2.2　典型城市氣象與環(huán)境特征

2.2.1　城市概況

哈爾濱市地理位置位于東經(jīng)125°42'～130°10'、北緯44°04'～46°40'之間，地處黑龍江省南部，中國東北北部地區(qū)。全市管轄7個(gè)區(qū)和12個(gè)縣，總面積為5.3×104km2，其中市區(qū)面積1660.3km2。

哈爾濱市區(qū)地形較平坦、低洼，其東部10縣則多為山及丘陵地區(qū)。城市市區(qū)分布在由松花江形成的三級(jí)階地上，三級(jí)階地海拔由小到大分別在132～140m、145～175m和180～200m。第一階地地面平坦；第二階地由第一階地逐步過渡，土層深厚，土質(zhì)肥沃，是哈爾濱市區(qū)主要農(nóng)業(yè)區(qū)；第三階地為丘陵地區(qū)。圖2-1為Surfer軟件做出的哈爾濱市地形圖。

2.2.2　氣象條件

哈爾濱屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫在5℃，年均降雨量在800mm左右，降水日數(shù)在100d左右。受極鋒輻合帶季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)影響，具有明顯的季風(fēng)特征，冬季風(fēng)強(qiáng)于夏季風(fēng)，冬季風(fēng)來自高緯內(nèi)陸，受極地大陸氣團(tuán)控制，嚴(yán)寒干燥，寒潮頻繁，冬季漫長(zhǎng)；夏季受熱帶海洋氣團(tuán)影響，溫?zé)岫嘤辍６募撅L(fēng)交替時(shí)，夏季風(fēng)由南向北逐步發(fā)展，7月下旬～8月上旬夏季風(fēng)達(dá)到鼎盛，是哈爾濱市降雨最集中的時(shí)期。8月中旬～9月上旬，夏季風(fēng)逐漸后退，即由北向南結(jié)束。季風(fēng)氣候產(chǎn)生明顯的季節(jié)風(fēng)，盛行風(fēng)向交替變更。冬季盛行偏西或偏北風(fēng)，夏季盛行偏南或東南風(fēng)。春、秋季較短，偏南、偏北風(fēng)交替變更。表2-1所示為哈爾濱市四季氣候詳細(xì)特征。

由此可見哈爾濱在四季氣象特征上有很大程度的不同，而這些因素將決定大氣顆粒物濃度及化學(xué)成分在四季中的差異，如：風(fēng)向、風(fēng)速、降水、濕度、日照、低云量、天氣形勢(shì)和大氣穩(wěn)定度等。

（1）風(fēng)向和風(fēng)速

風(fēng)向?qū)諝馕廴镜挠绊懼饕憩F(xiàn)為風(fēng)力對(duì)污染物在水平方向的輸送，即污染源和污染區(qū)域下風(fēng)向可能是重污染地帶，在進(jìn)行污染源解析時(shí)要重點(diǎn)考慮。風(fēng)速是大氣水平擴(kuò)散能力的主要指標(biāo)，直接決定大氣稀釋擴(kuò)散大小，是影響空氣污染的主要?dú)庀髼l件。

（2）降水和濕度

降水對(duì)顆粒物起到了清洗和凈化的作用，維持時(shí)間越長(zhǎng)、降雨量越大對(duì)顆粒物濃度的影響則越顯著，除此之外對(duì)二氧化硫和氮氧化物等氣態(tài)污染物的降解作用也非常之明顯。

（3）日照和低云量

日照強(qiáng)度和時(shí)間主要對(duì)光化學(xué)反應(yīng)有影響，一般在晴空少云的中午時(shí)刻，日照較強(qiáng)，光化學(xué)反應(yīng)加劇，二次污染物開始產(chǎn)生。低云量與大氣顆粒物濃度有顯著相關(guān)性，顆粒物濃度升高可導(dǎo)致低云量增大，反之，低云量的增加也可作為凝結(jié)水導(dǎo)致顆粒物的升高。

（4）天氣形勢(shì)

不同的天氣形勢(shì)可產(chǎn)生高污染和低污染天氣特征。當(dāng)高、低壓增強(qiáng)時(shí)，風(fēng)速加大，污染程度減輕；高、低壓減弱時(shí)，風(fēng)速減小，污染物迅速累積，質(zhì)量濃度迅速攀升。另外，大氣冷暖平流還會(huì)改變大氣穩(wěn)定度，冷平流時(shí)，氣溫降低，使大氣結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，空氣污染減輕；暖平流時(shí)，氣溫升高，有利于大氣穩(wěn)定，空氣污染加重。

（5）大氣穩(wěn)定度

大氣穩(wěn)定度是體現(xiàn)大氣垂直擴(kuò)散能力的主要指標(biāo)。當(dāng)大氣穩(wěn)定度較弱時(shí)，大氣垂直交換能力較強(qiáng)，對(duì)顆粒物的垂直疏散能力增加，空氣污染減弱；當(dāng)大氣穩(wěn)定度增強(qiáng)時(shí)，通常表現(xiàn)為逆溫天氣，此時(shí)風(fēng)速非常低，污染物擴(kuò)散空間小，并迅速累積成較大顆粒，同時(shí)可吸附氣態(tài)污染物或游離元素引起質(zhì)量的增加，空氣污染逐漸加重。

2.2.3　能源結(jié)構(gòu)與工業(yè)布局

哈爾濱市是黑龍江省政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科技和交通中心，是全省經(jīng)濟(jì)發(fā)展中心，是一個(gè)以工業(yè)為主體、三次產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展的綜合性城市。“一五”、“二五”時(shí)期，哈爾濱形成了以國有大中型企業(yè)為主體、重工業(yè)為重心的工業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，成為我國重要的工業(yè)基地，主要產(chǎn)品達(dá)3000多個(gè)品種，覆蓋全國，遠(yuǎn)銷100多個(gè)國家和地區(qū)。其中，電站設(shè)備、工具量具、飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)、亞麻紡織、鋁鎂加工、精密儀表、軸承、電纜、繼電保護(hù)裝置等產(chǎn)品，處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。改革開放以來，哈爾濱加大經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，醫(yī)藥、汽車、食品、電子信息等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，形成新的產(chǎn)業(yè)格局。“十五”及“十一五”期間，工業(yè)發(fā)展實(shí)現(xiàn)用信息化帶動(dòng)工業(yè)化，培育了電子信息、汽車、食品、醫(yī)藥4大支柱產(chǎn)業(yè)，發(fā)展了裝備制造、環(huán)保、焊接、新材料、生物工程5個(gè)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，并對(duì)機(jī)械、紡織、冶金、建材、石化、輕工6個(gè)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了積極調(diào)整和改造。

能源結(jié)構(gòu)是城市中生產(chǎn)生活的物料消耗結(jié)構(gòu)，圖2-2為哈爾濱市2005～2011年間規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)各種能源消費(fèi)量情況。

由圖2-2可知，哈爾濱市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)的能源消耗在逐漸增加，在2011年總能源合計(jì)為17329659t標(biāo)煤；在各類能源中，原煤和原油為主要消耗能源，且消耗量有逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)；天然氣的用量從2005年364×104m3，到2011年達(dá)到8471×104m3，相信未來天然氣用量會(huì)繼續(xù)增加；汽油、柴油和電力用量則無明顯變化趨勢(shì)。綜上認(rèn)為，哈爾濱市對(duì)能源的用量在逐漸加大，能源仍以原煤和原油為主，天然氣用量在逐漸增加，其他類能源用量無明顯變化趨勢(shì)。

城市機(jī)動(dòng)車數(shù)目的改變大大影響著大氣環(huán)境，研究認(rèn)為，機(jī)動(dòng)車尾氣的排放是大氣NOx污染的重要來源，而對(duì)哈爾濱市近年民用機(jī)動(dòng)車保有量的統(tǒng)計(jì)如圖2-3所示。

由圖2-3所示，哈爾濱市民用機(jī)動(dòng)車保有量逐年增加，經(jīng)計(jì)算增長(zhǎng)率約在13%，這也意味著汽車尾氣的排放量在增加，這將大大影響城市大氣環(huán)境。

從哈爾濱的城市分區(qū)來看，隨著城市區(qū)域的不斷改造和整合，現(xiàn)有南崗區(qū)、道里區(qū)、道外區(qū)、香坊區(qū)、平房區(qū)、松北區(qū)、阿城區(qū)和呼蘭區(qū)8個(gè)區(qū)域，其中南崗區(qū)和道里區(qū)是該市重要的居民區(qū)和商業(yè)區(qū)，同時(shí)也是哈爾濱展現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)文化以及環(huán)境特色的重要區(qū)域，因此政府對(duì)兩區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量和管理現(xiàn)狀也是格外的重視。

其中，南崗區(qū)是哈爾濱市的中心城區(qū)，主要有以下4個(gè)特點(diǎn)：一是城區(qū)面積大、人口多，城區(qū)面積60km2，約占全市城區(qū)面積的1/3，人口100萬，約占全市城區(qū)人口的1/4；二是文化教育集中區(qū)域，區(qū)內(nèi)有大專院校31個(gè)，科研院所56個(gè)，約占全市的1/3；三是人流、物流、資金流和信息流高度集中，擁有大中型商服企業(yè)280家，金融單位77家，文化娛樂場(chǎng)所744家，且哈爾濱火車站、長(zhǎng)途汽車客運(yùn)站、鐵路運(yùn)輸編組站、省郵電通訊樞紐均在轄區(qū)內(nèi)；四是黨政軍機(jī)關(guān)集中，是省委、省人大、省政府、省軍區(qū)所在地，有中省直單位78個(gè)，市直單位11個(gè)。此外，南崗區(qū)是國家級(jí)民營(yíng)科技企業(yè)示范區(qū)、全國科技進(jìn)步先進(jìn)城區(qū)、國家級(jí)文明城區(qū)、全國社區(qū)建設(shè)示范區(qū)、全國社區(qū)殘疾人工作示范區(qū)、全國社會(huì)治安綜合治理先進(jìn)集體、全省街道社區(qū)黨建工作先進(jìn)區(qū)委。道里區(qū)是哈爾濱市的老城區(qū)，地處城市中心，其中市區(qū)面積22.6km2。自從政府出臺(tái)老城區(qū)改造工程，建筑業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，每年在建工程100×104m2左右，新開工面積50×104m2左右。近幾年，市區(qū)聯(lián)建完成何家溝改造、跨線橋建設(shè)等十余項(xiàng)工程，改造城區(qū)道路上百條，新增公共綠地面積十余平方米，綠化覆蓋率達(dá)30%左右，城鄉(xiāng)面貌有所改觀。全區(qū)已初步形成了以食品、飲料、制造業(yè)、金屬及非金屬礦物制品業(yè)為主，門類較多的工業(yè)體系。街道工業(yè)不斷發(fā)展壯大，連續(xù)8年保持全市7區(qū)之首。

綜上所述，哈爾濱市的自然環(huán)境、地理?xiàng)l件、資源和區(qū)位等因素是決定該區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的自然因素，而工業(yè)布局、能源利用、城市規(guī)劃和定位方面是決定該區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的人為因素，而這些都將決定著城市的大氣環(huán)境污染特性，如污染物的理化特性、污染源的種類及貢獻(xiàn)值等方面的特征。

2.2.4　城市發(fā)展與環(huán)境污染

近年來，哈爾濱經(jīng)濟(jì)持續(xù)平穩(wěn)快速發(fā)展，2012年地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到4550.1億元，增長(zhǎng)10.0%。人均地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到45810元，增長(zhǎng)9.9%，圖2-4為近年來哈爾濱地區(qū)生產(chǎn)總值。隨著哈爾濱工業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)經(jīng)濟(jì)的支撐作用進(jìn)一步增強(qiáng)。圖2-5為2005年以來哈爾濱市規(guī)模以上工業(yè)總生產(chǎn)總值。城市化建設(shè)與城市發(fā)展有重要關(guān)系，圖2-6為近年來哈爾濱市建筑行業(yè)的行業(yè)總產(chǎn)值。

由圖2-6可知，哈爾濱市建筑行業(yè)發(fā)展迅速，總產(chǎn)值由2000年1539864億元發(fā)展到2010年10789196億元，是2000年的7倍多，由此可知，隨著建筑業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)的建筑塵源對(duì)大氣環(huán)境污染的貢獻(xiàn)率在增加。

哈爾濱市從2001～2011年城市人口在逐年增加，圖2-7為哈爾濱市城市人口逐年變化趨勢(shì)和人口增長(zhǎng)率。

綜上所述，哈爾濱市人口變化、建筑行業(yè)、工業(yè)企業(yè)等城市化發(fā)展決定因素作為影響哈爾濱市大氣環(huán)境的人為因素，這些因素都將影響哈爾濱是大氣顆粒物的濃度變化和成分變化，包括污染源類型、污染物的理化性質(zhì)等。

同時(shí)也可以說明，影響哈爾濱市大氣環(huán)境的主要污染源是工業(yè)生產(chǎn)、城市采暖、城市周邊無組織污染源排放和汽車尾氣排放等因素。將哈爾濱市環(huán)境監(jiān)測(cè)站6個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，得到近5年哈爾濱市3種大氣污染物（PM10、SO2和NO2）的逐月變化情況，見圖2-8。

由圖2-8可知，哈爾濱大氣環(huán)境3種污染物在近五年的逐月變化趨勢(shì)相同，均呈現(xiàn)兩邊月份濃度高，中間月份濃度低的趨勢(shì)，這與哈爾濱市不同月份能源利用情況有關(guān)。PM10除11月、12月外，其他月份與往年數(shù)據(jù)相差不大，2013年11月和12月PM10濃度近200μg/m3，超過城市PM10二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；SO2近年來得到一定的控制，各月均未超過城市二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)150μg/m3；NO2在2013年各月濃度相比其他年月有所增長(zhǎng)，尤其是2012年末至2013年年初、2013年年末NO2質(zhì)量濃度超過城市二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)80μg/m3。

綜上所述，大氣PM10已成為哈爾濱市的主要污染物。最新《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》將大氣PM2.5列入其中，收緊大氣 PM10和NO2等污染物的濃度限值。圖2-9為哈爾濱市2013全年大氣PM2.5逐月變化情況。

由圖2-9可知：哈爾濱市2013年大氣PM2.5在1月、10月、12月濃度超過城市二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中在1月大氣PM2.5平均濃度最高，達(dá)212μg/m3，在7月平均濃度最低，為24μg/m3，進(jìn)一步說明大氣PM2.5在采暖期污染現(xiàn)象更加嚴(yán)重。由此可見PM2.5的污染防治將成為城市大氣環(huán)境治理的主要方向。