海濱城市顆粒污染物濃度變化特征及長(zhǎng)期變化趨勢(shì)研究

摘要：利用歷史生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)資料，對(duì)海濱城市顆粒污染物濃度變化特征及長(zhǎng)期變化趨勢(shì)進(jìn)行深度研究。綜合考慮研究區(qū)域的地理情況，選定監(jiān)測(cè)站獲取對(duì)應(yīng)的研究數(shù)據(jù)，分析該地區(qū)四季變化和環(huán)境效應(yīng)，多角度考慮顆粒污染物的濃度影響因素。以近三年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例，顆粒污染物濃度呈逐年下降趨勢(shì)，空間分布會(huì)受到環(huán)境效應(yīng)影響，在靜穩(wěn)環(huán)境效應(yīng)下，顆粒污染物濃度會(huì)明顯升高，尤其是風(fēng)速較小、霧天或濕度在80％左右的海濱城市區(qū)域環(huán)境，污染濃度較為顯著；而降雨環(huán)境和大風(fēng)環(huán)境會(huì)裹挾顆粒污染物陣到地面，有利于顆粒污染物的擴(kuò)散，減小污染濃度。

關(guān)鍵詞：顆粒污染物；污染特征；變化趨勢(shì)；環(huán)境效應(yīng)

中圖分類號(hào)：X513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

顆粒污染物在一定程度上散射或者吸收太陽輻射，降低城市能見度，同時(shí)，也能參與云凝結(jié)過程，直接影響生態(tài)效應(yīng)變化；對(duì)人類的健康也產(chǎn)生相當(dāng)程度的負(fù)面影響。因此需要深人研究顆粒污染物的特征及變化趨勢(shì)，才能有效地了解如何在城市發(fā)展進(jìn)程中減少顆粒污染物的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的控制，改善環(huán)境質(zhì)量。

劉桓嘉等提出時(shí)空變化特征研究方法，根據(jù)不同年份的顆粒污染物濃度數(shù)據(jù)，對(duì)豫北地區(qū)進(jìn)行污染狀況評(píng)估，基于季節(jié)變化，得出顆粒污染物的濃度變化趨勢(shì)，根據(jù)高低極值來確定污染物的污染程度，研究污染物的負(fù)相關(guān)因素和正相關(guān)因素；李丹等在研究細(xì)顆粒污染物過程中，根據(jù)其中包含的有機(jī)物含量，確定污染物的毒性和吸濕性，建立采樣帶能，確定顆粒污染物的濃度變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同季節(jié)濃度趨勢(shì)變化的準(zhǔn)確分析，同時(shí)考慮研究區(qū)域的工業(yè)情況，建立濃度特征的參考參數(shù)，完成趨勢(shì)變化的排序。

但這兩種方法未將地理因素和環(huán)境效應(yīng)因素綜合考慮，缺少必要的參考價(jià)值。為此，為了確保深入了解海濱城市顆粒污染物的變化特征，仔細(xì)考慮不同環(huán)境效應(yīng)影響下的污染濃度和區(qū)域分布特征，從多個(gè)角度考慮影響顆粒物污染物濃度的因素，針對(duì)長(zhǎng)期趨勢(shì)進(jìn)行深入研究。

1研究區(qū)域及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

在研究海濱城市顆粒污染物濃度變化特征及長(zhǎng)期變化趨勢(shì)時(shí)，選擇青島作為研究對(duì)象，對(duì)該城市的顆粒污染物進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間序列和比值上的分析。

將監(jiān)測(cè)點(diǎn)建立在城市中心環(huán)境監(jiān)測(cè)站。為保證對(duì)顆粒污染物長(zhǎng)期變化趨勢(shì)的深度分析，利用24 h連續(xù)采樣法，采樣期間深度考慮環(huán)境效應(yīng)的影響，根據(jù)國(guó)家針對(duì)生態(tài)環(huán)境污染的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析顆粒污染物的水溶性指標(biāo)和無機(jī)元素。對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)見表1。

如表1所示，選取的監(jiān)測(cè)指標(biāo)旨在全面評(píng)估青島市顆粒污染物的濃度變化特征及其影響因素。水溶性指標(biāo)和無機(jī)元素的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為分析顆粒污染物的化學(xué)組成和來源提供了依據(jù)；而氣象數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)則為分析環(huán)境效應(yīng)對(duì)顆粒污染物分布的影響提供了基礎(chǔ)。這些指標(biāo)的選取為后續(xù)對(duì)青島市的氣象條件和顆粒污染物數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析提供了依據(jù)。

青島市屬于典型的溫帶季風(fēng)氣候，在相同緯度環(huán)境下，與其他的內(nèi)陸城市相比，作為沿海城市，雨水更加豐富，氣溫相對(duì)溫和，受到海洋環(huán)境的影響較大，且城市濕度較大，全年的平均氣溫保持在26.4℃，全年時(shí)段的平均降水量為687.5 mm、平均風(fēng)速為7.2 m/s，氣壓的平均值為1 007.8 hPa。

而降水和大風(fēng)對(duì)顆粒污染物的清除有利，且青島市的降水分布特征整體情況是南部較北部多，而偏向西南方位的局部區(qū)域降水量最高，由于青島市屬于沿海城市，因此平均風(fēng)速相較于內(nèi)陸會(huì)更大，風(fēng)速的分布特征與降水分布十分相似，為了方便研究，選擇2020年的歷史數(shù)據(jù)，作為區(qū)域內(nèi)特征分布的研究數(shù)據(jù)，為全面描述顆粒污染物的分布特征，主要選取顆粒污染物PM2.5和PM10進(jìn)行具體描述。

2顆粒污染濃度變化特征

為了研究青島市各區(qū)域分布特征，在2022年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，不同環(huán)境效應(yīng)因素會(huì)導(dǎo)致顆粒污染物的分布特征發(fā)生變化，這里總結(jié)出在風(fēng)向、風(fēng)速、降雨、降雪、下霧等環(huán)境效應(yīng)下，青島市同年的顆粒污染物分布特征情況，具體情況分別見圖1-圖3。

根據(jù)圖1-圖3中對(duì)比不同環(huán)境效應(yīng)下污染物的特征描述結(jié)果可知，在大霧環(huán)境時(shí)，近地環(huán)境中風(fēng)速相對(duì)較小。由于青島市存在一定的山地環(huán)境，這種地貌會(huì)適當(dāng)?shù)刈璧K空氣流通，同時(shí)當(dāng)混合層溫度降低時(shí)，逐漸形成靜穩(wěn)環(huán)境，在水平方向上的風(fēng)速小，導(dǎo)致顆粒污染物不易擴(kuò)散，聚集在城市上空，垂直方向擴(kuò)散不明顯，導(dǎo)致水汽和顆粒污染物在近地層聚集，此時(shí)整個(gè)青島市各個(gè)區(qū)域的顆粒污染物濃度都相對(duì)較高。

正常情況下，降雪環(huán)境會(huì)增加空氣中的濕度，有效吸附顆粒污染物并帶到地面上，但通過研究數(shù)據(jù)來看，由于青島市屬于沿海地區(qū)，在溫帶季風(fēng)生態(tài)效應(yīng)的影響下，通常為小降雪，無法伴隨強(qiáng)冷空氣和大風(fēng)，很快在空氣中融化，過程中導(dǎo)致空氣中水汽并逐漸形成大霧，在逆溫環(huán)境的影響下，十分不利于顆粒污染物的擴(kuò)散，如果建筑物相對(duì)密集，車輛較多，由于車輛在這樣的環(huán)境中低速行駛，也會(huì)導(dǎo)致行駛?cè)加筒煌耆紵?，?dǎo)致廢氣排放量比平時(shí)更多，更可能增加顆粒污染物的濃度。因此，對(duì)于該地區(qū)來說，降雪不一定會(huì)導(dǎo)致空氣質(zhì)量的變化，甚至可能導(dǎo)致空氣中污染物濃度的增加而不是減少。

綜合霧天、降雪和降雨等環(huán)境效應(yīng)來看，當(dāng)相對(duì)濕度小于80％時(shí)，顆粒污染物的濃度與其呈現(xiàn)一定的相關(guān)關(guān)系，大于80％時(shí)，顆粒污染物的濃度會(huì)隨著濕度的不斷升高慢慢持平，當(dāng)相對(duì)濕度逐漸增長(zhǎng)并大于95％時(shí)，顆粒污染物的濃度才會(huì)逐漸呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，降低顆粒污染物的污染濃度。

考慮風(fēng)向影響時(shí)，研究年份青島市的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，西北風(fēng)的風(fēng)頻為28.7％，南風(fēng)風(fēng)頻為18.2％，為準(zhǔn)確分析出風(fēng)向?qū)︻w粒污染物濃度的影響情況，建立風(fēng)向和PM2，的濃度聯(lián)合圖，研究中發(fā)展西北風(fēng)向下城市的顆粒污染物濃度相對(duì)更高，東北風(fēng)時(shí)最低，證明來自東南方向的海洋氣團(tuán)更加清潔，由于城市中局部區(qū)域包含工業(yè)，導(dǎo)致內(nèi)陸氣團(tuán)的污染較為嚴(yán)重，致使西北風(fēng)環(huán)境效應(yīng)影響下的顆粒污染物濃度高于南風(fēng)或是東北風(fēng)。

除了風(fēng)向影響外，風(fēng)速也是重要影響因素之一，選擇青島市全年的平均風(fēng)速5.2 m/s作為分界線，分別在高于5.2 m/s和低于5.2m/s的時(shí)候進(jìn)行風(fēng)速影響研究，風(fēng)速的大小直接影響污染物的稀釋和擴(kuò)散速度，當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)顆粒污染物非常容易累積在空氣中，導(dǎo)致濃度增加，風(fēng)速較大時(shí)城市上空的空氣質(zhì)量則較好，顆粒污染物濃度相對(duì)較低。

3結(jié)束語

在濱海城市，依據(jù)地理環(huán)境設(shè)立了監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，以獲取顆粒污染物的詳細(xì)數(shù)據(jù)。通過分析這些數(shù)據(jù)，了解了環(huán)境效應(yīng)如何影響顆粒污染物的分布特征。研究發(fā)現(xiàn)，降雨和降雪等自然過程在一定程度上能夠降低污染物濃度，但這一效果受相對(duì)濕度和大霧等環(huán)境因素的影響。特別是在相對(duì)濕度低或接近80％時(shí)，降雪可能不足以顯著降低污染物濃度。此外，大霧和靜穩(wěn)環(huán)境不利于顆粒污染物的擴(kuò)散，這常常是霧霾形成的重要原因?？紤]到城市的地理位置和工業(yè)分布情況，風(fēng)向和風(fēng)速對(duì)顆粒污染物的擴(kuò)散有重要影響。在風(fēng)速較大時(shí)，顆粒污染物更容易被吹散，而在風(fēng)速較小時(shí)，污染物則容易在城市上空滯留，導(dǎo)致濃度上升。因此，說明研究環(huán)境對(duì)于改善城市空氣質(zhì)量至關(guān)重要。