1. 引言

随着我国社会经济的腾飞和人口的剧增，城市发展速度也突飞猛进，由此产生的大气污染问题也日益严重。1765年，工业革命发源于英国，西方国家率先进入工业革命，在工业迅速发展的同时，这些国家也面临着十分严重的大气污染问题。尤其是二战后，世界各国工业化进程明显加快，大气污染问题也进一步加剧。1952年的“伦敦烟雾事件”成为了20世纪的十大环境公害事件之一[1]。如果不采取一定的解决措施，这些大气污染问题会对人类本身甚至生态系统产生严重的影响。所以在此次事件之后，西方国家开始反思大气污染问题的严重性并出台了一系列的空气污染防治法案。此后，相关的大气污染问题也得到了一定程度的缓解。现如今，大气污染已然成为了全球各国广泛关注的问题，如何治理大气污染、改善环境质量也成为了各地政府和民众所关心的焦点问题。相比于各项自然因素，大气的污染更多会受到人类活动的影响：工厂的废气排放、交通尾气、化石燃料的燃烧都会产生大气污染物，这些大气污染物是导致大气污染问题的元凶。大气污染物可以分为气体污染物和颗粒污染物两类。CO、SO₂、NO₂等气体污染物会使人出现急性、慢性中毒等症状，这些污染物还可能会通过影响自然环境间接对人类产生影响：如SO₂等气体会形成酸雨，破坏土壤环境，从而对人类的农业生产造成威胁。诸如PM_2.5和PM₁₀等颗粒污染物会随着人体呼吸进入肺部，引发哮喘、支气管炎或者一些心血管疾病。这些可吸入颗粒物对人体的呼吸、循环及中枢系统、机体代谢及免疫系统、泌尿生殖系统、血液系统、消化系统还有皮肤都会产生不小的影响[2]。颗粒物还会沉降堆积在绿色植物的叶片表面上，干扰植物光合作用和呼吸作用的正常进行，从而影响植物的正常生长发育，进而影响整个生态链。由此可以看出，PM_2.5和PM₁₀这些小粒径大气颗粒物严重危害着人体健康、生态平衡乃至气候变化[3]。

哈尔滨市是中国东北部重要的政经文中心，由于哈尔滨市地处较高纬度地带，导致了其冬天寒冷漫长，所以采暖也就成为了哈尔滨市冬季必不可少的一项措施。采暖就避免不了化石燃料的燃烧，煤炭等化石燃料在燃烧过程中由于燃烧不充分等多种原因还会产生PM_2.5和PM₁₀等颗粒污染物。供暖燃煤、工业排放与汽车尾气多重因素相互叠加，导致该地区大气污染严重[4]。黄丽坤等人在2018年11月~2019年11月在哈尔滨市对大气中PM_1.0进行采样，探究其污染特征与富集程度，识别哈尔滨市大气细颗粒物污染的主要来源，结果表明主要来源有土壤扬尘、二次气溶胶、燃煤、建筑扬尘、机动车尾气和生物质燃烧[5]；耿心泽等人分析了2020年1月哈尔滨重污染事件期间PM_2.5的化学组成与影响因素，定量评估了区域传输对PM_2.5的贡献，讨论了重污染事件的形成机制[6]；解楠等人利用哈尔滨市12个空气质量国控站点2014~2019年的大气环境质量数据，分析哈尔滨市PM_2.5与NO₂浓度的变化趋势，发现二者间浓度呈正相关，易发生叠加污染[7]；伍亚等人定量评估了哈尔滨市大气PM_2.5中金属成分复合暴露对人群死亡的暴露–反应关系及联合效应大小，发现大气PM_2.5中金属成分复合暴露可增加人群非意外死亡和心血管系统疾病死亡的发生风险，且男性和≥ 60岁人群是金属复合暴露的敏感人群[8]。

本文对2020年哈尔滨市采暖期与非采暖期内的PM_2.5和PM₁₀的浓度以及AQI的等级进行分析，探究哈尔滨市采暖期与非采暖期的大气颗粒物污染特征，研究的目的和意义在于：(1) 通过收集整理哈尔滨市2020年全年的空气质量数据和主要污染物浓度数据，对比分析采暖期和非采暖期大气颗粒物污染状况是否存在显著差异；(2) 对造成采暖期与非采暖期污染特征不同的原因从自然和人为两个方面进行分析；(3) 针对采暖期与非采暖期的大气颗粒物污染状况不同的原因，提出相应的解决措施来对其进行治理，促进哈尔滨市的绿色发展与可持续发展。

2. 材料与研究内容

2.1. 研究区概况

哈尔滨市位于中国东北地区黑龙江省的西南部，是黑龙江省的省会，同时也是中国东北地区的政治、经济、文化中心，是哈长城市群核心城市。由于地处高纬度地区，冬季十分寒冷。该地拥有多家大型供热企业，供热设备完善。《哈尔滨城市供热办法》规定哈尔滨市供热起止时间为当年10月20日至次年4月20日。

2.2. 数据来源

本文分析数据取自中国空气质量在线监测分析平台，具体数据如下：(1) 哈尔滨市2020年采暖期与非采暖期的每日AQI；(2) 哈尔滨市2020年采暖期与非采暖期的每日质量等级；(3) 哈尔滨市2020年采暖期与非采暖期的每日PM_2.5和PM₁₀浓度(单位为μg/m³)。即用于本文分析的空气质量数据采样时间为2020年4月21日~2021年4月20日。其中非采暖期为2020年4月21日~2020年10月19日，采暖期为2020年10月20日~2021年4月20日。

2.3. 研究内容

为了判断大气颗粒物浓度在哈尔滨市的采暖期与非采暖期是否存在显著差异并对哈尔滨市进行大气颗粒物污染特征分析，分别以PM_2.5和PM₁₀两种大气颗粒物为例，对哈尔滨市2020年采暖期与非采暖期两种颗粒物的浓度做独立样本t检验。该检验可以判断出两段时期的大气颗粒物浓度是否存在显著差异并分析污染特征。此外还分析了哈尔滨市AQI在2020年采暖期与非采暖期的均值，判断比较两个时期空气质量等级的高低。

对采暖期与非采暖期污染状况不同的原因进行分析。从而有针对性地为哈尔滨市空气质量提出合理的建议和相应的整改措施，尽可能地降低哈尔滨市的环境空气质量指数，降低哈尔滨市的PM_2.5和PM₁₀等颗粒物在大气中的浓度，最终目的是为了改善哈尔滨市空气质量，维护广大居民的健康。

3. 结果与分析

3.1. 研究结果

3.1.1. 大气颗粒物浓度差异性检验

为研究PM_2.5和PM₁₀浓度在采暖期与非采暖期两段时期是否存在显著差异，现对哈尔滨市2020年采暖期与非采暖期的PM2.5浓度数据使用SPSS进行独立样本t检验。将事先录入到EXCEL中的数据导入到SPSS中，PM_2.5和PM₁₀的浓度为检验变量，时期为分组变量，在软件内进行独立样本t检验操作完成后将所得结果中有用信息进行整理后得到下表(见表1)。

Table 1. Independent sample t-test of PM_2.5 and PM₁₀ concentrations at different time periods

表1. PM_2.5与PM₁₀不同时期浓度独立样本t检验

对上表数据进行分析，首先观察莱文方差等同性检验，进行方差齐性判断，两种大气颗粒物的显著性P = 0 < 0.05,说明方差不齐，所以应查询第二行的Sig. (双尾)值。检验后t值分别为−14.936与−12.230，Sig (双尾) = 0 < 0.05(显著水平)，所以说明采暖对PM_2.5与PM₁₀两种大气颗粒物的浓度影响十分显著。

3.1.2. 大气颗粒物浓度均值比较

在得出哈尔滨市采暖期与非采暖期大气颗粒物浓度具有显著差异后，再次对操作得到的组统计表进行分析(见表2)。

Table 2. Mean and standard deviation of PM_2.5 and PM₁₀ concentrations at different periods

表2. PM_2.5与PM₁₀不同时期浓度均值和标准差

从表2的结果可以得出，哈尔滨市2020年非采暖期的PM_2.5与PM₁₀浓度平均值分别为16.77 μg/m³和38.18 μg/m³，该地同年采暖期的两种大气颗粒物浓度平均值分别为57.91 μg/m³和76.83 μg/m³。经计算得出非采暖期与采暖期PM_2.5和PM₁₀两种大气颗粒物的浓度分别同比增长了245.57%和101.23%。

3.1.3. AQI均值比较

AQI全称Air Quality Index，意为空气质量指数，是能够对空气质量进行定量描述的数据。空气质量指数的测算主要与地面臭氧、大气颗粒污染物、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮这五种物质的浓度有关。AQI的标准一共分为六个层级，分别为0~50 (优)、51~100 (良)、101~150 (轻度污染)、151~200 (中度污染)、201~300 (重度污染)以及300以上(严重污染)。

通过对两段时期的AQI指数取平均值可以算出，非采暖期的平均AQI为51.9，采暖期的AQI为84.1，采暖期的AQI高于非采暖期。可以得出非采暖期的空气质量优于采暖期的结论(见表3)。

Table 3. Comparison of AQI Average values between heating and Non Heating periods

表3. 采暖期与非采暖期AQI平均值比较

3.2. 原因分析

在全国范围内，各省份各城市的污染情况通常都是在寒冷季节更加严重，现结合哈尔滨市的具体情况对这种现象的原因进行分析，可以分为自然原因和人为原因。

3.2.1. 自然原因

哈尔滨市地处高纬地区，气候寒冷，在寒冷季节逆温现象时有发生。逆温现象在一些方面是有益处的，不仅可以有利于飞机飞行，还能够减少沙尘暴的产生，但其与大气污染的关系也十分密切。逆温现象会产生逆温层，当逆温层存在时，上下层之间的空气不易发生交换，阻止了污染物的垂直扩散。这就使得近地面的污染物无法散出，大气颗粒物集聚于城市上空，从而加剧大气污染。

冬季时，风速更小，空气流动性差，这也会导致颗粒物在城市区域内停留的时间更长，所以造成了相对较高的浓度。哈尔滨的冬季寒冷且干燥，降水量低使得湿沉降作用减弱，大气中的颗粒物无法通过雨水的清洗而减少。这些都是使得寒冷季节大气颗粒物更容易堆积，不易被清除的原因。

3.2.2. 人为原因

哈尔滨市的冬季燃煤供暖是导致大气污染的根本原因，东北绝大部分城市的能源结构均以燃煤为主，每年采暖期用煤量巨大，燃煤过程中便会产生大量的粉尘状颗粒污染物。此外产生的SO₂、CO₂等气体污染物积聚在大气中时，也易于和其他物质发生化学反应形成二次颗粒物。

东北的重工业基地历史十分悠久，哈尔滨的工业水平在东北地区乃至全国都有着重要的地位，具备着十分完善的工业体系和深厚的工业基础。工业的发展往往会伴随着大气污染问题的产生。工业活动是大气颗粒物的重要来源，特别是在涉及燃煤燃油、废气排放的工业生产过程中。

城市化进程的加快往往伴随着机动车保有量的快速增加，机动车的尾气污染也是影响哈尔滨市空气质量的重要原因。机动车尾气不仅含有氮氧化物等污染物，这些污染物在大气中与其他物质进一步反应后，还会进一步加剧大气污染。并且在冬季较为寒冷的天气状况下，由于气温低、道路结冰，汽车行驶缓慢，汽油等燃料不能完全燃烧，排放的颗粒物浓度可能进一步增高。并且冬季由于天气原因，人们在出行时，机动车使用频率提高，从而进一步加剧寒冷季节交通排放对大气颗粒物浓度的影响。

此外，冬季时哈尔滨市的一些城市建设、道路施工等活动可能仍在进行，这些活动产生的大量扬尘也可能悬浮在大气中，与其他污染物混合后，导致大气颗粒物浓度升高。

4. 相关改善措施与建议

4.1. 植树造林，扩大绿地面积

根据2018年中国国家林业和草原局发布的几项林业科技成果，我们可以得知森林对于调控PM_2.5等颗粒物具有显著效果，其中松树和杉树等针叶林对于PM_2.5等颗粒物可以起到更好的沉滞作用。此外，研究成果还表明森林植被对于颗粒物的调控作用主要体现在以下几个方面：沉降作用、阻滞作用、吸附作用、吸入作用；这些作用的贡献分别占比为43.57%、34.8%、21.5%、0.13%。由此可见：沉降、阻滞、吸附三种作用贡献占比最大，为最主要的调控方式[9]。

森林被誉为“地球之肺”，它之所以能够被冠以此美称，是因为其可以调节气温与湿度，人类舒适的生存环境无法离开森林对大气的调节。此外，森林还能够防风固沙、阻挡空气中的一些尘埃颗粒物、吸收一些对人体有害的毒性气体。我国虽然地大物博、资源丰富，但是在森林资源方面远不如一些森林覆盖率高的国家：芬兰和日本森林覆盖率接近70%、美国约为33%，圭亚那甚至高达97%。中国的森林覆盖率仅为21.63%，远低于世界平均水平，而当这一数据换算为人均森林占有面积时，我国的排名又会下降不少。因此不仅仅是单从调控PM_2.5等大气颗粒污染物这一目的出发，为了保护人类自己的生存环境、为了维系地球生态系统的平衡我们更应该保护森林、挽救森林、扩大森林面积。在扩大绿化面积的同时，还应考虑多种情况，如：选择绿色植物种类要做到因地制宜、注重如何充分发挥绿化的各种效益、如何合理配置植被类型和优化设计绿色植物结构等多种要素[10]。

哈尔滨市的绿化情况整体上呈现出良好的发展态势，哈尔滨市在绿化方面取得了显著的成效，森林覆盖率保持在相对较高的水平，截止2025年，哈尔滨市的森林覆盖率保持在46%，森林蓄积量达到了2.8亿立方米。结合哈尔滨市在绿化方面的努力和成果来看，政府积极推动绿化建设，拥有众多城市公园和绿地，并注重庭院绿化和垂直绿化的发展，这些都为提升城市绿化覆盖率做出了重要贡献。

4.2. 开发绿色新能源，实现低碳转型

我国北方地区冬季采暖所使用的方式主要为燃煤采暖。据统计，总取暖面积中83%的面积都是通过燃煤的手段来进行的，剩余的17%为天然气、电力取暖等方式。就目前我国北方主要取暖方式而言，煤炭既不属于清洁能源，也不属于可再生能源。煤炭燃烧不仅会产生一些颗粒物，还会产生一些碳和硫的氧化物，这些都会大气起到不可小觑的影响。而且作为不可再生能源，煤炭总会有用尽的一天，这时开发绿色新能源的重要性就凸显了出来。天然气虽然同样为不可再生能源，但相对于煤炭来说更加清洁，因为相比较而言其燃烧时产生的CO₂少于煤炭等传统化石燃料。

开发绿色新能源可能会面临诸多的难题，开发难度高是一方面，而且也无法保证新能源不会产生其他不好的影响。相比较这种不稳定性而言，采取气代煤、煤改电、碳晶板、地源热泵等更为环保方式采暖，实现低碳转型的方法更容易实现。燃煤确实是成本价格最低的取暖方式，但同时也会对大气造成不可逆转的污染。农村“绿色取暖”的道路还很长，一方面是因为农村住房的整体建设环境较城市楼房有一定的差异性(主要体现在电网等设施老化和线路负荷不足以及门窗材质保温性差等问题)，会导致采暖效果差，保温效果不好；另一方面，农村住户相对于城市住宅而言更为分散，这就导致集中供暖困难、热力管网辐射范围小、搭建热源和管网等会耗费大量资金。因此政府的相关举措就变得不可或缺，比如对农村住户进行补贴以此调动农户积极性等方案来进一步完善相关的扶持政策。

哈尔滨在开发绿色新能源方面做出了多方面的努力，包括制定规划与政策引导、推动新能源项目建设、加强能源基础设施建设、促进新能源产业发展以及强化政策保障与监管等。这些举措的实施将有助于推动哈尔滨市能源结构的优化和转型升级，促进经济社会的可持续发展。

4.3. 政府从严要求，提高整治标准

在控制大气颗粒物污染方面，各地政府和生态环保局等有关部门也应起到各自的作用。具体可以采取的措施包括整治燃煤小锅炉、扩大集中供暖面积、将热电厂和供热站设立在郊外等。环保当局在进行各种检查时也应尽职尽责、提高标准、严格要求。此外，在加大检查力度的同时还可以适当增加检查频率，生态环境部门、城管等督查组织进行联合执法，对不合格厂家进行曝光并勒令整改。

还可以将大气防治的责任落实到乡镇街道，化整为零，充分发挥社区和乡镇的力量，尽到各自应尽的责任，缓解当地政府压力。此外，各地政府还应当将大气保护工作纳入国民经济和社会发展计划并加强防治大气污染的科学研究。除采暖方面外，政府还可以通过其他方式来实现大气污染的防治，比如通过限制汽车出行数量或者工厂限排和减少烟花爆竹燃放等方式同样可以减少大气中的颗粒物浓度；或者通过限制乱砍乱伐保证森林覆盖率和完善城市绿化系统的方式来保证大气的质量；还可以通过一些合理的奖惩方式来培养市民对大气的保护意识或者进行宣讲活动来让普通民众明白大气的人类生存的重要性等等。这些都不失为有效的方法。

政府除了可以做到以上这些加强执法及监督管理和环保宣传工作外，还可以优化产业结构，加强产业集群治理。一方面，优化当地产业结构，淘汰过时落后的产能；另一方面，加强产业集群治理，依据不同行业各自的污染特点制定相应的改造方案，优化污染治理设施配套建设，进行综合整治[11]。

在政府践行职责的同时，我们普通居民也应该从小做起，要想从采暖方面入手对普通人来说可能遥不可及，但是可以从身边其他的小事情做起，譬如：绿色出行，短途可以选择步行或者自行车等出行方式，长途则用乘坐公共交通等更为绿色环保的方式来替代私家车出行；低碳生活，节约水电，夏天不宜将家中空调的温度调得过低，冬天也可以通过调节暖气阀门的方式对室内温度进行适当地控制；当我们在生活中看到他人的所作所为可能会对大气环境产生不好影响时，还可以进行适当的劝阻，情节严重且不在我们管辖范围内的情况可以向当地环保部门检举，起好监督作用。

哈尔滨市政府在防治大气污染方面做出了全面而深入的努力，通过制定与实施空气质量持续改善行动计划、严格环境准入与淘汰落后产能、开展涉气企业专项整治行动、积极推进清洁能源替代、加强机动车及非道路移动机械污染防治、深化扬尘污染综合治理以及加大执法力度与监督帮扶等措施，有效改善了大气环境质量。

参考文献