非典型潮濕天氣下江門市區(qū)空氣質(zhì)量變化趨勢(shì)

林藝群 陳智飛

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，大氣污染日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重影響環(huán)境和群眾身體健康。本論文采用2014年1月1日至2014年1月4日和2014年1月10日至2014年1月12日江門市空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在潮濕天氣下，江門市區(qū)空氣中的二氧化硫、PM2.5與濕度有顯著的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：江門、潮濕天氣、二氧化硫、PM2.5、濕度

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)規(guī)模迅速擴(kuò)大和城市化進(jìn)程日漸加快，大氣污染日趨嚴(yán)重。在大氣污染的分類中，由大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地懸浮在空中（相對(duì)濕度小于80%），排除其他自然天氣過程（如降水、沙塵暴和雪暴等），使水平能見度小于10km的空氣普遍渾濁現(xiàn)象，稱為霾[1]，其中受人類活動(dòng)影響顯著而形成的霾又稱為灰霾。灰霾已成為一種嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象[2-3]?；姻蔡鞖獾男纬捎袃煞矫娴脑颍焕臍庀髼l件和大氣顆粒物，特別是細(xì)顆粒物PM2.5和氣體污染物的增加[4]?；姻灿绊懘髿猸h(huán)境質(zhì)量，影響氣候和能見度，影響人體健康。近年來，PM2.5受到社會(huì)各界的廣泛熱議。PM2.5會(huì)沉積于上、下呼吸道和肺泡中，引起鼻炎、支氣管炎等病癥。目前，我國(guó)的大氣污染治理已到了刻不容緩的階段。

氣象專家和醫(yī)學(xué)專家認(rèn)為，由細(xì)顆粒物造成的灰霾天氣對(duì)人體健康的危害甚至要比沙塵暴更大。粒徑10微米以上的顆粒物，會(huì)被擋在人的鼻子外面；粒徑在2.5微米至10微米之間的顆粒物，能夠進(jìn)入上呼吸道，但部分可通過痰液等排出體外，另外也會(huì)被鼻腔內(nèi)部的絨毛阻擋，對(duì)人體健康危害相對(duì)較?。欢皆?.5微米以下的細(xì)顆粒物，不易被阻擋。由于體積更小，PM2.5具有更強(qiáng)的穿透力，可能抵達(dá)細(xì)支氣管壁，并干擾肺部的氣體交換，從而引發(fā)咳嗽、呼吸困難、哮喘、慢性支氣管炎等呼吸系統(tǒng)的疾病并導(dǎo)致心律不齊、非致命性心臟病等心血管方面的疾病。更小的微粒會(huì)通過肺部傳遞影響其他器官。最小的顆粒物（直徑小于等于100納米，合0.1微米）帶來的危害更為嚴(yán)重[5]。有證據(jù)表明這些顆粒物可以傳過細(xì)胞膜到達(dá)其他器官，包括大腦。有研究指出，這些微?？赡芤l(fā)腦損傷（包括老年癡呆癥）。值得注意的是，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的微粒直徑通常在100 納米（合0.1微米）左右。老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。

回南天（簡(jiǎn)稱回南）是華南地區(qū)對(duì)一種天氣現(xiàn)象的稱呼，通常指每年春天時(shí)，氣溫開始回暖而濕度開始回升的現(xiàn)象。華南屬于典型的海洋性亞熱帶季風(fēng)氣候，每年1月至4月時(shí)，從南中國(guó)海吹來的南風(fēng)帶著和暖而潮濕的空氣，與從中國(guó)大陸北部來的寒冷氣流相遇，形成靜止鋒，使華南地區(qū)的天氣陰晴不定、非常潮濕，間中有微雨或大霧。

在華南地區(qū)特有的“回南天”潮濕天氣下，能見度很低，公眾首當(dāng)其沖想到的是PM2.5。本論文基于江門市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站的大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站在2014年1月1日至2014年2月28日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究在“回南天”潮濕天氣這種特定的天氣條件下，對(duì)影響PM2.5濃度的內(nèi)在和外在原因進(jìn)行分析，為客觀評(píng)價(jià)“潮濕天氣”下灰霾現(xiàn)象的發(fā)生提供理論依據(jù)。

1. 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)概況

江門市是廣東省中南部的一個(gè)地級(jí)市，地處珠江三角洲西部。瀕臨南海，毗鄰港澳，水陸方便。氣候溫和，少霜無雪，陽(yáng)光充足，四季常青，屬亞熱帶海洋性氣候，年均氣溫為22°C，年均降水量約1800毫米。地勢(shì)為西北高，東南低，地貌類型多樣，西北多山地、低山丘陵，東南部以臺(tái)地和平原為主，中部、東部為河谷和三角洲地帶，南部屬濱海平原、低山丘陵和臺(tái)地。選取子站所處區(qū)域?yàn)榫用駞^(qū)，監(jiān)測(cè)能力完善。

1.2 儀器設(shè)備

PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀：顆粒物同步混合監(jiān)測(cè)儀（SHARP）（5030型）；SO2自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀：43i 型脈沖熒光分析儀。

2. 結(jié)果與分析討論

2.1 江門市區(qū)PM2.5、二氧化硫和相對(duì)濕度的日變化特征

2014年1月1日

2014年1月2日

2014年1月3日

2014年1月4日

2014年1月10日

2014年1月11日

2014年1月12日

圖2.1 江門市區(qū)PM2.5、二氧化硫和相對(duì)濕度的日變化特征

2.2 數(shù)據(jù)分析

該大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)1月1日至1月3日風(fēng)速均在1.5m/s以下，屬于0-1級(jí)風(fēng)，風(fēng)力弱。而這3天內(nèi)出現(xiàn)了數(shù)次的南北風(fēng)向轉(zhuǎn)換，濕度變化明顯，具有很好的研究意義。

1月1日 空氣較為干燥，在0時(shí)至8時(shí)以北風(fēng)為主，各項(xiàng)污染物指數(shù)相對(duì)穩(wěn)定；在8時(shí)至18時(shí)由北風(fēng)轉(zhuǎn)為西風(fēng)，由于該監(jiān)測(cè)站點(diǎn)以西工業(yè)相對(duì)較少，西風(fēng)對(duì)市區(qū)內(nèi)的污染物濃度起到一定的稀釋作用，但由于西風(fēng)風(fēng)速只有1.0m/s左右，風(fēng)力弱，各項(xiàng)污染物濃度下降不明顯；18時(shí)后由西風(fēng)轉(zhuǎn)為南風(fēng)，22時(shí)-23時(shí)濕度開始上升。

1月2日0時(shí)-8時(shí)，濕度持續(xù)上升，在這個(gè)過程中PM2.5、SO2濃度均隨濕度的升高而降低。由于風(fēng)速只有0.4m/s左右，不利于污染物的擴(kuò)散，PM2.5濃度維持在140ug/m3左右。8時(shí)開始，工業(yè)企業(yè)開始生產(chǎn)，工業(yè)廢氣排放量增大，導(dǎo)致SO2濃度迅速上升。與此同時(shí)，地表溫度升高，濕度下降。16時(shí)后，風(fēng)向轉(zhuǎn)為南風(fēng)為主，濕度上升，江門市南方靠海，工業(yè)稀少，南風(fēng)對(duì)市區(qū)內(nèi)的污染物濃度稀釋效果明顯，SO2濃度顯著降低，而PM2.5則隨濕度增加而增加。

1月3日，0-7時(shí)，濕度基本維持在75%以上，SO2濃度保持在一個(gè)較低的水平（<25ug/m3），PM2.5則保持在100ug/m3以上。同樣地，7時(shí)以后，人們進(jìn)入上班時(shí)間，工業(yè)企業(yè)開始生產(chǎn)，廢氣排放量增大，SO2、PM2.5迅速上升，濕度降至50%以下，東北風(fēng)。下午18時(shí)以后，風(fēng)向轉(zhuǎn)為南風(fēng)，太陽(yáng)光照強(qiáng)度減弱，氣溫降低，濕度上升65%，并呈持續(xù)增加趨勢(shì)。

1月4日0-8時(shí)間，風(fēng)力增強(qiáng)，PM2.5濃度持續(xù)降低。

該大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)1月10日至1月12日與1月1日至1月3日的氣象條件相當(dāng)，其SO2與PM2.5的變化規(guī)律及趨勢(shì)也相當(dāng)一致。

1月10日。16時(shí)以后，濕度開始急劇上升，SO2濃度下降，PM2.5上升并保持在較高的濃度值。1-11日全天，SO2濃度與濕度呈相反的關(guān)系，濕度增大則SO2降低，濕度降低，則SO2濃度升高。PM2.5在0-8時(shí)中出現(xiàn)一個(gè)單峰，8時(shí)以后則持續(xù)升高；特別要說明的是，在18-19時(shí)內(nèi)，風(fēng)向發(fā)生了一次轉(zhuǎn)變（轉(zhuǎn)為北風(fēng)），而且風(fēng)速增強(qiáng)（0.8m/s），但隨后則繼續(xù)以南風(fēng)為主，風(fēng)速回復(fù)到0.4m/s，這可能是因?yàn)樵摫O(jiān)測(cè)站點(diǎn)正在冷暖氣團(tuán)相匯處，發(fā)生風(fēng)向的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的。20時(shí)以后則隨著濕度的增大而有所上升。12日0-8時(shí)，濕度始終保持在75%以上，風(fēng)速0.4m/s以下，PM2.5濃度不斷升高。8時(shí)以后，風(fēng)力開始增強(qiáng)，PM2.5顯著降低。

2.3 討論

2.3.1濕度對(duì)SO2濃度的影響

根據(jù)該自動(dòng)站1月份各參數(shù)的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，在濕度60%或以上時(shí)，SO2濃度與濕度呈反比關(guān)系，這個(gè)現(xiàn)象在0-8時(shí)及20-24時(shí)之間尤其明顯，可能的原因是大氣中SO2溶解在空氣中的水霧中?；剂先紵欧诺牧蜓趸镆妆凰斩纬伤犰F，當(dāng)濕度增大時(shí)，原來存在于大氣中的氣態(tài)SO2（或硫氧化物）與上升的水蒸氣結(jié)合，使得氣態(tài)的SO2（或硫氧化物）減少。而在8-20時(shí)之間，濕度在60%以下，空氣中的水蒸氣含量低，SO2與濕度沒有明顯的相關(guān)性。

2.3.2 濕度對(duì)PM2.5濃度的影響

濕度大的天氣條件下（濕度65%以上），一般風(fēng)速都不大，因?yàn)榻T地區(qū)屬于熱帶低緯地區(qū)，氣候溫暖濕潤(rùn)，一般出現(xiàn)溫度升高的天氣是在北風(fēng)-南風(fēng)轉(zhuǎn)換的時(shí)候，這時(shí)當(dāng)冷暖峰交匯（冷暖峰相互競(jìng)爭(zhēng)時(shí)），風(fēng)速減弱（通常<0.4m/s），濕度增大，而風(fēng)速的減弱，極其不利于PM2.5（污染物）的分散，這是造成PM2.5（污染物）在短時(shí)間內(nèi)局部升高的原因之一。

濕度對(duì)PM2.5的增加有顯著作用，濕度大于70%時(shí)，空氣中的小水珠為PM2.5的積聚提供了一個(gè)良容器，空氣中的微小水珠把本來是氣態(tài)的污染物，如SO2、NOX等，溶解在其中，并在水珠內(nèi)發(fā)生物理、化學(xué)變化，使本來是氣態(tài)的污染物轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)污染物。

大氣中的氣態(tài)前體污染物會(huì)通過大氣化學(xué)反應(yīng)生成二次顆粒物，實(shí)現(xiàn)由氣體到粒子的相態(tài)轉(zhuǎn)換。如：

其中氣態(tài)硫酸來自O(shè)H自由基氧化二氧化硫SO2的氣態(tài)反應(yīng)[6]。鹽的水合物：如xCl·yH2O、xNO3·yH2O、xSO4·yH2O，隨著濕度的變化，水合物對(duì)PM2.5的影響較大，水不僅與鹽化合物生成水合物，由于濕度的改變還形成了鹽的微小溶液液滴。

2.3.3潮濕天氣下風(fēng)向?qū)T市空氣質(zhì)量的影響

風(fēng)向?qū)T市空氣質(zhì)量的影響也是十分重要的。本論文探討的風(fēng)向影響是基于在潮濕天氣（或濕度>65%，或稱“回南天”）前后一天江門市空氣質(zhì)量的變化。一般來說：由北、東北風(fēng)轉(zhuǎn)為南風(fēng)天氣狀況下，通常冷暖峰交匯的第一天，PM2.5尤其高，然后逐日降低。這樣的天氣維持2-3天，則第一天的PM2.5濃度大于第二天，第二天大于第三天，這可能的原因是，污染物隨北風(fēng)南下，到達(dá)江門市附近時(shí)遇上濕暖、干凈的由海上吹來的南風(fēng)，冷暖峰相遇，相互競(jìng)爭(zhēng)，風(fēng)速減弱，污染物積壓，無法分散，再加上本地污染物的排放，所以江門市區(qū)在第一天“回南天”的早上，PM2.5均逐步上升，尤其是早上9點(diǎn)上班高峰時(shí)，PM2.5會(huì)迎來一個(gè)高峰，隨后會(huì)逐步降低。第三天以后，如果是以南風(fēng)為主導(dǎo)，PM2.5會(huì)繼續(xù)降低，空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)好。如果是以北風(fēng)為主，則PM2.5會(huì)有所上升。這是由于江門市周邊的工業(yè)分布在北邊，東邊的較多。假設(shè)江門市每天產(chǎn)出污染物的平均濃度恒定，一般情況下，北、東北風(fēng)轉(zhuǎn)成南風(fēng)的天氣狀況下天氣污染物濃度較由南風(fēng)，西南風(fēng)轉(zhuǎn)成北風(fēng)的天氣狀況下污染物濃度高。即江門市污染物濃度受北面東北面影響較大。

3. 結(jié)論

1）江門地區(qū)屬于熱帶低緯地區(qū)，“回南天”這種特殊的氣候現(xiàn)象通常發(fā)生在1月和2月。當(dāng)出現(xiàn)“回南天”的情況下，濕度逐漸增大（濕度>65%）隨著濕度的上升，空氣中SO2濃度將出現(xiàn)明顯的下降，而PM2.5則隨之上升。同樣地，當(dāng)“回南天”消失，即濕度下降（濕度<60%）時(shí)，空氣中SO2濃度會(huì)有所回升，PM2.5濃度下降；

2）江門市區(qū)工業(yè)企業(yè)主要分布在北邊和東邊，當(dāng)“回南天”出現(xiàn)時(shí)，風(fēng)向由前一天的北、東北風(fēng)轉(zhuǎn)為南風(fēng)時(shí)，江門市污染物濃度比由西風(fēng)轉(zhuǎn)為南風(fēng)的濃度要高，并在“回南天”持續(xù)的2-3天內(nèi)逐漸減低，因此，PM2.5的防治要從源頭入手，采取綜合治理策略，改善現(xiàn)有除塵技術(shù)和設(shè)備，嚴(yán)格控制工業(yè)生產(chǎn)所造成的粉塵污染。如出現(xiàn)更極端的天氣狀況，即AQI持續(xù)大于150，在“回南天”來臨之前應(yīng)對(duì)各工業(yè)企業(yè)進(jìn)行通知，要求其停產(chǎn)或減產(chǎn)，以降低“回南天”天氣下空氣污染程度。

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