秦皇島市PM2.5污染特征及其對(duì)地面氣象因素的相關(guān)性分析

張冬倩，郭海川

（河北省秦皇島環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河北 秦皇島 066000）

目前，PM2.5是我國(guó)城市主要的大氣污染物之一，成分復(fù)雜，含有毒有害物質(zhì)，嚴(yán)重影響人類身體和心理的健康、交通安全等，受到了社會(huì)各界的重視[1-2]。自2012年起，國(guó)家相繼出臺(tái)了新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB095-2012）和《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，其對(duì)大氣污染防治提出了更高更嚴(yán)的要求[3]。秦皇島市政府制定了《秦皇島市2018年大氣污染綜合治理實(shí)施方案》，明確提出全市細(xì)顆粒物（PM2.5）2018年平均濃度要達(dá)到41μg/m3。除了污染源排放外，氣象因素是誘發(fā)PM2.5高污染事件的重要因素[4]。基于2017年秦皇島市PM2.5濃度周均值監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和日均值監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用比傳統(tǒng)參數(shù)分析方法適應(yīng)性更強(qiáng)、應(yīng)用范圍更廣的Spearman秩相關(guān)系數(shù)法來(lái)研究PM2.5濃度與不同季節(jié)氣象因素的相關(guān)性，以期為轄區(qū)內(nèi)PM2.5污染防治和預(yù)警提供數(shù)據(jù)支撐[5]。

1 研究數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 研究數(shù)據(jù)

以河北省環(huán)境保護(hù)廳（http：//www.hebhb.gov.cn/）大氣數(shù)據(jù)公布平臺(tái)上發(fā)布的空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，筆者采用2017年3月1日-2018年2月28日的PM2.5質(zhì)量濃度、氣象條件等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并按照春夏秋冬四個(gè)季節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。

1.2 研究方法

數(shù)據(jù)采用非參數(shù)相關(guān)分析，即Spearman秩相關(guān)系數(shù)，綜合考慮各氣象因子對(duì)PM2.5濃度分布的影響[6]。

2 研究結(jié)果與分析

秦皇島市所處地區(qū)是較為典型的北溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明。每年的3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季，12-次年2月為冬季。

2.1 PM2.5質(zhì)量濃度季節(jié)分布特征

秦皇島市PM2.5濃度季節(jié)變化特征如圖1所示。受氣象條件和人為活動(dòng)的影響，PM2.5濃度季節(jié)變化特征較為明顯。由圖1可見(jiàn)，秦皇島市PM2.5濃度冬季最高，春、秋季次之，夏季最低。冬季北方城市燃煤采暖，以及多發(fā)的大霧天氣使得PM2.5濃度偏高；春、秋季外來(lái)風(fēng)沙源貢獻(xiàn)了PM2.5濃度值，春季因受季風(fēng)轉(zhuǎn)換影響，擴(kuò)散條件較好，春季PM2.5濃度略低于秋季；夏季僅本地的道路或建筑施工的揚(yáng)塵影響PM2.5濃度，且受到降雨、邊界層較高等因素影響，因此夏季PM2.5質(zhì)量濃度最低。

圖1 秦皇島2017年P(guān)M2.5濃度季節(jié)變化特征

2.2 PM2.5質(zhì)量濃度在不同季節(jié)的相關(guān)性

2.2.1 春季PM2.5質(zhì)量濃度與氣象因子的相關(guān)性

秦皇島市春季PM2.5濃度周均值與平均氣溫呈負(fù)中等相關(guān)，與平均濕度和能見(jiàn)度呈負(fù)弱相關(guān)，與平均風(fēng)速顯著不相關(guān)；周均值與平均氣壓、風(fēng)向呈正中等相關(guān)。濃度日均值與平均氣壓呈正弱相關(guān)；與平均氣溫呈負(fù)中等相關(guān)；與平均濕度、平均風(fēng)向風(fēng)速顯著不相關(guān)。具體相關(guān)系數(shù)值如表1所示。當(dāng)受到高壓控制時(shí)，天氣系統(tǒng)較穩(wěn)定，大氣條件不適宜污染物擴(kuò)散，使得污染物濃度值升高。受低壓控制時(shí)，天氣系統(tǒng)不穩(wěn)定，大氣條件適宜污染物擴(kuò)散，使得污染物濃度值降低[6]。春季平均氣溫為13.0℃，PM2.5濃度值為35.0 μg/m3。

2.2.2 夏季PM2.5質(zhì)量濃度與氣象因子的相關(guān)性

夏季PM2.5濃度周均值與平均氣壓、氣溫、濕度、風(fēng)向風(fēng)速以及能見(jiàn)度均呈顯著正相關(guān)。濃度日均值與平均氣壓、能見(jiàn)度呈負(fù)弱相關(guān)；與平均氣溫、濕度、風(fēng)向風(fēng)速呈正弱相關(guān)。具體相關(guān)系數(shù)值如表2所示。夏季空氣環(huán)境受瞬時(shí)極端天氣的影響，常有氣旋或冷風(fēng)過(guò)境，與夏日暖濕氣流交匯，氣象因子變化頻繁[7]。夏季降雨對(duì)顆粒物有明顯的沉降作用，秦皇島市夏季高溫多雨，有效清除了大氣中顆粒物。降水使得夏季濕度值（80.1%）最大，利于顆粒物的擴(kuò)散、沉降，污染程度最小。夏季平均氣溫為24.6℃，PM2.5濃度值為 23.0 μg/m3。

2.2.3 秋季PM2.5質(zhì)量濃度與氣象因子的相關(guān)性

秋季PM2.5濃度周均值與平均氣壓、氣溫、濕度、風(fēng)向風(fēng)速以及能見(jiàn)度均呈顯著正相關(guān)。濃度日均值與平均氣溫呈負(fù)弱相關(guān)，與濕度呈顯著不相關(guān)；與平均氣壓、風(fēng)速、能見(jiàn)度呈正弱相關(guān)，與風(fēng)向顯著不相關(guān)。具體相關(guān)系數(shù)值如表3所示。秋季平均氣壓較低，相對(duì)濕度較大，逆溫現(xiàn)象發(fā)生頻繁，常出現(xiàn)穩(wěn)定天氣，不適宜污染物擴(kuò)散，容易形成霧霾天氣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有霧時(shí)細(xì)顆粒物濃度相對(duì)較高[8]。秋季平均氣溫為12.8℃，PM2.5濃度值為36.8 μg/m3。

表1 春季細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度與氣象因素的秩相關(guān)系數(shù)

表2 夏季細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度與氣象因素的秩相關(guān)系數(shù)

表3 秋季細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度與氣象因素的秩相關(guān)系數(shù)

2.2.4 冬季PM2.5質(zhì)量濃度與氣象因子的相關(guān)性

冬季PM2.5濃度周均值與平均氣壓、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、能見(jiàn)度均呈顯著正相關(guān)；與平均氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)。濃度日均值與平均氣壓、風(fēng)向呈正弱相關(guān)，與能見(jiàn)度呈負(fù)弱相關(guān)，與平均氣溫、濕度、風(fēng)速呈顯著不相關(guān)。具體相關(guān)系數(shù)值如表4所示。冬季細(xì)顆粒物濃度受風(fēng)速和氣壓的影響較大，當(dāng)氣壓升高、風(fēng)速減小，有利于近地面層大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，逆溫強(qiáng)度加大，不適宜污染物擴(kuò)散，質(zhì)量濃度最高。冬季平均氣溫為-1.7℃，PM2.5濃度值為43.8 μg/m3。

表4 冬季細(xì)顆粒物質(zhì)量濃度與氣象因素的秩相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

受氣象條件和人為活動(dòng)的影響，秦皇島市PM2.5濃度冬季最高，春、秋季次之，夏季最低。不同季節(jié)，秦皇島市PM2.5受到氣象因素影響不同。春季PM2.5濃度與氣壓呈正中等相關(guān)，與氣溫呈負(fù)中等相關(guān)，即氣壓越高，氣溫越低，濃度值越大。夏季受瞬時(shí)極端天氣的影響，氣象因子變化頻繁。降水使得夏季濕度值大，利于顆粒物的擴(kuò)散、沉降，污染程度最小，濃度值最低。秋季氣壓較低，相對(duì)濕度較大，逆溫現(xiàn)象發(fā)生頻繁，容易形成霧霾天氣，污染物濃度易持續(xù)積累。冬季受風(fēng)速和氣壓的影響較大，逆溫強(qiáng)度大，不適宜污染物擴(kuò)散，質(zhì)量濃度最高。