臧星華，魯垠濤*，姚宏，李發(fā)東，張士超

1. 北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，水中典型污染物控制與水質(zhì)保障北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100044 北京；2. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，100101 北京

中國(guó)主要大氣污染物的時(shí)空分布特征研究

臧星華1，魯垠濤1*，姚宏1，李發(fā)東2，張士超1

1. 北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，水中典型污染物控制與水質(zhì)保障北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100044 北京；2. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，100101 北京

應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS對(duì)2014年3月─2015年2月期間190個(gè)監(jiān)測(cè)城市的NO2、PM10、PM2.5和SO2的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空特征分布分析，結(jié)果表明，中國(guó)大氣污染主要來(lái)源于采暖排放、機(jī)動(dòng)車排放、工業(yè)排放與風(fēng)沙天氣。各污染物呈明顯的區(qū)域性分布。污染物濃度總體趨勢(shì)是北方地區(qū)高于南方地區(qū)。河北南部以及山東東部等重工業(yè)密集且人口密度大的地區(qū)污染較為嚴(yán)重。而中西部及東南部等工業(yè)發(fā)展相對(duì)落后人口較為稀少的地區(qū)污染較輕。PM10污染呈明顯的季節(jié)變化，采暖期PM10主要來(lái)源于燃煤排放和機(jī)動(dòng)車尾氣排放，非采暖期受風(fēng)沙天氣影響顯著，且在春、秋的風(fēng)沙時(shí)期保持較高的值。采暖期PM2.5、SO2和NO2的濃度上升明顯，其中SO2受到采暖期的影響最為顯著。NO2主要來(lái)源于工業(yè)排放以及汽車尾氣排放，因而工業(yè)布局密集且交通發(fā)達(dá)的城市污染較為嚴(yán)重。采暖期與非采暖期NO2、PM10、PM2.5和SO2的濃度對(duì)比變化顯著，采暖期燃煤對(duì)空氣質(zhì)量的影響巨大。

NO2；PM10；PM2.5；SO2；采暖期

隨著工業(yè)、交通和城市化的蓬勃發(fā)展，以NO2、PM10、PM2.5和 SO2為主的大氣污染日趨嚴(yán)重，大氣污染已經(jīng)成為政府和社會(huì)共同面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題（王慶一，2005）。中國(guó)是世界上為數(shù)不多的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主的國(guó)家，煤在一次能源結(jié)構(gòu)中占70%，SO2排放總量隨著煤炭消費(fèi)量的增長(zhǎng)而急劇增加（彭遠(yuǎn)新等，2010）。近年來(lái)由于人民生活水平不斷提高以及城市化進(jìn)程的發(fā)展，汽車保有量迅速增多，導(dǎo)致中國(guó)城市機(jī)動(dòng)車排放大氣污染物 CO和NOX迅猛增加（孫國(guó)金，2013）。目前的大氣污染形勢(shì)開(kāi)始呈現(xiàn)出區(qū)域性和復(fù)合型特征，污染范圍從城市局部向區(qū)域性污染擴(kuò)展，污染類型從工業(yè)污染為主向復(fù)合型污染轉(zhuǎn)變（趙其國(guó)等，2009）。

近年來(lái)，隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的廣泛重視，日益嚴(yán)重的大氣污染問(wèn)題已引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。自 2000年以來(lái)，眾多學(xué)者在大氣污染物的分布特征（Ma et al.，2010；錢翌等，2004；向敏等，2009）、源解析（鄭曉霞等，2014）、氣象因素分析（翟廣宇等，2015）、洲際影響分析（Leibensperge et al.，2011）等方面取得了可喜的成果，并嘗試應(yīng)用遙感手段進(jìn)行大氣污染物監(jiān)測(cè)（Maantay et al.，2009）。但這些研究多針對(duì)某一城市或某一種大氣污染物，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位普遍較少，僅有少量研究能做到全國(guó)尺度，空間分析僅見(jiàn)于少部分研究中（李名升等，2013）。本文以中國(guó)2014年3月份─2015年2月份環(huán)境監(jiān)測(cè)資料為依據(jù)，分析全國(guó)范圍內(nèi)NO2、PM10、PM2.5和SO2的時(shí)間變化規(guī)律，同時(shí)使用ArcGIS的空間分析方法，探勘各區(qū)域污染物的分布特征，更深入的了解中國(guó)大氣污染物分布情況，從而為中國(guó)大氣環(huán)境治理，空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)，為環(huán)境管理決策提供及時(shí)、準(zhǔn)確、全面的環(huán)境質(zhì)量信息，對(duì)預(yù)防嚴(yán)重污染事件的發(fā)生具有重要意義。

1 區(qū)域研究概況

本次采集大氣污染監(jiān)測(cè)的城市有190個(gè)，遍布全國(guó)各地（臺(tái)灣省除外）。但是從大氣污染監(jiān)測(cè)的城市分布可以看出（圖 1），中國(guó)國(guó)控監(jiān)測(cè)的城市數(shù)量雖多但分布不均，其中西部地區(qū)分布稀疏，而東部沿海地區(qū)分布較密集，這與中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡以及各地區(qū)氣候差異有很大關(guān)系。

圖1 中國(guó)大氣污染監(jiān)測(cè)城市分布圖Fig. 1 Map of sampling sites in China

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與分析方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文收集了2014年3月─2015年2月中國(guó)190個(gè)城市的大氣常規(guī)污染物資料，主要包括 NO2、PM10、PM2.5和 SO2的逐日質(zhì)量濃度，資料來(lái)源于中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)站。

2.2 分析方法

根據(jù)2014年3月─2015年2月NO2、PM10、PM2.5和SO2的質(zhì)量濃度用Excel對(duì)各監(jiān)測(cè)城市進(jìn)行月平均濃度的統(tǒng)計(jì)分析，得出年內(nèi)大氣污染物濃度變化趨勢(shì)。并通過(guò) SPSS19.0對(duì)各污染物進(jìn)行聚類分析，解析各污染物的污染來(lái)源。

根據(jù)2014年3月─2015年2月中國(guó)190個(gè)城市的大氣常規(guī)污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將各監(jiān)測(cè)站污染物年均值數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的.shp文件中后，應(yīng)用ArcGIS10.0中的Spatial Analyst Tools模組對(duì)其進(jìn)行克里金插值分析，探討中國(guó)大氣常規(guī)污染物的空間分布特征?？死锝饍?nèi)插法是建立在試驗(yàn)變差圖計(jì)算和建?；A(chǔ)上的多階段內(nèi)插過(guò)程，可以提供對(duì)未采樣的最佳無(wú)偏預(yù)測(cè)?？死锝鸩逯捣ǚ譃槠胀死锝鸩逯岛蛪K克里金插值，本研究中采用普通克里金插值法。

3 結(jié)果討論與分析

3.1 中國(guó)大氣污染總體狀況

從表1可見(jiàn)：中國(guó)大氣污染物NO2、PM10、PM2.5和SO2年平均濃度分別為《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095─2012）中年平均二級(jí)濃度限值的 0.926，1.532，1.775和0.653倍。其中，ρ(NO2)和ρ(SO2)的濃度均接近或低于年平均二級(jí)濃度限值，而ρ(PM10)和ρ(PM2.5)的濃度則明顯高于年平均二級(jí)濃度限值。說(shuō)明ρ(PM10)和ρ(PM2.5)的平均含量處于較高超標(biāo)水平。從空間尺度來(lái)看，ρ(NO2)和ρ(SO2)的年均達(dá)標(biāo)城市比例分別為60.000%和87.895%，而ρ(PM10)和 ρ(PM2.5)的年均達(dá)標(biāo)城市比例僅有16.316%和7.368%。這說(shuō)明NO2和SO2的超標(biāo)城市較少，而PM10和PM2.5的超標(biāo)城市較為普遍。從時(shí)間尺度來(lái)看，ρ(NO2)和ρ(SO2)的日均值達(dá)標(biāo)比例天數(shù)分別為96.902%和98.410%，而ρ(PM10)和ρ(PM2.5)的日均值達(dá)標(biāo)天數(shù)比例僅有79.523%和69.610%。這說(shuō)明全年各監(jiān)測(cè)城市ρ(NO2)和ρ(SO2)的超標(biāo)天數(shù)較少，而ρ(PM10)和ρ(PM2.5)的超標(biāo)現(xiàn)象較為常見(jiàn)。

表1 中國(guó)大氣污染物的描述統(tǒng)計(jì)特征Table 1 Descriptive statistics of air pollutants in China μg·m-3

根據(jù) Wilding對(duì)變異程度的分類可知（Ma et al.，2010）：NO2、PM10和PM2.5（變異系數(shù)分別為0.299，0.350和0.328）為中等變異（15%36%）。SO2的變異系數(shù)遠(yuǎn)超其他大氣污染物，說(shuō)明SO2全國(guó)范圍內(nèi)空間分布不均勻，受人類活動(dòng)影響顯著。

3.2 中國(guó)大氣污染物NO2、PM10、PM2.5和SO2的時(shí)間分布特征

根據(jù)2014年3月─2015年2月NO2、PM10、PM2.5和 SO2的逐時(shí)濃度監(jiān)測(cè)資料對(duì)各城市月平均濃度變化進(jìn)行分析得到污染物質(zhì)的時(shí)間分布特征（圖2）。

從月份尺度來(lái)看，空氣中的污染物在不同的月份由于氣候不同會(huì)出現(xiàn)較大的變化。由圖2所示的污染物月均值可以看出，NO2月平均質(zhì)量濃度最高值出現(xiàn)在2015年1月，其質(zhì)量濃度為47.70 μg·m-3，5月─10月較低，這是由于NO2受到大氣降水變化的影響進(jìn)入其他環(huán)境介質(zhì)，因而大氣中NO2干季質(zhì)量濃度較高，濕季濃度較低（Lee et al.，2012；魏玉香等，2009）。PM10和 PM2.5月均質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)極為相似，其質(zhì)量濃度在夏季（6月─9月）較低，其余季節(jié)均處于較高水平。這是因?yàn)槎救珖?guó)部分地區(qū)陸續(xù)進(jìn)入采暖期，煤燃燒產(chǎn)生的顆粒物導(dǎo)致PM10和PM2.5顯著增加。春季中國(guó)北部沙塵天氣較多（王金艷等，2007；Lee et al.，2006），也導(dǎo)致了PM10的值保持了較高水平，PM10沙塵自然來(lái)源比例高于PM2.5，而PM2.5更多的受到人為源的控制。秋季PM10和PM2.5質(zhì)量濃度高則可能與當(dāng)時(shí)污染物擴(kuò)散條件差等天氣因素有關(guān)（陳建華等，2005）。SO2月均質(zhì)量濃度在12月較高，其月均濃度達(dá)到53.34 μg·m-3，4月─10月平均質(zhì)量濃度較低，小于30.00 μg·m-3。這是因?yàn)闈窦居晁S沛，將大量SO2沖刷到地面而使其大氣中濃度下降（吉東生等，2009；Meng et al.，2010）。

圖2 NO2、PM10、PM2.5和SO2的月平均濃度變化圖Fig. 2 The monthly average concentration variation of NO2, PM10, PM2.5and SO2

3.3 中國(guó)大氣污染物 NO2、PM10、PM2.5、SO2的空間分布特征

本研究中采用普通克里金插值法對(duì)全國(guó)190個(gè)城市的大氣污染物檢測(cè)數(shù)值進(jìn)行分析處理，得到如圖3所示的4種污染物區(qū)域分布。

圖3 中國(guó)NO2、PM10、PM2.5和SO2的空間分布圖Fig. 3 The spatial distribution of NO2, PM10, PM2.5and SO2in China

通過(guò)對(duì)比分析NO2、PM10、PM2.5和SO2這4種污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及空間分布（圖 3）來(lái)看，4種污染物濃度的空間分布有一定差異（Flemming et al.，2005）。NO2年均質(zhì)量濃度較高的地區(qū)主要位于河北南部及其周邊地區(qū)以及長(zhǎng)江三角洲等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)人口密集的地區(qū)，而其質(zhì)量濃度較低的地區(qū)主要位于東北地區(qū)、中西部以及西南部等經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)人口密度較小的地區(qū)。這可能是因?yàn)镹O2質(zhì)量濃度高的地區(qū)機(jī)動(dòng)車密集，移動(dòng)污染源排放集中，而其他區(qū)域機(jī)動(dòng)車密度較低，因而污染較輕（Nguyen et al.，2015；Mazzeo et al.，2005）。PM10污染全國(guó)范圍內(nèi)較為普遍，其中年均濃度較高的地區(qū)主要位于京津冀及周邊地區(qū)、西北地區(qū)，中國(guó)南部沿海地區(qū)及內(nèi)陸東南地區(qū)的質(zhì)量濃度較低。這可能與西北地區(qū)受到來(lái)自西伯利亞的強(qiáng)冷空氣影響，沙塵天氣帶來(lái)大量的粗顆粒區(qū)使其成為高污染中心，而京津冀地區(qū)不僅受沙塵天氣影響（魯然英等，2005；Tian et al.，2014；Liu et al.，2014），工業(yè)污染的排放也很高。PM2.5污染全國(guó)范圍內(nèi)較為普遍，污染較為嚴(yán)重的地區(qū)主要位于中國(guó)北方地區(qū)，其中京津冀地區(qū)污染最為嚴(yán)重。這可能是北方地區(qū)工業(yè)排放量大且氣候條件不利于擴(kuò)散導(dǎo)致的。SO2全國(guó)范圍內(nèi)污染程度較輕，年均濃度較高地區(qū)主要分布在北方地區(qū)，其中河北與山西交界處及山東東部地區(qū)污染最為嚴(yán)重，這可能與該地區(qū)電廠燃煤與工業(yè)鍋爐排放有關(guān)（代百乾等，2008）。

3.4 中國(guó)采暖期與非采暖期大氣污染物的空間分布特征

為了進(jìn)一步分析大氣污染物時(shí)空分布的影響因素，本文采用聚類分析進(jìn)一步分析驗(yàn)證各大氣污染物之間的相互關(guān)系。如圖4所示，通過(guò)對(duì)4種大氣污染物的聚類分析，得到一個(gè)層次化的系統(tǒng)樹狀圖。距離集群值越低，數(shù)據(jù)間的相關(guān)性越高（Adame et al.，2012）。從圖4可以看出，采暖期和非采暖期的聚類分析結(jié)果非常相似，得到兩大集群，第一類集群包括 PM2.5、NO2和 SO2；第二類集群包括PM10。其中第一類集群距離小于5，這說(shuō)明PM2.5、NO2和 SO2的污染來(lái)源非常類似（Tiwari et al.，2015）。而PM10與其他3種污染物集群距離較大，這說(shuō)明其污染來(lái)源與PM2.5、NO2和SO2有較大不同。其中PM10受自然源與人為源共同控制（An et al.，2013），而PM2.5、NO2和SO2的污染來(lái)源中人為源占主導(dǎo)地位。

圖4 (a) 采暖期SO2、PM2.5、NO2和PM10的聚類樹狀圖，(b) 非采暖期SO2、PM2.5、NO2和PM10的聚類樹狀圖Fig. 4 (a) The dendrogram of SO2, PM2.5, NO2and PM10at heating period，(b) The dendrogram of SO2, PM2.5, NO2and PM10at non-heating period

3.4.1 NO2的空間分布特征分析

從圖5可見(jiàn)，中國(guó)NO2空間分布的南北差異顯著。采暖期全國(guó)各監(jiān)測(cè)城市NO2的平均質(zhì)量濃度在25.56～84.73 μg·m-3之間，其中超過(guò)二級(jí)濃度限值（40 μg·m-3）的城市有109個(gè)，最高值出現(xiàn)在河北邢臺(tái)，采暖期內(nèi)其日均達(dá)標(biāo)比例僅為 71.70%，NO2質(zhì)量濃度高值區(qū)主要位于河北南部、河南東部和山東西部等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)。而這主要是因?yàn)楸狈讲膳诟邷劐仩t燃燒、工業(yè)生產(chǎn)以及汽車尾氣排放了大量的NO2。其次，NO2形成以長(zhǎng)江三角洲和新疆為中心的兩個(gè)相對(duì)高濃度區(qū)，但由于監(jiān)測(cè)城市較少，因此西部地區(qū)插值僅作參考。這主要與這些地區(qū)發(fā)達(dá)的工業(yè)有關(guān)（Meng et al.，2010；尉鵬等，2013）。

非采暖期全國(guó)各監(jiān)測(cè)城市 NO2的平均質(zhì)量濃度在14.66～34.98 μg·m-3之間，其中超過(guò)二級(jí)濃度限值（40 μg·m-3）的城市有39個(gè)，最高值出現(xiàn)在山東淄博，與采暖期相比NO2超標(biāo)城市大幅減少，而且平均質(zhì)量濃度整體下降，這是因?yàn)榉遣膳诮邓^多，雨水沖刷使得大氣中的NO2落入土壤，各城市的平均濃度均有所降低。華北平原雖然有水沖刷，NO2的質(zhì)量濃度有所降低，但是其工業(yè)生產(chǎn)仍然使其污染濃度相對(duì)較高。

3.4.2 PM10的空間分布特征分析

從圖6可見(jiàn)，中國(guó)PM10采暖期與非采暖期的空間分布有明顯差異，但總體看來(lái)依然是北方地區(qū)較南方地區(qū)污染嚴(yán)重。采暖期 PM10的平均質(zhì)量濃度約為其非采暖期的2倍，主要與北方采暖期供暖有關(guān)。

圖5 (a) 采暖期NO2空間分布圖，(b) 非采暖期NO2空間分布圖Fig. 5 (a) The spatial distribution of NO2at heating period, (b) The spatial distribution of NO2at non-heating period

圖6 (a) 采暖期PM10空間分布圖，(b) 非采暖期PM10空間分布圖Fig. 6 (a) The spatial distribution of PM10at heating period, (b) The spatial distribution of PM10at non-heating period

采暖期全國(guó) PM10的質(zhì)量濃度在 59.74～405.92 μg·m-3之間，其中超過(guò)二級(jí)濃度限值（70 μg·m-3）的城市有 34個(gè)，最高值出現(xiàn)在河北保定，采暖期內(nèi)其日均達(dá)標(biāo)比例為22.92%，由于供暖期間大量煤炭燃燒，使得全國(guó)范圍內(nèi)相對(duì)于采暖期平均質(zhì)量濃度均有所升高，尤其在北方環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈不但采暖燃煤，而且工業(yè)布局較為密集，顆粒物排放量較大，因而PM10質(zhì)量濃度較高（Lim et al.，2010）。

非采暖期全國(guó) PM10的質(zhì)量濃度在 31.30～132.52 μg·m-3之間，其中超過(guò)二級(jí)濃度限值（70 μg·m-3）的城市有16個(gè)，有兩個(gè)污染高值區(qū)，一是河北南部地區(qū)，以邢臺(tái)最為嚴(yán)重，主要原因是該地區(qū)生產(chǎn)鋼鐵排放了大量顆粒物，并且沙塵天氣較多，使得該地區(qū)污染較為嚴(yán)重。二是以烏魯木齊市為中心的區(qū)域，由于西北地區(qū)受到來(lái)自西伯利亞的強(qiáng)冷空氣影響（Hoffmann et al.，2008），沙塵天氣帶來(lái)大量的粗顆粒物使該區(qū)域成為高污染中心。

3.4.3 PM2.5的空間分布特征分析

從圖7可見(jiàn)，中國(guó)PM2.5采暖期與非采暖期的空間分布有明顯差異。采暖期全國(guó) PM2.5的平均質(zhì)量濃度為75.09 μg·m-3，而非采暖期其平均質(zhì)量濃度為53.04 μg·m-3。采暖期PM2.5的平均質(zhì)量濃度普遍高于非采暖期，煤的燃燒產(chǎn)生的一次、二次顆粒物是此時(shí)期大氣中顆粒物的主要來(lái)源（張軍營(yíng)等，2005）。國(guó)外研究學(xué)者也得到了相同的變化規(guī)律，認(rèn)為產(chǎn)生這一規(guī)律的另一個(gè)原因是氣候變化引起空氣濕度的改變，采暖期寒冷的氣溫有利于重金屬隨水分結(jié)晶，從而增大了PM2.5的重金屬質(zhì)量濃度，從而導(dǎo)致其質(zhì)量濃度增加（Christoph et al.，2005）。

全國(guó)各監(jiān)測(cè)城市在采暖期PM2.5的質(zhì)量濃度在27.06～180.27 μg·m-3之間，其中超過(guò)二級(jí)濃度限值（35 μg·m-3）的城市有190個(gè)，最高值出現(xiàn)在河北保定，采暖期內(nèi)其日均達(dá)標(biāo)比例僅為 22.23%，PM2.5平均質(zhì)量濃度高值區(qū)主要位于天津、河北南部、山東東部、河南、湖北以及東北部分地區(qū)等地區(qū)，這些地區(qū)工業(yè)布局密集，人口基數(shù)大，汽車保有量大，燃煤鍋爐、機(jī)動(dòng)車尾氣以及周邊城市重化工業(yè)污染物的排放等綜合因素導(dǎo)致了這些地區(qū)PM2.5污染嚴(yán)重（韓瑞霞等，2014）。其次是以新疆烏魯木齊為中心的地區(qū)，烏魯木齊市空氣污染為煤煙型污染，可吸入顆粒物為首要污染物（陳曉月，2010），采暖期大氣中PM2.5質(zhì)量濃度嚴(yán)重超標(biāo)。

圖7 (a) 采暖期PM2.5空間分布圖，(b) 非采暖期PM2.5空間分布圖Fig. 7 (a) The spatial distribution of PM2.5at heating period，(b) The spatial distribution of PM2.5at non-heating period

全國(guó)各監(jiān)測(cè)城市在非采暖期PM2.5的質(zhì)量濃度在15.29～111.87 μg·m-3之間，最高值出現(xiàn)在河北邢臺(tái)，平均質(zhì)量濃度達(dá)到111.87 μg·m-3，全國(guó)各城市PM2.5濃度均值仍普遍超過(guò)二級(jí)濃度限值（35 μg·m-3）。但非采暖期降水較多，雨水沖刷使得大氣中的 PM2.5落入土壤，并且該時(shí)期氣候有利于污染物擴(kuò)散，各城市的平均濃度均有所降低。雖然華北平原 PM2.5的質(zhì)量濃度有所降低，但是其工業(yè)生產(chǎn)仍然使其污染濃度相對(duì)較高。

3.4.4 SO2的空間分布特征分析

全國(guó)各監(jiān)測(cè)城市在采暖期 SO2質(zhì)量濃度在15.54～130.21 μg·m-3之間，其中超過(guò)二級(jí)濃度限值（60 μg·m-3）的城市有55個(gè)，最高值出現(xiàn)在臨汾，采暖期內(nèi)其日均達(dá)標(biāo)比例為 71.16%。從圖 8（a）可見(jiàn)，北方城市明顯高于南方城市，其中北方地區(qū)和西北地區(qū)最為嚴(yán)重。主要是由于采暖期煤的燃燒量大，SO2排放量隨之增加。結(jié)合圖5～圖7，從圖8可見(jiàn)，相對(duì)于NO2、PM10和PM2.5采暖期對(duì)SO2影響最為顯著。

圖8 (a) 采暖期SO2空間分布圖，(b) 非采暖期SO2空間分布圖Fig. 8 (a) The spatial distribution of SO2at heating period, (b) The spatial distribution of SO2at non-heating period

全國(guó)各監(jiān)測(cè)城市在非采暖期 SO2質(zhì)量濃度在10.39～41.29 μg·m-3之間，其中超過(guò)二級(jí)濃度限值（60 μg·m-3）的城市有2個(gè)，最高值出現(xiàn)在淄博，其平均質(zhì)量濃度達(dá)到94.62 μg·m-3。由于降水量較大，全國(guó)范圍內(nèi)濃度均有所降低（Meng et al.，2008）。從圖8（b）可見(jiàn)，華北平原特別是山東東部地區(qū)污染較為嚴(yán)重，東北地區(qū)和東南沿海SO2質(zhì)量濃度較低。主要是由于華北地區(qū)工業(yè)布局較為密集，SO2排放量較大。而東南沿海地區(qū)受信風(fēng)帶影響，且地勢(shì)平坦，有利于SO2擴(kuò)散。與此同時(shí)，較高的植被覆蓋率也有利于SO2濃度的降低（吳曉娟等，2006）。

綜上可知，全國(guó)范圍內(nèi)河北南部NO2、PM10、PM2.5和 SO2的平均質(zhì)量濃度均處于較高水平。其中，石家莊特殊的地形使西北風(fēng)無(wú)法到達(dá)，東南風(fēng)作用時(shí)由于太行山脈的阻擋又轉(zhuǎn)而向東，污染物始終停留在石家莊上空，是造成其空氣質(zhì)量差的基本原因。而隨著北京冶金、化工、電力、水泥等大批污染企業(yè)遷入邢臺(tái)、保定等城市，河北南部成為了全國(guó)大氣污染最嚴(yán)重的地區(qū)之一。河北南部的首要污染物是可吸入顆粒物（PM10），主要來(lái)源于化石燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及交通運(yùn)輸，各種工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的空氣污染由于排放點(diǎn)比較集中，濃度較高，所以對(duì)工礦區(qū)或局部的空氣污染較為嚴(yán)重，這也是河北南部空氣質(zhì)量狀況較差的一個(gè)重要原因。全國(guó)范圍內(nèi)采暖期的空氣質(zhì)量狀況明顯較差，說(shuō)明采暖期燃煤對(duì)空氣質(zhì)量的影響巨大，采暖期結(jié)束后空氣質(zhì)量明顯改善。

4 結(jié)論

本文通過(guò)分析NO2、PM10、PM2.5及SO2等大氣污染物的時(shí)空分布特征，解析了這些污染物的不同影響因素。污染物濃度總體趨勢(shì)是北方地區(qū)高于南方地區(qū)。河北南部以及山東部分地區(qū)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)人口密集地區(qū)污染較為嚴(yán)重。而中西部及東南部等經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后人口較為稀少的地區(qū)污染較輕。PM10和PM2.5受氣候與工業(yè)分布等多因素影響，采暖期 PM10受燃煤影響比較顯著，非采暖期受風(fēng)沙天氣影響顯著。SO2的空間分布與北方采暖期有關(guān)，且SO2受到采暖期的影響最為顯著，NO2主要來(lái)源于工業(yè)排放以及汽車尾氣排放，因而相對(duì)發(fā)達(dá)的地區(qū)污染較為嚴(yán)重。采暖期與非采暖期NO2、PM10、PM2.5和 SO2的濃度對(duì)比變化顯著，采暖期燃煤對(duì)空氣質(zhì)量的影響巨大。

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The Temporal and Spatial Distribution Characteristics of Main Air Pollutants in China

ZANG Xinghua1, LU Yintao1*, YAO Hong1, LI Fadong2, ZHANG Shichao1
1. School of Civil Engineering Beijing Jiaotong University, Beijing Key Laboratory of Aqueous Typical Pollutants Control and Water Quality Safeguard, Beijing 100044, China; 2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources research, CAS, Beijing 100101, China

In order to analyze the temporal and spatial distribution characteristics of NO2, PM10, PM2.5and SO2in China, 190 cities’ data of the four air pollutants from March 2014 to February 2015 were evaluated by statistical method and GIS. Results showed that the main sources of pollutants in China derived mainly from heating emissions, motor vehicle emissions, industrial emissions and sand storm. The four pollutants performed an obvious regional distribution, which indicated that the concentration in North China is higher than that in South. The region with large population and heavy industries, such as southern Hebei and eastern Shandong, were severely polluted. And the region with less population and industries, such as Midwest and Southeast China, were slightly polluted. The concentration of PM10was highly affected by season and climate, for example, PM10was significantly influenced by coal in heating period, but by sandstorm weather in non-heating period. The concentration of PM2.5, SO2and NO2all increased in heating period, while SO2was the most sensitive pollutant. The pollution caused by NO2in developed areas is more serious, which attributed to the industrial and vehicle emissions. Above all, the pollutants’ concentration distribution was different in heating and non-heating period, and coal combustion had a significant negative impact on air pollution in heating period.

NO2; PM10; PM2.5; SO2; heating period

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.08.010

X51

A

1674-5906（2015）08-1322-08

臧星華，魯垠濤，姚宏，李發(fā)東，張士超. 中國(guó)主要大氣污染物的時(shí)空分布特征研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(8): 1322-1329.

ZANG Xinghua, LU Yintao, YAO Hong, LI Fadong, ZHANG Shichao. The Temporal and Spatial Distribution Characteristics of Main Air Pollutants in China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(8): 1322-1329.

國(guó)家自然基金項(xiàng)目（41103007）；北京市基金項(xiàng)目（8142031）

臧星華（1990年生），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榇罅饔蛎嬖次廴颈O(jiān)測(cè)評(píng)估。E-mail: 14121230@bjtu.edu.cn *通信作者。

2015-04-10