2016年含山縣PM.的污染特征及與氣象要素的相關(guān)性分析

劉周華+王鵬

摘 要：當(dāng)前，隨著生態(tài)文明建設(shè)的深入實(shí)踐，人們的環(huán)保意識(shí)不斷提高，空氣質(zhì)量作為判別環(huán)境好壞的直觀標(biāo)準(zhǔn)之一，愈發(fā)受到社會(huì)關(guān)注。該文研究了2016年含山縣大氣污染物PM2.5的變化特征，對(duì)PM2.5數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析含山縣PM2.5的污染水平，然后重點(diǎn)探究了PM2.5質(zhì)量濃度日數(shù)據(jù)與氣象要素氣壓、氣溫、濕度、降水量、風(fēng)速的相關(guān)性。結(jié)果表明：含山縣1月、2月、3月、12月的PM2.5污染較為嚴(yán)重，PM2.5日平均質(zhì)量濃度與氣壓正相關(guān)，與氣溫、濕度、降水量、風(fēng)速負(fù)相關(guān)。該文結(jié)論可以為當(dāng)?shù)赝ㄟ^(guò)氣象要素的變化分析預(yù)測(cè)空氣質(zhì)量提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：含山縣；大氣污染物；PM2.5；質(zhì)量濃度；污染特征；氣象要素；相關(guān)性

中圖分類號(hào) X831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2017）24-0136-04

Abstract：Currently，with deepening practice of ecological civilization construction and continuous improvement of peoples awareness of environmental protection，the air quality has been considered as one of the visible standards to judge the environment status and got more and more attention from the social public. This thesis makes research on the change characteristics of air pollutant PM2.5 in Hanshan County in 2016，and focuses on the study about the correlation between daily data of PM2.5 mass concentration and meteorological elements including atmospheric pressure，temperature，humidity，precipitation and wind speed，etc. The result shows that，the PM2.5 pollution of Hanshan County was serious in January，F(xiàn)ebruary，March and December，and PM2.5 daily average mass concentration is positively correlated with air pressure，but negatively correlated with temperature，humidity，precipitation and wind speed. The conclusion of this thesis can provide theoretical reference to local meteorological research center for predicting the air quality through analysis on the change of meteorological elements.

Key words：Hanshan County；Air pollutant；PM2.5；Mass concentration；Pollution characteristic；Meteorological elements；Correlation

PM2.5是環(huán)境空氣中直徑小于2.5μm的細(xì)微顆粒，具有粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)的特點(diǎn)，又因其在大氣中停留時(shí)間長(zhǎng)，輸送距離遠(yuǎn)，因此對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響非常大，是大氣污染的重要標(biāo)志物?？諝庵蠵M2.5質(zhì)量濃度越高，代表空氣污染越嚴(yán)重。

當(dāng)前，隨著科學(xué)發(fā)展觀的落實(shí)，生態(tài)文明建設(shè)的深入，人民的環(huán)境保護(hù)意識(shí)愈發(fā)提高，空氣質(zhì)量作為與百姓生活緊密聯(lián)系的環(huán)保指標(biāo)，越來(lái)越受到關(guān)注。有研究表明，PM2.5的積累、稀釋、擴(kuò)散、清除受氣象要素影響較大，而且PM2.5的來(lái)源和變化特征有著較為明顯的地域差異。因此，研究含山縣大氣污染物PM2.5質(zhì)量濃度與氣象要素的相關(guān)性可以為當(dāng)?shù)氐腜M2.5的監(jiān)測(cè)、預(yù)警和污染物防治提供重要參考，對(duì)于提高氣象部門(mén)的氣象服務(wù)水平具有重要的促進(jìn)作用。

本文利用含山縣2016年P(guān)M2.5質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，對(duì)含山縣PM2.5濃度的污染水平、變化規(guī)律及與氣象要素的相關(guān)性進(jìn)行了分析，以期對(duì)含山縣的空氣污染防治提供基礎(chǔ)信息和建議。

1 數(shù)據(jù)與處理方法

1.1 資料來(lái)源 本文研究數(shù)據(jù)來(lái)自于含山縣國(guó)家氣象觀測(cè)站2016年1月1日至2016年12月31日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)選取了氣壓、氣溫、相對(duì)濕度、降雨量、風(fēng)速的小時(shí)平均值，PM2.5質(zhì)量濃度的小時(shí)平均值。

1.2 數(shù)據(jù)處理方法 根據(jù)國(guó)家GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，環(huán)境空氣功能區(qū)分為兩類：一類區(qū)為自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其他需要特殊保護(hù)的區(qū)域；二類區(qū)為居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。兩類區(qū)分別適用兩級(jí)PM2.5濃度值：PM2.5的日平均濃度一級(jí)限值為35μg/m3，二級(jí)限值為75μg/m3。使用Excel軟件對(duì)PM2.5數(shù)據(jù)總體特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究其月變化特征，根據(jù)國(guó)家GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，分析含山縣PM2.5的污染水平。根據(jù)選取的氣象要素和PM2.5質(zhì)量濃度的小時(shí)平均值進(jìn)行日平均，然后使用SPSS軟件研究PM2.5與氣象要素的相關(guān)性，文中采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)分析PM2.5與氣象要素之間的非參數(shù)相關(guān)性。endprint

2 結(jié)果與分析

2.1 PM2.5的月變化特征分析 通過(guò)對(duì)含山縣2016年1月1日至2016年12月31日的PM2.5質(zhì)量濃度統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)圖1可以知道含山縣PM2.5月平均質(zhì)量濃度最大的是1月，達(dá)到115.59μg/m3，其次是3月，月平均質(zhì)量濃度達(dá)到100.95μg/m3。另外，2月與12月月平均質(zhì)量濃度（分別為74.76μg/m3和66.34μg/m3）也明顯大于其他月份。PM2.5月平均質(zhì)量濃度最小的是10月，月平均質(zhì)量濃23.66μg/m3，其次是6月，為28.62μg/m3。

由表1可知，PM2.5月平均質(zhì)量濃度較大的1月、2月、3月、12月所對(duì)應(yīng)的超標(biāo)率分別為54.8%、41.4%、64.5%、45.2%；PM2.5月平均質(zhì)量濃度較小的6月、10月所對(duì)應(yīng)的超標(biāo)率均為0。

2.2 PM2.5質(zhì)量濃度與氣象要素的相關(guān)性分析

2.2.1 PM2.5質(zhì)量濃度與氣壓的相關(guān)性分析 由表2可知，2016年含山縣PM2.5日平均質(zhì)量濃度與氣壓呈顯著正相關(guān)，通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)。從圖1可以看出，1、2、3、12月氣壓較高，此時(shí)含山縣受大陸高壓系統(tǒng)控制，氣團(tuán)穩(wěn)定，多晴朗天氣，內(nèi)部下沉氣流不利PM2.5的擴(kuò)散，造成PM2.5的堆積，質(zhì)量濃度偏高。當(dāng)含山縣多受低壓系統(tǒng)控制，氣團(tuán)不穩(wěn)定，垂直上升運(yùn)動(dòng)頻繁，多云雨天氣，有利于PM2.5的擴(kuò)散與稀釋，這是造成含山縣4—10月PM2.5質(zhì)量濃度較低的原因之一。夏季（6—8月）低壓對(duì)PM2.5質(zhì)量濃度的影響表現(xiàn)的尤其明顯。

2.2.2 PM2.5質(zhì)量濃度與氣溫的相關(guān)性分析 由表2可知，2016年含山縣PM2.5日平均質(zhì)量濃度與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)。從圖3可以看出，2016年上半年P(guān)M2.5日平均質(zhì)量濃度隨著氣溫的升高呈現(xiàn)出總體下降的趨勢(shì)，下半年則隨著氣溫的下降而逐漸升高。在PM2.5日平均質(zhì)量濃度較高的1、2、3、12月，氣溫大多數(shù)在10℃以下（平均氣溫低于10℃的天數(shù)1月有29d，2月有24d，3月有12d，12月有27d），屬于以候平均氣溫劃分的冬季（含山縣境大致3月下旬入春，11月下旬入冬）。因此PM2.5日平均質(zhì)量濃度與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)的原因可能有2個(gè)方面：一是溫度升高致使近地層大氣活躍，產(chǎn)生劇烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)流運(yùn)動(dòng)旺盛，加快了PM2.5的擴(kuò)散，導(dǎo)致PM2.5質(zhì)量濃度降低；二是冬季氣溫低，居民取暖導(dǎo)致PM2.5來(lái)源增加，同時(shí)大氣層結(jié)較為穩(wěn)定，空氣無(wú)法上下對(duì)流，污染物積聚就很難擴(kuò)散，最終造成PM2.5質(zhì)量濃度升高。

2.2.3 PM2.5質(zhì)量濃度與相對(duì)濕度的相關(guān)性分析 由表2可知，2016年含山縣PM2.5日平均質(zhì)量濃度與相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)。含山縣屬北亞熱帶溫潤(rùn)性季風(fēng)氣候，全年濕度較大。從圖4可以看出，含山縣冬季濕度最小，2016年有65d濕度在70%以下，1、2、3月有38d濕度在70%以下，約占全年的58.46%；夏季濕度較大，濕度大都在80%以上，與含山縣PM2.5平均質(zhì)量濃度冬季高，夏季低的規(guī)律吻合。圖4中，當(dāng)一天中相對(duì)濕度大于80%且是極大值時(shí)，該天中的PM2.5質(zhì)量濃度屬于極小值。 整體來(lái)看，隨著相對(duì)濕度的增大，PM2.5質(zhì)量濃度呈降低趨勢(shì)。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是由于濕度增大，空氣中水汽含量增多，大氣中的PM2.5顆粒被液滴吸附沉降到地面，造成PM2.5質(zhì)量濃度降低。此外，當(dāng)空氣濕度大于80%時(shí)，容易形成降雨，對(duì)空氣中的顆粒物有沖刷作用，這也會(huì)造成空氣中PM2.5顆粒減少。

2.2.4 PM2.5質(zhì)量濃度與降水量的相關(guān)性分析 由表2可知，2016年含山縣PM2.5日平均質(zhì)量濃度與降水量呈顯著負(fù)相關(guān)，通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)。從圖5可以看到，在有降雨的情況下，PM2.5質(zhì)量濃度均維持在較低水平，并且降水量越大PM2.5質(zhì)量濃度越低。但當(dāng)降水量達(dá)到中雨級(jí)別，即24h降雨量大于10mm后，降水對(duì)PM2.5質(zhì)量濃度的影響效果基本一致，如PM2.5質(zhì)量濃度最小值為4.83μg/m3，此時(shí)的降水量為46mm，但是2016年降水量最大出現(xiàn)在7月1日，為216.5mm，此時(shí)的PM2.5質(zhì)量濃度為5.51μg/m3，差別并不是很大。這說(shuō)明降水對(duì)空氣中PM2.5顆粒物的沖刷作用會(huì)明顯降低PM2.5質(zhì)量濃度，但當(dāng)降水達(dá)到一定強(qiáng)度，降水的沖刷效果將維持不變。

2.2.5 PM2.5質(zhì)量濃度與風(fēng)速的相關(guān)性分析 由表2可知，2016年含山縣PM2.5日平均質(zhì)量濃度與風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)，通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)，但相關(guān)系數(shù)0.210表明二者屬于低度相關(guān)。從圖6可以看出，PM2.5質(zhì)量濃度的變化趨勢(shì)與風(fēng)速的變化趨勢(shì)并無(wú)明顯的相關(guān)規(guī)律，但是當(dāng)風(fēng)速增大到一定程度時(shí)，PM2.5質(zhì)量濃度會(huì)明顯降低。所以，風(fēng)速促進(jìn)PM2.5的擴(kuò)散只能在達(dá)到一定等級(jí)時(shí)才能起到效果。分析圖6可知，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到2m/s時(shí)，對(duì)降低PM2.5質(zhì)量濃度有較為明顯的效果。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)含山縣2016年P(guān)M2.5日平均質(zhì)量濃度統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)1月、2月、3月、12月含山縣PM2.5污染較為嚴(yán)重，而6月、10月PM2.5月平均質(zhì)量濃度較小，污染跟小。

（2）通過(guò)分析含山縣2016年P(guān)M2.5日平均質(zhì)量濃度與氣象要素的相關(guān)性，得出PM2.5日平均質(zhì)量濃度與氣壓呈顯著正相關(guān)，與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，與相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，降水可以有效降低PM2.5質(zhì)量濃度，較大的風(fēng)速可以加大PM2.5的稀釋擴(kuò)散，從而降低PM2.5質(zhì)量濃度。

（3）本文的研究結(jié)論可以為含山縣的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)提供參考，尤其在含山縣受PM2.5污染較嚴(yán)重的冬季和春季，通過(guò)氣象要素的對(duì)比分析，預(yù)測(cè)PM2.5的變化趨勢(shì)，為政府部門(mén)提供空氣污染防治方面的參考意見(jiàn)。

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