鄭州市大氣顆粒物季節(jié)日變化特征及氣象要素相關性研究

李倩楠　張寧丹　馬運通

摘要：以鄭州市2017年空氣質量數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)為研究對象，通過對各顆粒污染物濃度進行統(tǒng)計分析，對其與氣象要素的相關性進行分析，探究鄭州市不同季節(jié)各污染物日變化特征。結果表明：1）鄭州市PM2.5、PM10濃度呈現(xiàn)出明顯的冬季高、夏季低的季節(jié)性變化規(guī)律；2）PM2.5和PM10濃度呈現(xiàn)出雙峰型分布且峰值出現(xiàn)時間與交通早晚高峰時間基本重合；3）各污染物在不同季節(jié)與不同的氣象要素均呈現(xiàn)不同程度的相關性。

關鍵詞：鄭州；污染物；日變化；PM2.5；PM10

1 緒論

環(huán)保部最新頒布的《環(huán)境空氣質量標準》（GB 30952012）[1]中規(guī)定的基本顆粒污染物PM10、PM2.5。國內(nèi)外大量研究表明，這兩種污染物可給人類生活，生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境帶來各種不同程度的不利影響[2]。研究各污染物在不同季節(jié)的日變化特征對大氣環(huán)境治理及污染物生產(chǎn)排放管理具有重大意義。

對于大氣污染特征，當前的研究主要集中在對一定區(qū)域內(nèi)各類型污染物如PM2.5濃度的不同尺度時空變化特征分析[35]，結合氣象要素、天氣狀況等對研究區(qū)的污染特征進行分析。針對一天24小時污染物濃度的變化特征，相關學者對北京市等不同地區(qū)進行了研究。鄭州市是中部地區(qū)重要交通樞紐，工業(yè)發(fā)達，人口眾多，作為京津冀大氣污染傳輸通道城市之一，其大氣污染狀況受到各界廣泛關注。相關學者對鄭州市各污染物變化特征及影響因素進行過研究。氣象因素是影響大氣污染的一個重要條件。本文針對鄭州市2017年的空氣質量數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)，重點探究該地區(qū)大氣顆粒污染物不同季節(jié)的日變化特征，揭示一天當中氣象因素的變化對不同污染物的影響。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文所使用的空氣污染監(jiān)測數(shù)據(jù)時段為2017年1月1日～2017年12月31日。所采用的的《環(huán)境空氣質量標準》（GB30952012）是由環(huán)境保護部和國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布的。氣象數(shù)據(jù)使用國家基準站鄭州站的數(shù)據(jù)，包括氣溫、風速、風向、氣壓、相對濕度、能見度、降水量等逐小時觀測的氣象要素數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理及方法

利用2017年鄭州市的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，對大氣顆粒物的質量濃度變化情況進行了分析。統(tǒng)計每個季度24小時濃度變化的數(shù)據(jù)，分析對比污染物不同季節(jié)的日變化規(guī)律。利用SPSS軟件探究不同季節(jié)污染物的濃度與各氣象要素之間的相關關系，使用PM2.5和PM10和氣象要素的日均值做相關分析。

3 大氣顆粒污染物濃度變化特征

3.1 污染物濃度季節(jié)變化

對大氣顆粒物污染物質量濃度逐季節(jié)變化情況進行了分析。粗顆粒PM10四季質量濃度均大于細顆粒PM2.5，但兩者的變化趨勢基本一致，均呈現(xiàn)出夏低冬高的變化規(guī)律。兩種粒子的質量濃度均在1月份達到最高，7月份達到最低。造成此現(xiàn)象的原因可能是夏季強對流氣團的增多和降雨增多，使得顆粒物更有效的清除，降水會減少顆粒物的排放，如土壤粉塵在空氣中的飄散，故夏季顆粒物的濃度較低。PM10和PM2.5嚴重污染多發(fā)生在冬季，這可能是由于冬季鄭州及其周邊地區(qū)秸稈焚燒產(chǎn)生大量顆粒物以及逆溫等不利于顆粒物擴散的氣象條件導致的。

3.2 污染物濃度日變化特征

PM2.5濃度和PM10濃度的變化趨勢基本一致。隨時間表現(xiàn)為“U”型分布，呈現(xiàn)出明顯的冬季高、夏季低、春季秋居中的特點。造成此現(xiàn)象的主要原因為冬季氣溫低、靜風頻率高、容易形成逆溫天氣。

PM2.5的小時質量濃度，總體上呈現(xiàn)出冬季>春季>秋季>夏季。從午夜到凌晨，該時段PM2.5的變化很平緩，而PM10呈現(xiàn)出先緩慢上升，在凌晨2點達到峰值后，緩慢下降。在8：0010：00這一時間段，PM2.5和PM10濃度呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢，出現(xiàn)峰值，這與上午上班高峰期的汽車尾氣排放有關。春、夏、秋季的上午的峰值都大約出現(xiàn)在9：00，冬季上午的峰值則推遲一小時出現(xiàn)在10：00；在一般情況下，下午是一天之中擴散條件最好的時候，這個時間段的多數(shù)污染數(shù)濃度都會有所降低。在12：0016：00時間段PM2.5和PM10的濃度值都緩慢降低，大約在16：00達到最低值。16：00以后由于晚高峰的存在，使得PM2.5和PM10的濃度值再次上升，而夜間氣溫較低，導致大氣層結穩(wěn)定，容易出現(xiàn)逆溫，不利于顆粒物的擴散，使得PM10、PM2.5在夜間，仍然保持較高的質量濃度。

3.3 污染物與氣象要素的關系

大氣顆粒物濃度與氣象要素之間的關系會因季節(jié)的變化而不同。PM2.5和PM10與氣溫之間的相關性不顯著。PM2.5和PM10的濃度與相對濕度在秋季呈現(xiàn)出極顯著的正相關，在冬季呈現(xiàn)出極顯著的負相關。PM2.5的濃度在冬季與風速呈顯著的負相關，說明風對細粒子的濃度起到一定的擴散作用。

4 結論

（1）2017年觀測期間，鄭州市大氣中的PM2.5和PM10污染最為嚴重。因此鄭州市主要污染物為顆粒性污染物。鄭州市PM2.5、PM10濃度呈現(xiàn)出明顯的冬季高、夏季低的季節(jié)性變化規(guī)律。PM2.5濃度和PM10濃度的日變化趨勢基本一致。PM2.5和PM10的各小時質量濃度，總體上呈現(xiàn)出冬季>春季>秋季>夏季。PM2.5和PM10濃度呈現(xiàn)出雙峰型分布且峰值出現(xiàn)時間與交通早晚高峰時間基本重合。

（2）PM2.5和PM10的濃度與相對濕度在秋季呈現(xiàn)出極顯著的正相關，在冬季呈現(xiàn)出極顯著的負相關。

參考文獻：

[1]GB 30952012，環(huán)境空氣質量標準[S].

[2]喬玉霜.中原城市群大氣顆粒物的理化特征及毒理學研究[D].中國礦業(yè)大學（北京），2011.

[3]唐宜西，張小玲，徐敬，趙秀娟，馬志強，孟偉.北京城區(qū)和郊區(qū)本底站大氣污染物濃度的多時間尺度變化特征[J].環(huán)境科學學報，2016，36（08）：27832793.

[4]趙秀娟.北京城區(qū)和郊區(qū)PM2.5濃度季節(jié)與日變化特征[A].中國氣象學會.中國氣象學會2008年年會城市氣象與城市可持續(xù)發(fā)展分會場論文集[C].中國氣象學會：，2008：11.

[5]于洲.杭州市大氣污染物濃度時空變化特征分析[D].南京信息工程大學，2016.