吐魯番市自動(dòng)判識(shí)霾、浮塵現(xiàn)象與PM2.5、PM10環(huán)保數(shù)據(jù)的關(guān)系

摘 要：通過(guò)對(duì)2015年9月——2017年2月吐魯番市高昌區(qū)逐時(shí)環(huán)保數(shù)據(jù)PM2.5、PM10與吐魯番站對(duì)應(yīng)的濕度和能見(jiàn)度關(guān)系的分析研究，分別對(duì)不同濕度情況下能見(jiàn)度與PM2.5、PM10進(jìn)行了曲線(xiàn)估計(jì)，并根據(jù)擬合方程計(jì)算出浮塵和霾出現(xiàn)時(shí)PM2.5、PM10的閾值，從而更加完善霾和浮塵判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到提高自動(dòng)識(shí)別天氣現(xiàn)象的目的。

關(guān)鍵詞：PM2.5和PM10值；浮塵和霾；擬合方程；閾值

地面氣象觀(guān)測(cè)規(guī)范中視程障礙類(lèi)天氣現(xiàn)象是指影響能見(jiàn)度且其強(qiáng)度與能見(jiàn)度直接相關(guān)的天氣現(xiàn)象。目前只保留了霧、輕霧、霾、沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵等6種視程障礙現(xiàn)象。

2014年隨著自動(dòng)能見(jiàn)度儀的廣泛使用，全國(guó)國(guó)家級(jí)站點(diǎn)陸續(xù)開(kāi)始了視程障礙現(xiàn)象的自動(dòng)觀(guān)測(cè)。經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐和改進(jìn)，地面測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)軟件自動(dòng)判別視程障礙類(lèi)天氣現(xiàn)象的準(zhǔn)確率得到了很大的提高，但是，在實(shí)際業(yè)務(wù)工作中我們發(fā)現(xiàn)：吐魯番市五個(gè)國(guó)家級(jí)站業(yè)務(wù)軟件在自動(dòng)判識(shí)浮塵和霾現(xiàn)象方面與實(shí)際情況出入較大，經(jīng)常將浮塵判識(shí)為霾，為了更好地區(qū)分霾和浮塵，我們根據(jù)霾和浮塵的成因，查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，影響能見(jiàn)度的要素除了氣象要素外，還與空氣中污染物顆粒濃度PM2.5、PM10有關(guān)，找到出現(xiàn)霾和浮塵天氣時(shí)對(duì)應(yīng)PM2.5、PM10變化閾值，將現(xiàn)有測(cè)報(bào)軟件中增加PM閾值設(shè)置，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取環(huán)保部門(mén)的PM2.5、PM10值進(jìn)行判識(shí)，可以極大提高自動(dòng)判識(shí)視程障礙類(lèi)天氣現(xiàn)象的能力。

本文通過(guò)對(duì)2015年9月—2017年2月吐魯番市高昌區(qū)逐時(shí)環(huán)保數(shù)據(jù)PM2.5、PM10與吐魯番基本氣象站對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度和能見(jiàn)度關(guān)系的分析研究，分別對(duì)不同濕度情況下能見(jiàn)度與PM2.5、PM10進(jìn)行了曲線(xiàn)估計(jì)，并根據(jù)擬合方程計(jì)算出不同濕度情況下能見(jiàn)度為7500米時(shí)的PM2.5、PM10值，以此來(lái)確定浮塵和霾出現(xiàn)時(shí)pm10和PM2.5的閾值，從而更加完善霾和浮塵判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到提高自動(dòng)識(shí)別天氣現(xiàn)象的目的。

1 研究方法

1.1 資料來(lái)源

本文選取2015年9月—2017年2月吐魯番市高昌區(qū)逐時(shí)環(huán)保數(shù)據(jù)PM2.5、PM10 以及與其對(duì)應(yīng)的吐魯番站氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)小時(shí)相對(duì)濕度、10分鐘平均能見(jiàn)度值。

1.2 確定霾和浮塵的能見(jiàn)度和相對(duì)濕度閾值標(biāo)準(zhǔn)

在使用能見(jiàn)度資料上，根據(jù)地面氣象觀(guān)測(cè)規(guī)范（2013版）以及《2013年霧、霾等觀(guān)測(cè)資料訂正工作方案》中的業(yè)務(wù)規(guī)定，考慮到自動(dòng)觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度與人工觀(guān)測(cè)能見(jiàn)度的差異，對(duì)視程障礙現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)能見(jiàn)度閾值進(jìn)行了確定，霾和浮塵自動(dòng)能見(jiàn)度的閾值為<7.5km；出現(xiàn)霾和浮塵時(shí)濕度均不高，在2015年我們申報(bào)的課題研究得到吐魯番站出現(xiàn)霾和浮塵時(shí)濕度閾值通常<79%。

1.3 異常數(shù)據(jù)的處理

在分析過(guò)程中對(duì)PM2.5、PM10出現(xiàn)下列異常情況進(jìn)行了剔除，1、有能見(jiàn)度值而PM2.5或PM10值為0；2、能見(jiàn)度大于20km，PM10大于500。同時(shí)為避免霾出現(xiàn)時(shí)引起的PM10增大情況，在研究浮塵與PM10時(shí)，選取PM2.5/PM10的比值小于 0.5的樣本來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

分別對(duì)具有代表性的相對(duì)濕度U<40%和U<79%時(shí)能見(jiàn)度與顆粒物濃度PM2.5、PM10進(jìn)行了曲線(xiàn)估計(jì)，得到擬合方程及R2，從而算出出現(xiàn)霾和浮塵時(shí)PM2.5、PM10的閾值。

2 PM2.5、PM10值與能見(jiàn)度的關(guān)系分析

我們分別對(duì)相對(duì)濕度在<40%和<79%的情況下能見(jiàn)度與顆粒物濃度PM值進(jìn)行了曲線(xiàn)估計(jì)，發(fā)現(xiàn)均符合冪的關(guān)系，也就是說(shuō)，在一定濕度條件下，能見(jiàn)度隨顆粒物濃度的增大而減小，成反相關(guān)。

2.1 不同濕度下PM2.5與能見(jiàn)度的關(guān)系

相對(duì)濕度在<40%和<79%范圍內(nèi)濕度區(qū)域，能見(jiàn)度均與PM2.5有較好的關(guān)系，且為冪函數(shù)的關(guān)系，即能見(jiàn)度降低，PM2.5的值會(huì)增大，且相對(duì)濕度越小能見(jiàn)度與PM2.5相關(guān)性越好。

2.2 不同濕度下PM10與能見(jiàn)度的關(guān)系

對(duì)本地不同濕度情況下，能見(jiàn)度與空氣顆粒物濃度PM10進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)計(jì)算，建立了能見(jiàn)度與PM10濃度的擬合方程，為避免霾出現(xiàn)時(shí)引起的PM10增大情況，選取PM2.5/PM10的比值小于0.5的樣本來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2.3 霾和浮塵的PM閾值

研究發(fā)現(xiàn)：霾出現(xiàn)時(shí)，PM2.5值與能見(jiàn)度密切相關(guān)，而浮塵出現(xiàn)時(shí)，PM10 與能見(jiàn)度相關(guān)系數(shù)較大，根據(jù)判斷霾和浮塵的能見(jiàn)度和相對(duì)濕度閾值標(biāo)準(zhǔn)，我們使用相對(duì)濕度<79%時(shí)的PM2.5、PM10與能見(jiàn)度的擬合方程，在能見(jiàn)度為7500米時(shí)算出PM2.5、PM10值，從而得到判斷霾和浮塵的PM2.5、PM10閾值（下表）。

3 回算驗(yàn)證

在地面測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)軟件原判識(shí)依據(jù)的基礎(chǔ)上加入PM2.5、PM10閾值主要解決軟件將浮塵判識(shí)為霾的問(wèn)題，我們使用軟件，結(jié)合環(huán)保數(shù)據(jù)，對(duì)2016年3-5月吐魯番浮塵天氣進(jìn)行回算，依據(jù)新的判識(shí)依據(jù)加入空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，在使用氣象相關(guān)要素判識(shí)后再對(duì)PM10值判斷，進(jìn)行霾與浮塵的區(qū)分，回算結(jié)果顯示：浮塵判識(shí)準(zhǔn)確率提高顯著，與人工觀(guān)測(cè)較為接近，符合實(shí)際情況的。

4 結(jié)論

（1）霾出現(xiàn)時(shí)，PM2.5值與能見(jiàn)度密切相關(guān)，而浮塵出現(xiàn)時(shí)，PM10與能見(jiàn)度相關(guān)系數(shù)較大。

（2）不同濕度情況下能見(jiàn)度與PM2.5、PM10有較好冪函數(shù)關(guān)系，即能見(jiàn)度隨PM2.5、PM10增大而減小，成反相關(guān)，通過(guò)擬合方程算得出現(xiàn)霾時(shí)PM2.5的閾值為85 ug/m3，出現(xiàn)浮塵時(shí)PM10的閾值為409 ug/m3。

（3）在滿(mǎn)足風(fēng)、濕度、變溫的條件下，自動(dòng)識(shí)別加入PM2.5和PM10的閾值85 ug/m3、409 ug/m3時(shí)，系統(tǒng)判識(shí)霾和浮塵的準(zhǔn)確率大大提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]何青，楊蓮梅，張廣興，等.能見(jiàn)度與空氣質(zhì)量的關(guān)系研究[J].中國(guó)沙漠，2006，2，278-282.

[2]新疆維吾爾自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)《視程障礙天氣現(xiàn)象自動(dòng)判識(shí)依據(jù)》.DB 65/T 4042-2017.

作者簡(jiǎn)介：鐘海英（1969-），女，漢族，重慶人，本科，副高級(jí)工程師，從事氣象探測(cè)與管理工作。