石家庄市雾霾时空特征及影响因子研究

摘要：分析了石家庄市2015年全年空气质量监测点位所统计的PM2.5和PM10浓度数据的时空分布特征，并研究了PM2.5和PM10浓度与风速、降水量、气温、气压等气象因子以及社会经济之间的相关程度。结果表明，石家庄市PM2.5、PM10在时间上具有周期性演变规律，主要集中在秋冬季节，在空间上具有分布不均衡的现象；影响PM2.5、PM10时空分布规律的因素包括自然气象和社会经济两大因素，气象要素是雾霾集聚、转移与扩散的重要影响因子，而社会经济要素是影响石家庄市雾霾频发的根本性原因。因此，治理雾霾的根本在于能源结构的调整。

关键词：雾霾；时空分布特征；自然因素；社会因素；PM2.5；PM10；石家庄市

中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）09-1652-05

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.09.013

Temporal and Spatial Distribution Characteristics of Haze and Its Influencing Factors in Shijiazhuang City

LIU Zheng， CUI Ze-jia

（Department of Resources and Environment Science， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China）

Abstract： Temporal and spatial distribution characteristics of PM2.5 and PM10 concentration that derived from air quality monitoring stations of Shijiazhuang city in the whole year of 2015 were analyzed， and the relation between fine particulate matter and each of meteorological factors， such as wind speed， rainfall， temperature， pressure， and social economy was studied. The results showed that PM2.5 and PM10 presented a periodic trend， mainly concentrated in autumn and winter season， and their spatial distribution was not balanced. The factors affecting the temporal and spatial distribution of PM2.5 and PM10 included natural meteorological elements and social economic factors， meteorological elements were important impact factors that led to smog concentration， transfer and diffusion， and social and economic elements were fundamental factors affecting the frequent haze in Shijiazhuang. So， the management of haze lies in the adjustment of energy structure.

Key words： haze；temporal and spatial distribution characteristics；natural factors；social factors；PM2.5；PM10；Shijiazhuang city

霾是由馊芙汉推体污染物造成的一种城市和区域性空气污染现象[1]。雾霾天气主要是因为空气中含有可吸入颗粒物、SO2、氮氧化物等，其中衡量雾霾指标的污染物是可吸入颗粒物，即粒径小于2.5 μm的细颗粒物。PM2.5、PM10浓度增加时直接导致雾霾天气的产生，致使大量有害污染物产生，其发生时能见度明显降低，空气质量恶化，威胁人体健康，严重阻碍人们的日常生活。

从国外来讲，西方工业发达的国家在20世纪已经经历过现阶段中国的雾霾天气，尤其是20世纪50年代的伦敦雾霾事件酿成灾难，英国人自此大力整治环境，并实现产业转型，打造生态社会[2]。时至今日，伦敦蜕变为蓝天白云的“生态之城”。其污染治理分为3个阶段，第一阶段为20世纪50年代至80年代治理工业污染和取暖污染，主要措施有关闭城内电厂；工业企业建造高大的烟囱；大规模改造城市居民的传统炉灶等[3]。第二阶段为20世纪80年代至90年代，交通污染取代工业污染成为伦敦空气质量的首要威胁，因此主要是抑制交通污染[4]。此外，伦敦市在城市建设大型环形绿地，在街道使用钙基黏合剂治理空气污染，微粒下降了14%。第三阶段为20世纪90年代至今，英国制定了国家空气质量战略，近一步提升空气质量[5]。

从国内来看，研究多关注区域和城市范围的霾变化趋势、形成机制、时空变化特征以及低能见度天气的主要成因及其与气候的关系等[6-8]。且雾霾形成方面的研究多集中在气象因素，而关于社会经济因素的影响涉及较少。近年来，关于石家庄市雾霾天气的研究有所增加[9-13]，但对于其时空分布特征及其影响因素研究较少。本研究分析了石家庄市雾霾的时空分布特征，进而从自然、社会、经济方面分析其影响因素，提高对雾霾的认知度，以期为防治雾霾提供参考依据。

3）降雨量。图9为2015年石家庄市雨雪天数月均分布图，对照雾霾天数月均分布图来看，雾霾多形成在降水量小的天气。因为降水对雾霾天气中污染物起到很好的冲刷作用，削减污染物的浓度。进一步利用SPSS软件对2015年全年PM2.5、PM10日均浓度与年降水量做相关性分析，得出年降水量与PM2.5、PM10浓度呈负相关，相关系数分别为-0.073、-0.076，相关性不显著。

4）湿度。相对湿度较高有利于雾霾的形成，气溶胶粒子中含水溶性成分时，相对湿度大时，可溶性气溶胶更易吸收水汽而变大，从而使散射作用增加，能见度降低，加剧霾的产生。由表1可知，湿度与PM2.5日均浓度呈显著正相关，与PM10日均浓度呈正相关，但不显著，表明湿度的增加有利于提高小粒径污染物的产生。

5）大气压。由表1可知，大气压与PM2.5、PM10日均浓度呈极显著正相关，相关系数分别为0.334、0.297，说明大气压也是影响石家庄市雾霾天气形成的原因之一。冬季冷空气下沉，地表空气相对增多，即气压升高，不利于城市上空空气的流动，进而使得污染物无法扩散，空气中的微小颗粒聚集，漂浮在空气中，增加了可吸入颗粒物的浓度，此情况下，雾霾天气极易形成。

综上可知，石家庄市形成雾霾的直接因子PM2.5、PM10的浓度受自然气象因子平均风速、气温、大气压的影响较大，湿度对PM2.5有一定的影响，降水量对雾霾的产生影响不大。

2.2.2 地形因素 图10是石家庄市的地形，可以看出石家庄市西依太行山脉有两条明显的输风带，一条是从邯郸市磁县到石家庄市的汇聚风带，另外一条是从天津市到石家庄市的汇聚风带[16]，而两条汇聚风带的交汇正好处在石家庄市。受此影响，石家庄市上空的污染物浓度非但没有降低，输风带还给石家庄市上空带来了新的污染物，使得污染物浓度增加，空气质量下降，易形成雾霾天气。因此，地形也是影响石家庄市雾霾天气形成的因子之一。

2.2.3 社会经济因素 石家庄市是新型工业城市，随着经济的发展，人口逐渐增多，城市规模逐渐扩大，工矿企业入驻也越来越多，致使空气质量下降。

1）产业布局。石家庄是以钢铁产业为主，同时还兼有制药、化工、冶金、印染、纺织等的新型工业城市。石家庄市的工业区主要分布在东北、西北、南部和西南，部分产业靠近市中心，甚至还有的在石家庄市常年风向的上风向，布局的不合理是导致石家庄市雾霾天气形成的主要原因之一[9]。

石家庄市PM2.5浓度的高低与第二产业具有较大的关系，尤其是第二产业中的工业。通过对规模以上工业企业产值和能耗进行分析，排名前十的行业占了全部规模以上工业总产值的70.5%，但是平均产值能耗也较高，为0.535 t（标准煤）/万元，高于全市平均水平0.221 t（标准煤）/万元。

由于石家庄市排污量较大的企业在市区的空间分布不尽合理，外加石家庄市地形的影响，部分市中产业新建厂区已经外迁至三环外，但是位于市区内的老厂区仍然没有停产，依然会加剧市区空气的污染。

2）扬尘。扬尘是石家庄市雾霾污染物的主要来源之一，是PM10的首要来源。据有关资料显示，其对PM10和PM2.5来源的分担率分别为0.375和0.225[17]。随着石家庄市城市规模的扩大，各种建筑施工、道路施工以及机动车扬尘量剧增，也成为大气的主要污染源之一。

3）机动车尾气。在造成石家庄市大气污染的各因子中，机动车排放的尾气也是造成雾霾的重要因素之一。汽车排放尾气主要污染成分有CO、CH、NOx、SO2、HCO及可吸入颗粒物[16]，其中，可吸入颗粒物所占百分比为48.9%，占污染物总量将近一半。随着经济的发展，人们的生活水平逐渐提高，机动车的数量也在逐年提升，据统计，石家庄市民用汽车保有量为107.52万辆，尾气的排放量随着机动车数量的增加而上升，每天向大气中排放污染物量（CO）在7 500 t左右[15]。

4）城市能耗。石家庄市是一座“煤烟型”城市，主要燃料是燃煤。据历年统计资料显示，能源消费燃煤6 100万t，其中冬季采暖和热电厂发电仍然是煤炭消耗的主要途径。燃煤会产生大量的SO2及颗粒物，对石家庄市的雾霾天气有一定影响，而且燃煤的利用率不高，低效的除尘、脱硫设备以及低效燃煤工艺都是促成雾霾天气形成的原因。

3 讨论

3.1 自然因素

石家庄市是河北省雾霾严重的区域之一，特殊的地形和气象条件是石家庄市雾霾天气形成的自然因素。西依太行山脉，东边是华北平原，地势西高东低，呈现“马蹄形”避风港地形，从东面过来的大气污染物遇上太行山脉不利于扩散，淤积在石家庄城市上空。此外，两大输风带无疑给石家庄市大气输送了更多的大气污染物，再加上石家庄市常年风速低，降水量小，干燥的气候以及城市热岛效应导致市区各种大气污染物淤积而不扩散，最终使得石家庄市空气质量状况降低，给雾霾天气的形成创造了条件[12]。

3.2 社会因素

石家庄市经济的迅速发展带来的污染是雾霾形成的根本原因。石家庄市雾霾天气已经逐步由自然现象演变为一种城市灾害性天气。

石家庄市的工业区主要分布在东北、西北、南部和西南，部分产业靠近市中心，甚至还有的在石家庄市常年L向的上风向，不合理的产业布局以及污染物的高排放是石家庄雾霾天气形成最主要的污染源头；外来工矿企业的加入、城市生态建设的先天不足、城市交通运输业的发展迅速等也是石家庄市雾霾形成的因素。

石家庄市的雾霾形成的三大因子[6]分别为燃料燃烧、工业生产过程、交通运输。通过对石家庄市年消耗燃料量、工业生产环保措施效率以及机动车保有量和其年排放总量的分析，得出大气污染的三大因子所占比例分别为70%、20%与10%，对石家庄市雾霾的空间分布及雾霾强度有着根本性的影响。

4 小结

石家庄市PM2.5、PM10在时间上具有演变规律，主要集中在秋冬季节，在空间上具有分布不均衡的现象，分析其时空变化规律有助于其成因分析。根据对石家庄市雾霾天气影响因素的分析，得出石家庄市雾霾天气形成的因素主要包括自然气象和社会经济两大因素，其中，燃煤、交通、工业生产是石家庄市污染的主要来源，气象要素是雾霾集聚、转移与扩散的重要影响因子，而社会经济要素是影响石家庄市雾霾频发的根本性原因。

应对雾霾天气，需要采取相应的应急措施，提高空气质量的监测力度，大力整改污染企业，优化绿化设施、生态系统，提高空气质量状况。本研究成果对石家庄市乃至全国空气污染治理、雾霾天气的形成与防治有理论借鉴和实践意义。

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