGIS 10.8 对 PM2.5和 O3浓度进行时空变化特征分析;利用 SPSS26.0 软件对各城市分季节 PM2.5和 O3浓度进行皮尔森相关性分析 根据我国环 境 空 气 质 量 标 准(GB 3095-2012)，将(PM2.5)大于 75 g m3定义为 PM2.5超标日;将(O3-8h)大于 160 g m3定义为 O3超标日，将两者浓度同时超标定义为复合日 PM2.5的年评价值按照标准采用全年各日浓度的算术平均值，限值 35g m3，O3的年评价值采用 O3日最大 8 h(O3-8h)浓度平均值的全年第 90 百分位数21，限值 160g m31.3研究区概况如图 1 所示，京津冀及周边地区“2+26”城市(“2+26”城市)，包括北京市，天津市，河北省的 8个城市(石家庄市、唐山市、廊坊市、保定市、沧州市、衡水市、邢台市和邯郸市)，山西省的 4 个城市24814 期宋小涵等:2015 2021 年京津冀及周边地区 PM2 5和臭氧复合污染时空特征分析(太原市、阳泉市、长治市和晋城市)，山东省的 7个城市(济南市、淄博市、济宁市、德州市、聊城市、滨州市和菏泽市)，河南省的 7 个城市(郑州市、开封市、安阳市、鹤壁市、新乡市、焦作市和濮阳市)2结果与讨论2.1PM2.5和 O3浓度时空分布特征分析2015 2021 年“2+26”城市 PM2.5浓度年均值的时间变