2.2　典型城市气象与环境特征

2.2.1　城市概况

哈尔滨市地理位置位于东经125°42'～130°10'、北纬44°04'～46°40'之间，地处黑龙江省南部，中国东北北部地区。全市管辖7个区和12个县，总面积为5.3×104km2，其中市区面积1660.3km2。

哈尔滨市区地形较平坦、低洼，其东部10县则多为山及丘陵地区。城市市区分布在由松花江形成的三级阶地上，三级阶地海拔由小到大分别在132～140m、145～175m和180～200m。第一阶地地面平坦；第二阶地由第一阶地逐步过渡，土层深厚，土质肥沃，是哈尔滨市区主要农业区；第三阶地为丘陵地区。图2-1为Surfer软件做出的哈尔滨市地形图。

2.2.2　气象条件

哈尔滨属于中温带大陆性季风气候，年平均气温在5℃，年均降雨量在800mm左右，降水日数在100d左右。受极锋辐合带季风环流系统影响，具有明显的季风特征，冬季风强于夏季风，冬季风来自高纬内陆，受极地大陆气团控制，严寒干燥，寒潮频繁，冬季漫长；夏季受热带海洋气团影响，温热多雨。冬夏季风交替时，夏季风由南向北逐步发展，7月下旬～8月上旬夏季风达到鼎盛，是哈尔滨市降雨最集中的时期。8月中旬～9月上旬，夏季风逐渐后退，即由北向南结束。季风气候产生明显的季节风，盛行风向交替变更。冬季盛行偏西或偏北风，夏季盛行偏南或东南风。春、秋季较短，偏南、偏北风交替变更。表2-1所示为哈尔滨市四季气候详细特征。

由此可见哈尔滨在四季气象特征上有很大程度的不同，而这些因素将决定大气颗粒物浓度及化学成分在四季中的差异，如：风向、风速、降水、湿度、日照、低云量、天气形势和大气稳定度等。

（1）风向和风速

风向对空气污染的影响主要表现为风力对污染物在水平方向的输送，即污染源和污染区域下风向可能是重污染地带，在进行污染源解析时要重点考虑。风速是大气水平扩散能力的主要指标，直接决定大气稀释扩散大小，是影响空气污染的主要气象条件。

（2）降水和湿度

降水对颗粒物起到了清洗和净化的作用，维持时间越长、降雨量越大对颗粒物浓度的影响则越显著，除此之外对二氧化硫和氮氧化物等气态污染物的降解作用也非常之明显。

（3）日照和低云量

日照强度和时间主要对光化学反应有影响，一般在晴空少云的中午时刻，日照较强，光化学反应加剧，二次污染物开始产生。低云量与大气颗粒物浓度有显著相关性，颗粒物浓度升高可导致低云量增大，反之，低云量的增加也可作为凝结水导致颗粒物的升高。

（4）天气形势

不同的天气形势可产生高污染和低污染天气特征。当高、低压增强时，风速加大，污染程度减轻；高、低压减弱时，风速减小，污染物迅速累积，质量浓度迅速攀升。另外，大气冷暖平流还会改变大气稳定度，冷平流时，气温降低，使大气结构变得不稳定，空气污染减轻；暖平流时，气温升高，有利于大气稳定，空气污染加重。

（5）大气稳定度

大气稳定度是体现大气垂直扩散能力的主要指标。当大气稳定度较弱时，大气垂直交换能力较强，对颗粒物的垂直疏散能力增加，空气污染减弱；当大气稳定度增强时，通常表现为逆温天气，此时风速非常低，污染物扩散空间小，并迅速累积成较大颗粒，同时可吸附气态污染物或游离元素引起质量的增加，空气污染逐渐加重。

2.2.3　能源结构与工业布局

哈尔滨市是黑龙江省政治、经济、文化、科技和交通中心，是全省经济发展中心，是一个以工业为主体、三次产业全面发展的综合性城市。“一五”、“二五”时期，哈尔滨形成了以国有大中型企业为主体、重工业为重心的工业经济结构，成为我国重要的工业基地，主要产品达3000多个品种，覆盖全国，远销100多个国家和地区。其中，电站设备、工具量具、飞机和发动机、亚麻纺织、铝镁加工、精密仪表、轴承、电缆、继电保护装置等产品，处于国内领先地位。改革开放以来，哈尔滨加大经济结构调整力度，医药、汽车、食品、电子信息等高新技术产业快速发展，形成新的产业格局。“十五”及“十一五”期间，工业发展实现用信息化带动工业化，培育了电子信息、汽车、食品、医药4大支柱产业，发展了装备制造、环保、焊接、新材料、生物工程5个优势产业，并对机械、纺织、冶金、建材、石化、轻工6个传统产业进行了积极调整和改造。

能源结构是城市中生产生活的物料消耗结构，图2-2为哈尔滨市2005～2011年间规模以上工业企业各种能源消费量情况。

由图2-2可知，哈尔滨市规模以上工业企业的能源消耗在逐渐增加，在2011年总能源合计为17329659t标煤；在各类能源中，原煤和原油为主要消耗能源，且消耗量有逐年增长的趋势；天然气的用量从2005年364×104m3，到2011年达到8471×104m3，相信未来天然气用量会继续增加；汽油、柴油和电力用量则无明显变化趋势。综上认为，哈尔滨市对能源的用量在逐渐加大，能源仍以原煤和原油为主，天然气用量在逐渐增加，其他类能源用量无明显变化趋势。

城市机动车数目的改变大大影响着大气环境，研究认为，机动车尾气的排放是大气NOx污染的重要来源，而对哈尔滨市近年民用机动车保有量的统计如图2-3所示。

由图2-3所示，哈尔滨市民用机动车保有量逐年增加，经计算增长率约在13%，这也意味着汽车尾气的排放量在增加，这将大大影响城市大气环境。

从哈尔滨的城市分区来看，随着城市区域的不断改造和整合，现有南岗区、道里区、道外区、香坊区、平房区、松北区、阿城区和呼兰区8个区域，其中南岗区和道里区是该市重要的居民区和商业区，同时也是哈尔滨展现经济发展、社会文化以及环境特色的重要区域，因此政府对两区域的环境质量和管理现状也是格外的重视。

其中，南岗区是哈尔滨市的中心城区，主要有以下4个特点：一是城区面积大、人口多，城区面积60km2，约占全市城区面积的1/3，人口100万，约占全市城区人口的1/4；二是文化教育集中区域，区内有大专院校31个，科研院所56个，约占全市的1/3；三是人流、物流、资金流和信息流高度集中，拥有大中型商服企业280家，金融单位77家，文化娱乐场所744家，且哈尔滨火车站、长途汽车客运站、铁路运输编组站、省邮电通讯枢纽均在辖区内；四是党政军机关集中，是省委、省人大、省政府、省军区所在地，有中省直单位78个，市直单位11个。此外，南岗区是国家级民营科技企业示范区、全国科技进步先进城区、国家级文明城区、全国社区建设示范区、全国社区残疾人工作示范区、全国社会治安综合治理先进集体、全省街道社区党建工作先进区委。道里区是哈尔滨市的老城区，地处城市中心，其中市区面积22.6km2。自从政府出台老城区改造工程，建筑业持续快速发展，每年在建工程100×104m2左右，新开工面积50×104m2左右。近几年，市区联建完成何家沟改造、跨线桥建设等十余项工程，改造城区道路上百条，新增公共绿地面积十余平方米，绿化覆盖率达30%左右，城乡面貌有所改观。全区已初步形成了以食品、饮料、制造业、金属及非金属矿物制品业为主，门类较多的工业体系。街道工业不断发展壮大，连续8年保持全市7区之首。

综上所述，哈尔滨市的自然环境、地理条件、资源和区位等因素是决定该区域大气环境质量的自然因素，而工业布局、能源利用、城市规划和定位方面是决定该区域大气环境质量的人为因素，而这些都将决定着城市的大气环境污染特性，如污染物的理化特性、污染源的种类及贡献值等方面的特征。

2.2.4　城市发展与环境污染

近年来，哈尔滨经济持续平稳快速发展，2012年地区生产总值达到4550.1亿元，增长10.0%。人均地区生产总值达到45810元，增长9.9%，图2-4为近年来哈尔滨地区生产总值。随着哈尔滨工业规模不断扩大，对经济的支撑作用进一步增强。图2-5为2005年以来哈尔滨市规模以上工业总生产总值。城市化建设与城市发展有重要关系，图2-6为近年来哈尔滨市建筑行业的行业总产值。

由图2-6可知，哈尔滨市建筑行业发展迅速，总产值由2000年1539864亿元发展到2010年10789196亿元，是2000年的7倍多，由此可知，随着建筑业的发展，相应的建筑尘源对大气环境污染的贡献率在增加。

哈尔滨市从2001～2011年城市人口在逐年增加，图2-7为哈尔滨市城市人口逐年变化趋势和人口增长率。

综上所述，哈尔滨市人口变化、建筑行业、工业企业等城市化发展决定因素作为影响哈尔滨市大气环境的人为因素，这些因素都将影响哈尔滨是大气颗粒物的浓度变化和成分变化，包括污染源类型、污染物的理化性质等。

同时也可以说明，影响哈尔滨市大气环境的主要污染源是工业生产、城市采暖、城市周边无组织污染源排放和汽车尾气排放等因素。将哈尔滨市环境监测站6个采样点数据进行汇总，得到近5年哈尔滨市3种大气污染物（PM10、SO2和NO2）的逐月变化情况，见图2-8。

由图2-8可知，哈尔滨大气环境3种污染物在近五年的逐月变化趋势相同，均呈现两边月份浓度高，中间月份浓度低的趋势，这与哈尔滨市不同月份能源利用情况有关。PM10除11月、12月外，其他月份与往年数据相差不大，2013年11月和12月PM10浓度近200μg/m3，超过城市PM10二级标准；SO2近年来得到一定的控制，各月均未超过城市二级标准150μg/m3；NO2在2013年各月浓度相比其他年月有所增长，尤其是2012年末至2013年年初、2013年年末NO2质量浓度超过城市二级标准80μg/m3。

综上所述，大气PM10已成为哈尔滨市的主要污染物。最新《环境空气质量标准》将大气PM2.5列入其中，收紧大气 PM10和NO2等污染物的浓度限值。图2-9为哈尔滨市2013全年大气PM2.5逐月变化情况。

由图2-9可知：哈尔滨市2013年大气PM2.5在1月、10月、12月浓度超过城市二级标准，其中在1月大气PM2.5平均浓度最高，达212μg/m3，在7月平均浓度最低，为24μg/m3，进一步说明大气PM2.5在采暖期污染现象更加严重。由此可见PM2.5的污染防治将成为城市大气环境治理的主要方向。