高愈霄，霍曉芹，閆 慧，李健軍，許 榮，朱莉莉，魯 寧，王 威

1.北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083 2.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

京津冀區(qū)域大氣重污染過(guò)程特征初步分析

高愈霄1,2，霍曉芹2，閆 慧2，李健軍2，許 榮2，朱莉莉2，魯 寧2，王 威2

1.北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083 2.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

基于為京津冀區(qū)域和城市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)和空氣重污染預(yù)警業(yè)務(wù)提供必要基礎(chǔ)參考資料和區(qū)域重污染發(fā)生發(fā)展規(guī)律認(rèn)識(shí)的需求，應(yīng)用現(xiàn)有空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)2013—2014年度京津冀區(qū)域13個(gè)城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了該區(qū)域2013—2014年空氣質(zhì)量整體情況和污染過(guò)程的季節(jié)變化規(guī)律、污染范圍，統(tǒng)計(jì)了兩年間31次區(qū)域范圍大氣重污染過(guò)程，并根據(jù)污染過(guò)程的空氣質(zhì)量變化特點(diǎn)和大氣環(huán)流形勢(shì)，著重對(duì)31次重污染過(guò)程中均壓場(chǎng)天氣型污染開展分析。結(jié)果表明，2013—2014年京津冀區(qū)域空氣污染形勢(shì)嚴(yán)峻，全年約有六成日數(shù)受顆粒物污染影響；京津冀區(qū)域空氣污染南北差異顯著，有自北向南逐步加重的特點(diǎn)，南部污染嚴(yán)重城市對(duì)區(qū)域污染貢獻(xiàn)巨大，石家莊、保定、邢臺(tái)、邯鄲4城市將PM10、PM2.5年均濃度分別拉升31、16 μg/m3；2013—2014年京津冀區(qū)域大范圍重污染過(guò)程集中發(fā)生在秋冬季，兩季的污染過(guò)程對(duì)區(qū)域兩年P(guān)M10、PM2.5平均濃度分別拉升27、21 μg/m3；京津冀區(qū)域均壓場(chǎng)天氣型污染可細(xì)分為臭氧型均壓場(chǎng)和顆粒物型均壓場(chǎng)。當(dāng)秋冬季出現(xiàn)較小氣壓梯度、西南小風(fēng)、逆溫層等均壓場(chǎng)天氣型時(shí)，容易造成區(qū)域顆粒物污染過(guò)程；而春末、夏季出現(xiàn)均壓場(chǎng)天氣型時(shí)，容易造成O3污染。

空氣質(zhì)量；大氣重污染過(guò)程；污染特征；大氣環(huán)流；京津冀區(qū)域

近年來(lái)，中國(guó)中東部區(qū)域頻繁出現(xiàn)的大范圍、長(zhǎng)時(shí)間大氣重污染過(guò)程嚴(yán)重影響了環(huán)境空氣質(zhì)量和公眾健康，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和人民生活造成了重大影響[1-5]。由于京津冀區(qū)域在國(guó)家政治、經(jīng)濟(jì)、文化中具有極其重要地位，頻發(fā)的重污染過(guò)程更是引起了社會(huì)各界的高度關(guān)注。為了有效控制京津冀區(qū)域空氣污染態(tài)勢(shì)，改善京津冀空氣質(zhì)量，認(rèn)識(shí)大氣污染規(guī)律和機(jī)理、對(duì)大氣污染過(guò)程特征進(jìn)行分析研究顯得尤為重要。

針對(duì)京津冀區(qū)域大氣污染特征研究，前期很多專家學(xué)者利用部分資料做了諸多有益的工作。孫峰[6]通過(guò)對(duì)北京地區(qū)2013年1月10—14日重污染過(guò)程氣象條件、區(qū)域污染背景、PM2.5組分特征等方面的分析，表明此次過(guò)程是由穩(wěn)定氣象條件導(dǎo)致局地污染物積累，再疊加華北區(qū)域性污染的影響共同造成。王自發(fā)等[7]和劉冰等[8]利用空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式分別模擬研究了2013年1月、2014年2月國(guó)內(nèi)中東部持續(xù)強(qiáng)灰霾天氣，初步評(píng)估了灰霾天氣下大氣細(xì)顆粒物時(shí)空分布特征和傳輸規(guī)律。張人禾等[9]利用資料診斷，從大氣環(huán)流背景場(chǎng)、霧霾天氣演變過(guò)程兩方面分析了2013年1月中國(guó)東部持續(xù)性強(qiáng)霧霾產(chǎn)生的氣象條件。

以上研究對(duì)京津冀區(qū)域近期發(fā)生的污染過(guò)程有較為詳盡的分析和討論，但多側(cè)重單個(gè)城市、單次污染過(guò)程的案例分析，或基于舊空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)開展大氣環(huán)流形勢(shì)分型，或利用當(dāng)時(shí)有限的顆粒物PM10等數(shù)據(jù)，而對(duì)空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)下(尤其是細(xì)粒子PM2.5監(jiān)測(cè))的京津冀區(qū)域年際污染過(guò)程分析則相對(duì)較少。

本文應(yīng)用環(huán)境保護(hù)部國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)的新標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[10]，分析了2013—2014年京津冀區(qū)域13個(gè)主要城市的空氣質(zhì)量變化特點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)了兩年間區(qū)域范圍大氣重污染過(guò)程，并重點(diǎn)針對(duì)發(fā)生頻次最高的均壓場(chǎng)天氣型展開分析。

1 資料與方法

1.1 京津冀區(qū)域概況

京津冀區(qū)域位于113°27′E～119°50′E、36°05′N～42°40′N，包括北京市、天津市以及河北省的張家口、承德、秦皇島、唐山、廊坊、保定、石家莊、滄州、衡水、邢臺(tái)、邯鄲等13個(gè)地級(jí)以上城市，土地面積約21.6萬(wàn)km2。

京津冀區(qū)域地處華北平原，北臨燕山、西鄰太行山，兼跨內(nèi)蒙古高原，東臨渤海。屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，大部分區(qū)域四季分明[11]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

應(yīng)用中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站實(shí)時(shí)發(fā)布的國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其中京津冀區(qū)域13城市監(jiān)測(cè)網(wǎng)由80余個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位組成。大氣環(huán)流資料主要采用韓國(guó)氣象局公布的天氣實(shí)況分析圖，探空數(shù)據(jù)為美國(guó)懷俄明州立大學(xué)北京區(qū)域點(diǎn)位數(shù)據(jù)。

對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以來(lái)，目前可供利用的2013—2014兩個(gè)完整年度的京津冀區(qū)域北京、天津、張家口、承德、秦皇島、唐山、廊坊、保定、石家莊、滄州、衡水、邢臺(tái)、邯鄲13個(gè)城市逐日污染數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)《京津冀及周邊地區(qū)重污染天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警實(shí)施細(xì)則》[12]，當(dāng)區(qū)域出現(xiàn)3個(gè)及以上城市達(dá)到重度及以上污染等級(jí)，且污染時(shí)間持續(xù)3天及以上時(shí)，定義為一次區(qū)域重污染過(guò)程。分析所有區(qū)域重污染過(guò)程500、700、850 hPa地面氣壓場(chǎng)和探空數(shù)據(jù)等資料。

2 結(jié)果與討論

2.1 2013—2014年京津冀區(qū)域空氣污染整體情況

2013年共計(jì)365 d，剔除6日無(wú)效數(shù)據(jù)后，京津冀區(qū)域13個(gè)地級(jí)以上主要城市空氣質(zhì)量超標(biāo)日數(shù)全年累計(jì)2 958 d，平均超標(biāo)日數(shù)占總有效日數(shù)的比例約為62%。其中，全部城市以O(shè)3-8 h、SO2、NO2、CO為首要污染物的超標(biāo)日數(shù)累計(jì)分別為432、88、81、5 d，而以PM2.5、PM10等顆粒物為首要污染物的超標(biāo)日數(shù)累計(jì)達(dá)到2 715 d，占總超標(biāo)日數(shù)的92%。其中以PM2.5為首要污染物的超標(biāo)日數(shù)累計(jì)1 962 d，占總超標(biāo)日數(shù)的66%，比例居首，顯然細(xì)粒子是京津冀區(qū)域影響最關(guān)鍵、顯著的污染物。

與2013年相比，2014年全年超標(biāo)日數(shù)有所降低，剔除13日無(wú)效數(shù)據(jù)后，超標(biāo)日數(shù)累計(jì)2 684 d，占總有效日數(shù)比例約為57%。其中，以O(shè)3-8 h、SO2、NO2、CO為首要污染物的超標(biāo)日數(shù)分別為690、69、147、0 d，以顆粒物為首要污染物的超標(biāo)日數(shù)為2 331 d，其中以PM2.5為首要污染物的超標(biāo)日數(shù)累計(jì)為1 895 d，占總超標(biāo)日數(shù)的71%。2013—2014年，京津冀區(qū)域13個(gè)城市超標(biāo)日數(shù)分布和6項(xiàng)污染物超標(biāo)日數(shù)分布見圖1、圖2。

圖1 京津冀區(qū)域13城市2013—2014年超標(biāo)日數(shù)

圖2 2013—2014年京津冀13城市6項(xiàng)污染物累計(jì)超標(biāo)日數(shù)

由圖1、圖2可以看出，2014年絕大部分城市空氣超標(biāo)日數(shù)較2013年有所下降，空氣污染程度略有緩解。除O3-8 h外，其他各項(xiàng)污染物超標(biāo)日數(shù)均有所下降。

在2013—2014年度的超標(biāo)日數(shù)中，空氣質(zhì)量達(dá)到重度及以上日數(shù)累計(jì)分別為981、790 d，即該區(qū)域約有20%的日數(shù)受到更為惡劣的空氣污染影響。2013—2014年，重污染時(shí)段PM2.5、PM10平均濃度分別為241、368、225、327 μg/m3，在2013年污染最為嚴(yán)重時(shí)段的PM2.5濃度曾一度是標(biāo)準(zhǔn)限值的10倍多，達(dá)到796 μg/m3。

從各項(xiàng)污染物年平均濃度來(lái)看，京津冀區(qū)域2013年SO2、NO2、PM2.5、PM104項(xiàng)污染物年均濃度均超過(guò)環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(圖3)。SO2、NO2的年均濃度值分別為69、51 μg/m3，分別是標(biāo)準(zhǔn)值的1.1倍、1.3倍，而PM2.5、PM10年均濃度分別達(dá)到106、180 μg/m3，平均超標(biāo)1.8倍。

相比2013年，2014年多數(shù)污染物污染年均濃度有所降低，但NO2和顆粒物仍未達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。SO2、NO2、PM2.5、PM10年均濃度分別為52、49、93、158 μg/m3，除SO2濃度未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值外，NO2、PM2.5、PM10分別超標(biāo)0.2、1.6、1.2倍。

圖3 京津冀區(qū)域13城市2013—2014年P(guān)M2.5、PM10、NO2、SO2污染物年均濃度

CO、O3年評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為24小時(shí)平均第95百分位數(shù)和最大8小時(shí)滑動(dòng)平均值的第90百分位數(shù)。據(jù)此，2013—2014年CO的24小時(shí)平均第95百分位數(shù)分別為4.1、3.5 mg/m3，O3日最大8小時(shí)平均值第90百分位數(shù)濃度分別為155、162 μg/m3。兩年間，半數(shù)以上城市CO指標(biāo)合格，而O3達(dá)標(biāo)城市比例在2014年有所降低。

總體而言，2013—2014年京津冀區(qū)域空氣污染形勢(shì)嚴(yán)峻，全部地級(jí)以上城市中有半數(shù)以上長(zhǎng)期處于污染狀態(tài)且以顆粒物污染最為嚴(yán)重。結(jié)合城市地理分布，京津冀區(qū)域空氣污染南北差異顯著，有自北向南逐步加重的特點(diǎn)。如2013年，河北省南部城市邢臺(tái)年均PM10、PM2.5濃度分別是北部城市張家口的3倍、4倍。此外，中南部污染最嚴(yán)重的幾個(gè)城市對(duì)區(qū)域污染貢獻(xiàn)巨大，保定、邢臺(tái)、邯鄲、石家莊4城市將京津冀區(qū)域PM10、PM2.5兩年平均濃度分別拉升31、16 μg/m3。

2.2 區(qū)域重污染過(guò)程統(tǒng)計(jì)

2013—2014年期間，京津冀區(qū)域發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間大范圍空氣污染過(guò)程累計(jì)31次，具體污染過(guò)程統(tǒng)計(jì)見表1、表2。

表1 2013年京津冀區(qū)域污染過(guò)程統(tǒng)計(jì)

表2 2014年京津冀區(qū)域污染過(guò)程統(tǒng)計(jì)

2.3 污染過(guò)程發(fā)生的時(shí)間特點(diǎn)

2.3.1 月際變化

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，京津冀區(qū)域重污染過(guò)程發(fā)生時(shí)間不同，月際差別顯著。2013—2014年間，污染過(guò)程主要集中發(fā)生在1—3月、10—12月期間(圖4)。其中，又以1、2、12月最為明顯，如兩年間1月，13城市污染過(guò)程影響時(shí)長(zhǎng)累計(jì)達(dá)到341 d，占1月總?cè)諗?shù)的85%。

4—9月污染過(guò)程相對(duì)較少，兩年間13城市污染過(guò)程影響時(shí)長(zhǎng)累計(jì)為53 d，4、7、8月無(wú)污染過(guò)程發(fā)生。

圖4 2013—2014年區(qū)域重污染過(guò)程影響日數(shù)月變化

2.3.2 季節(jié)變化

2013—2014年，京津冀區(qū)域PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3(日最大8 h滑動(dòng)平均)6項(xiàng)污染物污染過(guò)程時(shí)段兩年平均濃度季節(jié)變化見圖5。

圖5 2013—2014年6項(xiàng)污染物濃度季節(jié)變化(CO濃度單位mg/m3，PM2.5、PM10、O3、SO2濃度單位μg/m3)

由圖5可知，PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO污染過(guò)程時(shí)段的污染水平冬季明顯高于其他季節(jié)，春秋季相近，夏季污染程度最低。O3相反，夏季最高，春秋季次之，冬季最低。

根據(jù)2013—2014年京津冀區(qū)域污染過(guò)程發(fā)生月際規(guī)律可知，重污染過(guò)程主要集中發(fā)生在秋冬季(9—2月)。兩年間，秋冬季區(qū)域重污染過(guò)程13城市影響日數(shù)分別為212、684 d，合計(jì)占總重污染過(guò)程日數(shù)的87%，污染過(guò)程影響日數(shù)季節(jié)分布見圖6。

圖6 2013—2014年區(qū)域重污染過(guò)程 影響日數(shù)季節(jié)分布

對(duì)秋冬季各項(xiàng)污染分析可知，除O3-8 h外，秋冬季頻發(fā)的重污染過(guò)程對(duì)其余各項(xiàng)污染物年均水平都有明顯拉升作用。其中，又以對(duì)顆粒物拉升最為明顯，兩季污染過(guò)程將2013—2014兩年P(guān)M10、PM2.5的平均濃度分別拉升27、21 μg/m3。污染過(guò)程年均拉升效果見圖7。

圖7 秋冬季污染過(guò)程對(duì)6項(xiàng)污染物年均拉升濃度(CO濃度單位mg/m3，SO2、NO2、PM10、PM2.5濃度單位μg/m3)

2.4 污染帶分布

在2013—2014年的31次污染過(guò)程中，京津冀區(qū)域13城市均受到不同程度影響(圖8)。

兩年間污染過(guò)程累計(jì)日數(shù)城市分布顯示 ，與京津冀區(qū)域空氣污染城市分布形勢(shì)整體一致，影響日數(shù)呈北少南多態(tài)勢(shì)。應(yīng)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)過(guò)程影響日數(shù)和城市作系統(tǒng)聚類分析結(jié)果顯示(圖9)，張家口、承德和秦皇島3城市污染過(guò)程日數(shù)最少，合計(jì)不到30 d，受污染過(guò)程影響最小，為第一類。北京、天津、唐山、滄州等中北部環(huán)渤海城市污染過(guò)程日數(shù)200余天，受污染程度稍高，劃分為第二類。石家莊、保定和邢臺(tái)受污染過(guò)程影響日數(shù)最多，累計(jì)470余天，為第三類。衡水、邯鄲、廊坊雖受影響日數(shù)相近，但區(qū)域特征不顯著。

圖8 31次重污染過(guò)程影響日數(shù)城市分布

圖9 城市過(guò)程影響日數(shù)系統(tǒng)聚類樹狀圖

結(jié)合聚類分析結(jié)果和地理分布特征，13城市可分為北部污染帶(張家口、承德、秦皇島)、中北部環(huán)渤海污染帶(北京、天津、唐山、滄州)、中南部污染帶(石家莊、保定、邢臺(tái))?？梢钥吹?，北部污染帶受過(guò)程影響最小，而中南部污染帶受過(guò)程影響日數(shù)明顯，約占總過(guò)程的46%。

2.5 污染與氣象條件的分析

京津冀區(qū)域空氣污染過(guò)程與大氣環(huán)流形勢(shì)變化緊密相關(guān)，相關(guān)研究[13-14]根據(jù)污染與天氣條件特點(diǎn)，歸納劃分了京津冀區(qū)域不同污染條件下的大氣環(huán)流形勢(shì)，一定程度分析了區(qū)域污染形成原因。據(jù)此，結(jié)合不同大氣環(huán)流影響條件變化，2013—2014京津冀區(qū)域31次重污染過(guò)程也可劃分為高壓型、低壓型、均壓場(chǎng)型等污染過(guò)程。

2013—2014年污染過(guò)程天氣分型分析結(jié)果顯示，雖然出現(xiàn)均壓場(chǎng)型天氣型時(shí)絕大多數(shù)會(huì)伴隨污染過(guò)程，但首要污染物不盡相同，往往會(huì)出現(xiàn)以顆粒物或臭氧為首要污染物的多種情況。因此，根據(jù)2013—2014年出現(xiàn)的同為均壓場(chǎng)天氣型但首要污染物不同的特點(diǎn)，可將均壓場(chǎng)天氣型進(jìn)一步分為顆粒物均壓場(chǎng)型和臭氧均壓場(chǎng)型。

2.5.1 顆粒物均壓場(chǎng)型

在2013—2014年的31次污染過(guò)程中，均壓場(chǎng)型污染出現(xiàn)頻次最高。該類污染過(guò)程發(fā)生時(shí)，京津冀區(qū)域處于弱氣壓場(chǎng)中，污染區(qū)域有間隔很小的等值線或無(wú)等值線通過(guò)，氣壓梯度極小，呈靜穩(wěn)型天氣系統(tǒng)。

以2014年10月7—11日污染過(guò)程為例，此次污染過(guò)程影響范圍大，除張家口、秦皇島、滄州空氣質(zhì)量略好外，京津冀其余城市均出現(xiàn)以PM2.5為首要污染物的重度至嚴(yán)重污染 。10月6日，京津冀大部分區(qū)域空氣質(zhì)量為良至輕度污染。7日，污染形勢(shì)逐步惡化，唐山、邢臺(tái)、保定重度污染，石家莊嚴(yán)重污染，顆粒物濃度嚴(yán)重超標(biāo)。圖10展示了該次過(guò)程北京官園、天津監(jiān)測(cè)中心、石家莊人民會(huì)堂3個(gè)較有城市代表性點(diǎn)位的PM2.5濃度演變趨勢(shì)。結(jié)果顯示，10月6日晚18∶00北京及周邊不同城市PM2.5的濃度均較低，之后PM2.5濃度開始累積，至7日下午15∶00，3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位PM2.5濃度均超過(guò)150 μg/m3，達(dá)到重度污染。至11日夜間，北部冷空氣南下，京津冀區(qū)域污染過(guò)程自北向南消散。

圖10 北京官園、天津監(jiān)測(cè)中心、石家莊人民會(huì)堂PM2.5小時(shí)濃度變化

天氣系統(tǒng)顯示，污染發(fā)生期間，京津冀區(qū)域高空500 hPa等高線極其稀疏(圖11a)，風(fēng)速極弱。850 hPa和地面氣壓場(chǎng)都受到東部高壓影響，等高線稀疏，有微弱南向靜小風(fēng)(圖11b、c)，且探空資料表明，9日早間地面至約300 m高度和晚間地面至約200 m高度都有較明顯的逆溫，溫度露點(diǎn)差小，濕度大(圖12a、b)，更不利于PM2.5的擴(kuò)散，因此爆發(fā)了大范圍顆粒物污染。

此次顆粒物污染過(guò)程由均壓場(chǎng)型污染天氣導(dǎo)致，當(dāng)氣壓梯度小造成的低風(fēng)速，以及通常伴隨發(fā)生的暖平流造成近地面逆溫出現(xiàn)時(shí)，顆粒物擴(kuò)散條件不利，濃度積累加劇。此外，受秋冬季節(jié)供暖顆粒物排放增大影響，一旦遇到均壓場(chǎng)型天氣，就會(huì)導(dǎo)致空氣質(zhì)量的急劇惡化，PM10、PM2.5濃度明顯升高而爆發(fā)大規(guī)模的顆粒物污染。

2.5.2 臭氧均壓場(chǎng)型

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，京津冀區(qū)域在春末、夏季出現(xiàn)的均壓場(chǎng)靜穩(wěn)型天氣類型，往往會(huì)造成大范圍的臭氧污染。以2014年5月30日的臭氧污染為例，此次污染雖未形成嚴(yán)重污染過(guò)程，但污染形勢(shì)依舊嚴(yán)峻。

5月30日，唐山、承德、滄州、衡水4城市因O3-8 h超標(biāo)，空氣質(zhì)量達(dá)到重度污染等級(jí)。當(dāng)日天氣系統(tǒng)顯示，京津冀區(qū)域500 hPa高空等高線稀疏(圖13a)，呈均壓場(chǎng)靜穩(wěn)狀態(tài)，850 hPa受脊區(qū)控制(圖13b)，地面位于高壓邊緣(圖13c)，有微弱靜小風(fēng)，擴(kuò)散條件不利。

但是，與顆粒物均壓場(chǎng)型污染不同，30日均壓場(chǎng)天氣型并未造成大規(guī)模顆粒物污染過(guò)程，而是引起了臭氧區(qū)域污染。當(dāng)日京津冀區(qū)域城市PM2.5和O3-8 h空氣質(zhì)量分指數(shù)顯示(圖14)，對(duì)于受污染城市(IAQI>100)，除邢臺(tái)PM2.5IAQI稍高于O3-8 h外，京津冀區(qū)域其他城市臭氧空氣質(zhì)量分指數(shù)均高于PM2.5分指數(shù)，PM2.5分指數(shù)整體位于輕至中度污染區(qū)間，而O3-8 h分指數(shù)普遍較高，處于中至重度污染區(qū)間水平。此外，PM10、PM2.5污染水平相當(dāng)，為輕至中度污染，SO2、NO2、CO均處于優(yōu)良水平。

相關(guān)研究表明[15-18]，由于臭氧是二次污染物，它的形成是局地光化學(xué)過(guò)程和區(qū)域輸送共同作用的結(jié)果，高濃度臭氧一般都出現(xiàn)在氣象狀況相對(duì)停滯，并伴隨高溫、強(qiáng)太陽(yáng)輻射、低風(fēng)和充足的一次污染物的條件下。30日，京津冀區(qū)域靜穩(wěn)氣象條件，以及上述4城市白天較高的溫度，形成了臭氧生成的有利條件，導(dǎo)致臭氧污染的爆發(fā)。但當(dāng)日氣象條件并不具備顆粒物污染發(fā)生所需的高濕度、強(qiáng)逆溫等條件，加之夏季較高的氣溫會(huì)提升大氣邊界層高度，相對(duì)擴(kuò)大低層空氣活動(dòng)空間，增加顆粒物容納量，顆粒物污染相對(duì)不易發(fā)生。因此，當(dāng)春末、夏季出現(xiàn)該類均壓場(chǎng)靜穩(wěn)型天氣時(shí)，易發(fā)生以臭氧為首要污染物的區(qū)域污染。

圖11 2014年10月9日20∶00 500、850 hPa和地面氣壓場(chǎng)天氣圖

圖12 2014年10月9日08∶00、20∶00北京探空數(shù)據(jù)

圖13 2014年5月30日08∶00 500、850 hPa和地面氣壓場(chǎng)天氣圖

圖14 2014年5月30日京津冀區(qū)域城市PM2.5、O3-8 h空氣質(zhì)量分指數(shù)

3 結(jié)論

1)2013—2014年，京津冀區(qū)域空氣污染形勢(shì)不容樂觀，全年平均約有六成的日數(shù)處于污染狀態(tài)，其中以PM2.5為關(guān)鍵和顯著的主要污染物，顆粒物污染形勢(shì)嚴(yán)峻。

2)京津冀區(qū)域空氣污染南北差異顯著，有自北向南逐步加重的特點(diǎn)，南部污染嚴(yán)重城市對(duì)區(qū)域污染貢獻(xiàn)巨大，將PM10、PM2.5兩年平均濃度分別拉升了31、16 μg/m3。

3)京津冀區(qū)域大范圍重污染過(guò)程主要集中發(fā)生在秋冬季，2013—2014年，秋冬季污染過(guò)程對(duì)年P(guān)M10、PM2.5的平均濃度分別拉升27、21 μg/m3。

4)將京津冀區(qū)域均壓場(chǎng)天氣型污染細(xì)分為臭氧均壓場(chǎng)型和顆粒物均壓場(chǎng)型，當(dāng)秋冬季出現(xiàn)較小氣壓梯度、西南小風(fēng)、逆溫層等均壓場(chǎng)天氣型時(shí)，易造成區(qū)域顆粒物污染過(guò)程；而春末、夏季出現(xiàn)均壓場(chǎng)天氣型時(shí)，容易造成O3污染。

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Preliminary Analysis on the Characteristics of Heavy Air Pollution Events in Beijing-Tianjin-Hebei Region

GAO Yuxiao1,2，HUO Xiaoqin2，YAN Hui2，Li Jianjun2，XU Rong2，ZHU Lili2，LU Ning2，WANG Wei2

1.Civil and Environmental Engineering Institute, University of Science and Technology, Beijing 100083, China 2.China National Environmental Monitoring Centre, State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring, Beijing 100012, China

In order to provide necessary foundation resources for urban air quality forecast and heavy air pollution early warning in Beijing-Tianjin-Hebei region, and recognize the developing rule of regional heavy pollution events, air quality characteristics were analyzed in this article, by using the air monitoring data of local 13 cities in 2013—2014, especially the data about 31 heavy pollution events during these period. The results showed that: the regional air pollution had increased to an alarming level and about sixty percent of days were affected by particle pollution in 2013—2014; the regional pollution exhibited distinct spatial distribution, which were getting worse from the North to the South. The total annual average concentration of PM2.5and PM10were increased 31 and 16 μg/m3respectively, contributed by southern cities such as Shijiazhuang, Baoding, Xingtai and Handan; the heavy air pollution events mainly occurred in autumn and winter, which raised the annual average concentration of PM2.5and PM10by 27 and 21 μg/m3; the uniform pressure field of synoptic weather pattern in 2013—2014 were divided into two types: particle uniform pressure field and O3uniform pressure field. Particle uniform pressure field happened under the conditions of lower pressure gradient, light southwest breeze and inversion layer in autumn and winter, while O3uniform pressure field occurred in the uniform pressure field in late spring and summer.

air quality; air pollution events; pollution characteristics; atmospheric circulation; Beijing-Tianjin-Hebei Region

2016-01-05;

2016-02-07

環(huán)保公益性行業(yè)專項(xiàng)“京津冀區(qū)域大氣重污染過(guò)程應(yīng)急方案研究”(201309071)；“京津冀城市大氣邊界層過(guò)程對(duì)重污染形成的影響研究”(201409001-03)；科技部科技支撐計(jì)劃環(huán)境領(lǐng)域項(xiàng)目“大氣復(fù)合污染區(qū)域聯(lián)合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)關(guān)鍵技術(shù)研究”(2014BAC22B04)；“京津冀空氣監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)及防控技術(shù)研究與示范”(2014BAC06B04)；中科院先導(dǎo)項(xiàng)目“大氣灰霾追因與控制專項(xiàng)數(shù)值模式與協(xié)同控制方案課題”(XDB05030200)

高愈霄(1986-)，男，北京人，在職研究生，工程師。

魯 寧

X823

A

1002-6002(2016)06- 0026- 10

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.06.05