江苏省县域PM2.5浓度时空变化特征研究

楚翠姣　钟声　梁进　茅晶晶　郁建桥

摘要：文章利用江苏省2017年-2022年环境空气质量监测数据，分析了全省县域细颗粒物（PM2.5）浓度时空变化特征，与气象因素的相关关系，并比较了与主城区PM2.5浓度的差异。结果显示，江苏省县域PM2.5浓度呈逐年下降趋势，5年降幅为25.4%，年均下降速率为2.1μg／（m·a）。空间分布呈“西北部偏高，东南部偏低”的特征。与气象因素的相关性表明，县域PM2.5月均浓度整体与月均气温、月均风速呈显著负相关，但仅个别月份，与月均相对湿度呈负相关。与主城区PM2.5平均浓度相比，县域平均浓度整体较低，但二者浓度差呈现逐年迅速减小趋势，从日变化看，二者浓度差最大出现在上下班高峰时段。

关键词：PM2.5污染；县域；城县差异；气象因素；江苏省

中图分类号：X511 文献标志码：A

前言

随着《大气污染防治行动计划》的实施和治理措施的持续推进，大气细颗粒物（PM2.5）污染问题得到明显改善，颗粒物浓度大幅下降。以长三角经济发达省份之一江苏省为例，2022年PM2.5年均浓度为32.0μg/m3，实现自2013年以来PM2.5浓度“九连降”，降幅达56.2%。然而，全省PM2.5平均浓度距离世界卫生组织最新修订的《全球空气质量指导值》（AQG2021）健康安全标准（5.0μg/m3）仍然遥远，空气质量改善仍任重道远。

县域是支撑社会经济发展的基本行政单元，污染问题也不容忽视，县域空气质量不但关乎区域空气质量的整体持续改善，也关乎生态文明建设等国家政策在县域的实施和推进。江苏省县域经济领跑全国，综合实力稳居全国头部方阵，但仍存在发展不平衡、生态环境脆弱等问题。受产业类型、排放强度及县域城市发展进程、污染治理政策和自然环境等因素影响，大气污染呈现明显时空异质性特征。

以往对江苏省PM2.5污染变化规律的研究多侧重省域或市域等空间尺度，或局限于县域个例分析。文章以江苏省所辖县域为例，采用空间多点位分布、长时间连续的监测数据，对全省县域PM2.5浓度进行综合分析，探讨时空变化特征，以期了解县域PM2.5污染现状，为大气污染的县域治理拓展思路，为区域空气质量的持续改善提供参考。

1 数据与方法

文章使用的大气污染数据来自江苏省所辖13个设区市主城区和54个管辖区县共185个空气质量监测站点的监测数据，其中县域共分布有115个监测站点，主城区分布有70个监测站点。地面空气质量监测数据是生态环境质量评价的主要数据支撑，也是大气环境研究的主要数据来源之一。文章选取2017年-2022年PM2.5逐时实况数据，该数据具有时间连续性强，数据精度高等优点。参照国家生态环境部《环境空气质量指数（AQI）技术规定》（HJ633-2012）相关评价方式，PM2.5浓度采用24小时平均浓度作为日均值指标表征。文章使用的气象数据来自江苏省气象局气象监测逐日实况数据，主要气象要素包括气温、相对湿度、累积降水量、风向和风速等。

大气污染物监测指标含义详见《环境空气质量标准》（GB3095-2012），基于图1中2016年-2020年县域PM2.5浓度的变化趋势，对浓度的变化趋势进行线性拟合，拟合方程为yt=a+bx，式中y1为拟合浓度，xt为时间，a为截距，b为斜率，参数a、b的确定采用最小二乘原理，使得拟合线上的拟合浓度值和实况值之间的离差平方和最小。其中，

2 结果分析

2.1 县域PM2.5浓度时空变化特征

如图1所示2017年-2022年江苏省所辖县域PM2.5浓度年际变化。可以看出，县域PM2.5年均浓度呈现明显的逐年下降趋势，年均浓度从41.8μg/m3下降至31.2μg/m3，5年降幅為25.4%，年均下降速率为2.1μg／（m3·a）。

在季节变化上，冬春季PM2.5浓度较高，夏秋季较低。冬季平均浓度为58.0μg/m3，春季浓度开始下降，平均为36.3μg/m3，夏季浓度最低，为22.6μg/m3。如图2所示季节平均浓度的空间分布。可以看出，冬季平均浓度整体上呈现“西北部偏高，东南部偏低”的特征，高值中心位于西北部地区，徐州、连云港和宿迁3市所辖县域平均浓度在62.0-76.6μg/m3之间；春季浓度高值中心向中南部的镇江扬中市和句容市、无锡江阴市、泰州靖江市交界处转移，平均浓度约39.6-43.4μ/m3；夏季浓度最低，低值区域不再局限于东南部地区，而向西北部扩散；秋季浓度再次呈现出西北高-东南低的分布特征。

2017年-2022年逐年和季节PM2.5平均浓度日变化均呈现典型的双峰分布特征（图略），白天峰值浓度出现在8：00-10：00之间，之后随着气温增加，大气湍流作用增强，污染物浓度下降，谷值浓度出现在16：00-17：00之间，之后随着边界层高度降低，大气扩散能力减弱，污染物浓度再次升高，夜间峰值浓度出现在22：00至次日2：00之间。此外，逐年浓度日变化呈现出逐年下降趋势，2017年和2018年的峰值浓度明显高于其他年份，2020年-2022年受新冠疫情影响，日变化浓度明显较低。疫情影响下2021年和2022年在凌晨时段浓度相近，2022年的减幅主要来源于白天时段的减幅。

2.2 PM2.5浓度与气象要素的关系

已有研究表明，气象条件是推动大气运动和变化的重要因素，在污染物的传输扩散、化学转化、干湿沉降等过程中扮演着重要角色。颗粒物浓度变化与近地面气温、风速、相对湿度等气象要素存在一定的关系。

近地面气温是影响大气颗粒物浓度变化的重要因素之一。如图3所示县域PM2.5月均浓度和气温关系散点图。从全年看，PM2.5月均浓度整体上与月均气温呈负相关关系，随着气温升高，PM2.5浓度呈现明显下降趋势。当月均气温较高时（夏季），颗粒物的布朗运动活跃，有利于颗粒物扩散，降低污染物浓度。从逐月看，12月、1月、2月、3月、6月、10月、11月PM2.5月均浓度与月均气温呈显著负相关，Pearson相关系数在0.05-0.56之间，均通过0.05水平的信度检验，而其他月份的相关系数较低，未通过信度检验。

风速是大气污染扩散的主要动力因子，当风速较大时，污染物容易扩散和稀释，当风速较小时，大气维持稳定状态，颗粒物不易扩散，聚集形成污染。除4月和5月外，其他月份PM2.5浓度与风速呈显著负相关关系（图略），Pearson相关系数在0.05-0.21之间，均通过0.05水平的信度检验。相对湿度可以通过影响大气中颗粒物的聚积、成核等物理化学过程，从而影响颗粒物浓度变化。仅12月、4月、6月、10月PM2.5浓度与相对湿度的Pearson相关系数在0.06-0.15之间，在0.05水平上呈显著负相关关系。

2.3 与主城区PM2.5浓度的差异特征

江苏省13个设区市持续开展大气污染防治行动，推进和修订大气环境相关法律和标准，加强重点行业企业无组织排放治理，有效应对重污染天气，颗粒物浓度明显下降。2017年-2022年13个设区市主城区PM2.5年均浓度呈逐年下降趋势，年均浓度从49.4μg/m3下降至31.5μg/m3，5年降幅超过36.2%，年均下降速率约为3.6μg／（m·a）。

从江苏省所辖县域与主城区PM2.5平均浓度差异看，县域浓度整体上低于主城区，二者5年平均浓度差为3.3μ/m3。从13市浓度差异的年际变化看（如图4所示），徐州、常州、苏州、南通、淮安、扬州、镇江、泰州、宿迁9市PM2.5浓度差呈现出逐年迅速减小的趋势，其中徐州、淮安、宿遷3市年均减小速率较高，分别为3.5、3.1、3.6μg／（m3·a）。然而个别城市已经呈现出县域浓度高于主城区，比如南京、无锡2市除2019年外，其他年份均呈现县域浓度高于主城区；连云港市除2017年外，其他年份县域浓度均高于主城区，且呈现明显的加速增长趋势，年均增长速率为1.1μg／（m3·a）；盐城市浓度差则呈现出由负转正的特征，即2021年开始县域PM2.5浓度高于主城区，年均变化速率为1.3μg／（m3·a）。

与设区市相比，县域整体上工业企业生产总量相对少，人口数量少，大气污染排放总量较低，PM2.5平均浓度整体较低。然而南京、无锡、连云港3市县域浓度高于主城区，浓度差分别为0.6、1.8、2.7μg/m3。无锡市所辖江阴市钢铁企业、冶金制造业密集，煤炭消耗量大，机动车排放与扬尘问题突出。连云港市所辖县域灌云县、灌南县等“两灌”地区工业企业污染治理水平整体较低。总体看燃煤、钢铁等重工业污染突出，企业污染治理水平较低、监管能力较为薄弱等问题仍是影响个别县域空气质量落后的主要原因。在开展区域联合大气污染防治工作中，这些县域是污染持续减排的重点区域和潜力区域，因地制宜推动县域产业绿色低碳转型，持续优化产业结构与布局，加强对散乱污治理，不仅有利于县域本身大气污染治理，而且有利于区域空气质量的整体持续改善。

如图5所示2017年-2022年逐年（a）和季节（b）县域和主城区PM2.5浓度差的日变化。从整体上看，浓度差日变化最大出现在上下班高峰时段，即上午的5：00-9：00和下午的18：00-21：00之间，而午间及其他时段二者浓度差明显减小。从年际变化看图5（a），2017年-2022年间浓度差的日变化整体上呈现逐年减小的趋势，至2021年小时浓度差低于2.0μg/m3，2022年小时浓度差持续减小。受新冠疫情居家办公影响，上下班高峰时段的浓度差明显减小，其中在2021年-2022年，上下班高峰时段与其他时段的浓度差相近，没有表现出明显的上下班高峰时段差异。从季节浓度差的日变化看图5（b），冬季浓度差最大，尤其下班高峰时段，约为5.9μg/m3；春秋季浓度差减小且两个峰值较为接近；夏季浓度差最小，尤其下午下班高峰时段较低，约为2.0μg/m3，可能与边界层高度的季节变化有关。

3 结论

文章分析了江苏省所辖县域2017年-2022年PM2.5浓度时空变化特征。从年际变化看，县域PM2.5年均浓度呈逐年下降趋势，5年降幅为25.4%，年均下降速率为2.1μg／（m3·a）。从空间分布看，呈现出“西北部偏高，东南部偏低”的空间分布特征。近地面气温、风速等气象条件是影响PM2.5浓度的重要因素。从逐月变化看，县域PM2.5月均浓度与月均气温呈负相关，月均浓度随气温升高而下降；与风速呈显著负相关，月均浓度随风速的增大而下降；但仅在个别月份，与月均相对湿度呈负相关。与主城区PM2.5浓度相比，县域PM2.5浓度整体较低，平均浓度差为3.3μg/m3，同时二者浓度差呈逐年迅速减小趋势。从日变化看，二者浓度差最大出现在上下班高峰时段，2021年-2022年受新冠疫情居家办公影响，上下班高峰时段浓度差明显减小。