淺析忠縣城區(qū)可吸入顆粒物濃度與氣象條件的關(guān)系

張君卓 李凱

（1重慶市第二十九中學 重慶 400043 2忠縣生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站 重慶 404300）

淺析忠縣城區(qū)可吸入顆粒物濃度與氣象條件的關(guān)系

張君卓1李凱2

（1重慶市第二十九中學 重慶 400043 2忠縣生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站 重慶 404300）

本文利用重慶市忠縣城區(qū)空氣自動監(jiān)測站2015年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了溫度、濕度、風速、氣壓、降雨量等氣象條件與可吸入顆粒物的濃度變化關(guān)系。結(jié)果表明，可吸入顆粒物濃度與溫度、降雨量呈負相關(guān)，與氣壓呈正相關(guān)。氣壓、溫度和降雨量成為影響忠縣城區(qū)可吸入顆粒物濃度變化的主要氣象條件。

可吸入顆粒物；氣象條件；污染物

引言

隨著城市化進程的加快，縣級城市的建成區(qū)面積也在逐年擴大。隨之而來的城市大氣環(huán)境污染，已經(jīng)成為困擾縣級城市發(fā)展的主要環(huán)境問題。在常規(guī)大氣質(zhì)量評價指標中，首要污染物基本上都是可吸入顆粒物。可吸入顆粒物污染是引起城市霧霾天氣的主要原因[1]，冬春季是城市霧霾的高發(fā)期[2]。目前，針對城市各類大氣污染現(xiàn)象的研究很多，污染成因、與氣候因子的關(guān)系、污染物組成及時空變化等成為研究的熱點[3-5]。本文以重慶市忠縣為例，對城區(qū)環(huán)境空氣自動監(jiān)測站2015年連續(xù)一年的監(jiān)測數(shù)據(jù)和氣象參數(shù)進行了分析研究，對主要污染物濃度和氣象因子特征進行了分類分析，為大氣環(huán)境污染控制與管理提供科學依據(jù)。

1 區(qū)域、數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域

忠縣位于重慶市東中部，地處三峽庫區(qū)腹心地帶。境內(nèi)呈“三山兩槽”地形，縣城依山傍水，是三峽庫區(qū)唯一留存的“半淹縣城”。忠縣屬亞熱帶東南季風區(qū)山地氣候，經(jīng)常受到季風環(huán)流的侵襲，夏季受暖濕的熱帶海洋性氣團影響，降雨主要集中在5～10月；冬季屬于大陸性干冷氣團控制，降雨稀少[6]。常年主導風向為東北風。

環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站位于忠縣縣城新華路移民局辦公樓頂（以下簡稱新華路自動站），全天24小時連續(xù)監(jiān)測城區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量。

1.2 監(jiān)測儀器及數(shù)據(jù)

新華路自動站配置的儀器分別是：綜合氣象參數(shù)觀測儀和美國Metone公司生產(chǎn)的BAM-1020測量可吸入顆粒物PM10，可吸入顆粒物監(jiān)測數(shù)據(jù)為2015年連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)來源于新華路自動站。

1.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與處理

每日監(jiān)測數(shù)據(jù)最小統(tǒng)計單位為小時值，每日中午12時至次日中午12時為一個監(jiān)測日。利用SPSS13.0統(tǒng)計軟件對各參數(shù)進行統(tǒng)計分析，SigmaPlot作圖。

2 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

2.1 污染物的時間變化趨勢

2015年忠縣城區(qū)環(huán)境空氣首要污染物為可吸入顆粒物PM10，年均值達到國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標準。從空氣污染指數(shù)（API）看，全年空氣質(zhì)量達到優(yōu)良的有325天，占89%；達到污染的有40天，占11%。第5～11月空氣質(zhì)量較好，均達到優(yōu)良。1月空氣質(zhì)量最差，占全年污染日的60.5%。

可吸入顆粒物呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化特征，1～8月可吸入顆粒物月均值呈逐月下降趨勢，9～12月呈明顯上升趨勢，以8月為最低，1月為最高（見圖2）?？晌腩w粒物日均值超標率10.4%，主要集中在12月和1～4月的冬春季。

2.2 可吸入顆粒物與氣象條件的關(guān)系

2.2.1 風速

忠縣具有三峽庫區(qū)典型亞熱帶季風氣候。冬季干旱少雨，靜風時間多，夏季多雷雨強對流天氣，風速較大。風速年均值為0.6m/s，日均值變化在0～2.5m/s之間。忠縣城區(qū)的可吸入顆粒物濃度全年月變化與風速呈中等負相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為-0.425（見表1）。

分時段分析，在可吸入顆粒物濃度較高的1、2、3、4、12月，其濃度月變化與風速呈顯著負相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為-0.81；而在在夏秋季的5～11月，可吸入顆粒物濃度月變化與風速呈負相關(guān)關(guān)系就較弱，其相關(guān)系數(shù)為-0.61。冬春季降雨偏少，可吸入顆粒物的稀釋擴散主要依靠空氣流動，因此風速越大，空氣流動越強，可吸入顆粒物濃度就相對降低。反之，風速小，空氣流動性差，不利于污染物擴散，易造成可吸入顆粒物污染的積聚，濃度升高。夏秋季，降雨多，風速與污染物濃度的相關(guān)性減弱。（見圖1）。

表1 可吸入顆粒物與氣象因子的相關(guān)性

2.2.2 濕度

可吸入顆粒物濃度月變化與濕度呈弱的負相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為-0.118，相關(guān)性不高。忠縣濕度年均值為71.5，最大值為87.3，最小值為42.7。濕度變化對污染物濃度影響不大。在夏秋季降雨量增加，濕度上升，降雨沖刷使可吸入顆粒物濃度下降；但冬季氣象條件穩(wěn)定，降雨少，空氣流動性差，污染物不易擴散，當濕度增加時，顆粒物作為水汽的凝結(jié)核，易產(chǎn)生污染天氣（見圖2）。

2.2.3 溫度

2015年忠縣年均溫度為18.6℃，日均值變化范圍在6.6～35.0℃之間?？晌腩w粒物濃度月變化與溫度呈負相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為-0.769，相關(guān)性較好。夏秋季，地面溫度高，大氣的垂直運動加大，有利于污染物的擴散稀釋，可吸入顆粒物濃度降低；冬春季，地面溫度低時，情況相反，可吸入顆粒物濃度上升（見圖3）。

2.2.4 氣壓

可吸入顆粒物濃度月變化與氣壓呈正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.661，相關(guān)性較好。氣壓和可吸入顆粒物濃度的變化趨勢大致相同。忠縣氣壓年均值98.3kPa，日均值變化范圍為96.7～100.4kPa。夏季主要受熱帶低壓影響，風速大，有利于污染物擴散；冬季主要受高壓系統(tǒng)控制，容易造成可吸入顆粒物污染的本地積聚，不易擴散，其濃度升高（見圖4）。

2.2.5 降雨量

可吸入顆粒物濃度月變化與降雨量呈負相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為-0.574，相關(guān)性較好。2015年忠縣年均累計降雨量1300mm，日均值范圍2.1～91.4mm。4、7、8三個月降雨量月均值大于18mm，降雨有利于稀釋大氣中可吸入顆粒物，加之夏季空氣對流強，加速空氣流動，帶動污染物迅速擴散。因此，降雨對污染物有較好的稀釋與擴散作用，使其濃度降低；冬季降雨較少，空氣對流差，易導致污染物濃度較高（見圖5）。

圖1 PM10月均濃度變化與風速的關(guān)系

圖3 PM10月均濃度變化與溫度的關(guān)系

圖2 PM10月均濃度變化與相對濕度的關(guān)系

圖4 PM10月均濃度變化與 氣壓的關(guān)系

圖5 PM10月均濃度變化與降水量的關(guān)系

結(jié)論

（1）可吸入顆粒物濃度與溫度、降雨量呈負相關(guān)，與氣壓呈正相關(guān)。與風速等氣象條件的相關(guān)性隨季節(jié)不同而不同。與濕度的相關(guān)性不強。形成這種關(guān)系的原因與當?shù)氐牟煌竟?jié)的氣象條件有密切關(guān)系。夏秋季太陽輻射強，氣溫較高，受熱帶低壓影響，大氣對流活動旺盛，逆溫少，大氣擴散條件好，降雨日多且降雨量大，對污染物質(zhì)清除作用明顯。冬春季氣溫較低，受高壓系統(tǒng)控制，逆溫頻率高且強度大，靜風頻率高，大氣對流不活躍，不利于污染物擴散，導致環(huán)境空氣中污染水平整體偏高，超標較嚴重。

（2）忠縣地處三峽庫區(qū)腹心地帶，具有庫區(qū)典型的氣候特征。屬于亞熱帶季風氣候，只有當夏季暖濕的熱帶海洋性氣團到達時，才可能產(chǎn)生大量降雨。冬季屬于大陸性干冷氣團控制，降雨稀少，降雨主要集中在夏半年（5～10月）。氣壓、溫度和降雨量成為影響忠縣城區(qū)可吸入顆粒物濃度變化的主要氣象條件。

[1]馬廷.可吸入顆粒物時空變異性及影響因素分析[J].地理科學進展,2006,1:72-81.

[2]潘建國,曹軍驥,麥潮安,李順誠.珠海空氣中可吸入顆粒物的時空變化特征[J].環(huán)境科學研究,2003,5:41-43.

[3]桑建人,劉玉蘭.銀川市可吸入顆粒物來源解析[J].氣象科學,2005,1:40-47.

[4]劉慶陽,劉艷菊,趙強,張婷婷,張美根,王存美.2012年春季京津冀地區(qū)一次沙塵暴天氣過程中顆粒物的污染特征分析[J].環(huán)境科學,2015,8:2843-2850.

[5]芮冬梅,陳建江,馮銀廠.南京市可吸入顆粒物來源及防治對策[J].環(huán)境科學導刊,2008,1:77-79.

[6]徐之華,黃健民.長江三峽庫區(qū)氣候特征與生態(tài)環(huán)境[J].四川氣象，2002,81(3):22-24.

張君卓（2000-），女，重慶市渝中區(qū)學生，業(yè)余從事環(huán)境科學研究。

李凱（1985-），男，碩士，主要從事環(huán)境監(jiān)測與管理。