顆粒物污染與環(huán)境條件因素影響相關(guān)性分析

張青　黃昌前　宮正宇　尤洋　賈國(guó)山　顏魯河

摘要：綜合各類研究報(bào)道，全面分析了濕度、溫度、風(fēng)速、氣壓、季節(jié)、降雨雪、日照、能見(jiàn)度等各種環(huán)境條件與顆粒物污染相關(guān)性。結(jié)果表明：各種環(huán)境條件因素與顆粒物濃度并非簡(jiǎn)單呈線性關(guān)系，而受地域以及各種氣候因素相互影響呈復(fù)雜的關(guān)系，各種氣象因素在一定的閾值范圍內(nèi)才呈正或負(fù)的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：顆粒物；環(huán)境條件；閾值；相關(guān)性分析

中圖分類號(hào)：X513

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）8008403

1引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市的大氣污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，大氣顆粒物成為影響我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量的首要污染物[1～3]。由于顆粒物對(duì)環(huán)境及人體健康造成嚴(yán)重危害， 在大氣環(huán)境問(wèn)題頻發(fā)以及公眾環(huán)境意識(shí)快速提高的背景下，顆粒物污染的研究受到了越來(lái)越多的關(guān)注。研究表明，顆粒物污染程度與相對(duì)濕度、風(fēng)速等氣象條件密切相關(guān)[4～6]。然而在諸多研究中，其環(huán)境因素影響與顆粒物濃度的關(guān)系說(shuō)法不一，沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，這種不一致的認(rèn)識(shí)與研究人員所在地域和研究模式局限有關(guān)?？梢?jiàn)，全面分析顆粒物污染與環(huán)境條件影響相關(guān)性至關(guān)重要。

2顆粒物污染與環(huán)境條件因素的相關(guān)性分析

2.1顆粒物污染與風(fēng)速的相關(guān)性分析

風(fēng)速是影響顆粒物稀釋擴(kuò)散的至關(guān)重要的因子。一般而言，風(fēng)速大，大氣污染物容易被稀釋擴(kuò)散，顆粒物濃度低，大氣環(huán)境質(zhì)量較好； 風(fēng)速小，容易造成顆粒物堆積，從而使顆粒物濃度增加，造成重污染天氣[7，8]。但是，不同地域風(fēng)速對(duì)顆粒物的影響是不同的，沙塵的西北地區(qū)和非沙塵城市就不同，根據(jù)陳斌和慕彩蕓對(duì)北方城市研究報(bào)道，西北地區(qū)城市風(fēng)速與顆粒物濃度成拋物線關(guān)系[9，10]。一般在風(fēng)速2 m/s左右以下時(shí)，風(fēng)速越大，顆粒物濃度越小，當(dāng)風(fēng)速大于2m/s時(shí)，風(fēng)速越大，顆粒物濃度越大。主要由于風(fēng)速越大越容易引起沙塵暴天氣，從而導(dǎo)致顆粒物污染加重[11]。非沙塵城市，風(fēng)速越大，顆粒物越容易擴(kuò)散，但是高風(fēng)速也容易引起二次揚(yáng)塵污染?？梢?jiàn)，平均風(fēng)速小， 顆粒物不易擴(kuò)散；但是風(fēng)速過(guò)大， 地面起塵也會(huì)使顆粒物污染嚴(yán)重。只有在相對(duì)適宜的風(fēng)速范圍內(nèi)， 顆粒物既能很好地得以擴(kuò)散， 又能達(dá)到空氣質(zhì)量最好[12]。因此，風(fēng)速根據(jù)不同地域在特定閾值范圍內(nèi)與顆粒物濃度呈正或負(fù)的關(guān)系[13]。

2.2顆粒物污染與相對(duì)濕度的相關(guān)性分析

空氣的濕度是指空氣中水汽含量的多少，一般而言，在濕度較低時(shí)，出現(xiàn)顆粒物污染天氣的可能性較大。其原因是在濕度較低的情況下，城市中的土塵和建筑沙塵等極易被風(fēng)帶起，容易出現(xiàn)高污染天氣[14]。當(dāng)濕度大時(shí)，出現(xiàn)顆粒物污染天氣幾率變小，高濕度使空氣中的微小顆粒就不會(huì)懸浮在空氣中，產(chǎn)生濕沉降，使顆粒物濃度減小[15]。但是當(dāng)相對(duì)濕度非常高但無(wú)明顯降水時(shí)，顆粒物容易積聚，原因是這種高濕度情形通常出現(xiàn)在大氣穩(wěn)定性較強(qiáng)的天氣條件下，風(fēng)速較低，污染物不易擴(kuò)散，可吸入顆粒濃度較高[16]。

2.3顆粒物污染與溫度的相關(guān)性分析

在關(guān)于氣象要素和大氣顆粒物污染物關(guān)系的研究中，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為氣溫越高，大氣層不穩(wěn)定，濃度會(huì)越低；氣溫越低，濃度會(huì)越高[17～20]。理論上來(lái)說(shuō)，氣溫越高，上下層空氣產(chǎn)生對(duì)流交換，有利于顆粒物污染物的稀釋擴(kuò)散。而氣溫降低，則氣層相對(duì)穩(wěn)定，不利于顆粒物污染物的稀釋擴(kuò)散，濃度與氣溫在相關(guān)系數(shù)上呈負(fù)相關(guān)?？墒鞘聦?shí)上，從不同季節(jié)濃度與氣溫關(guān)系可以得出氣溫與濃度之間的關(guān)系并非是簡(jiǎn)單的線性相關(guān)，而是存在著復(fù)雜的關(guān)系。不同的地域和時(shí)節(jié)，受其它氣候條件以及地形地貌的影響，溫度與濃度曲線會(huì)出現(xiàn)多個(gè)拐點(diǎn)，這個(gè)拐點(diǎn)稱之為氣溫閾值，在氣溫閾值兩側(cè)的濃度值隨氣溫的變化是相反的，并且在不同的季節(jié)和不同的城市，氣溫閾值是不一樣的。氣溫與濃度呈“∧”、“N”、“W”等多種關(guān)系[9]。所以顆粒物濃度與溫度的關(guān)系是復(fù)雜多變的。

2.4顆粒物污染與氣壓相關(guān)性分析

氣壓的高低與大氣環(huán)流形勢(shì)密切相關(guān)，當(dāng)?shù)孛媸艿蛪嚎刂茣r(shí)， 四周高壓氣團(tuán)流向中心， 中心形成上升氣流； 地面受高壓控制時(shí)， 中心部位出現(xiàn)下沉氣流， 阻止污染物向上擴(kuò)散， 在穩(wěn)定高壓的控制下，大氣污染加重，顆粒物濃度較大[21，22]。夏季主要受熱帶低壓影響，風(fēng)速大，有利于污染物擴(kuò)散； 冬季主要受高壓系統(tǒng)控制，容易造成顆粒物污染的本地積聚，使其濃度升高[10]。

2.5顆粒物污染與降雨降雪的相關(guān)性分析

降雨和降雪對(duì)顆粒物的清除具有非常明顯的效果。當(dāng)有降雨和降雪出現(xiàn)時(shí)， 顆粒物濃度顯著降低[9，23]?？傮w而言，由于降雨頻率大于降雪頻率，降雨對(duì)顆粒物的清除貢獻(xiàn)大于降雪。然而不同形態(tài)的降水形式對(duì)顆粒物清除能力不同，降雪對(duì)顆粒物清除率比降雨高。

2.6顆粒物污染與季節(jié)相關(guān)性分析

多數(shù)情況下，顆粒物濃度：冬季>春季> 秋季>夏季。在冬季冷的高壓控制下， 相對(duì)濕度較大、風(fēng)速較小等不利于顆粒物擴(kuò)散的氣象條件出現(xiàn)時(shí)，容易造成顆粒物濃度的積累，形成灰霾天氣，北方城市尤其明顯。而夏季當(dāng)氣溫較高、風(fēng)速較大（未達(dá)到揚(yáng)沙的程度）時(shí)，多為不穩(wěn)定的大氣狀況， 有利于污染物的擴(kuò)散[24]。北方城市冬季為采暖期，顆粒物排放量增大，且靜穩(wěn)天氣較多，不利于污染物擴(kuò)散，因此顆粒物濃度較高；夏季燃煤減少，顆粒物排放量減少，加之氣溫高大氣層結(jié)不穩(wěn)定，且降水較多，對(duì)污染物清洗作用較強(qiáng)，因此夏季空氣質(zhì)量最好[25]。

2.7顆粒物污染與其它環(huán)境因素相關(guān)性分析

顆粒物污染程度除與氣象因素有關(guān)外，還與日照和能見(jiàn)度有一定的關(guān)系。夏季在日照時(shí)數(shù)很短的天氣中，近地面溫度升高幅度較小，有利于大氣擴(kuò)散的混合層較薄，不利于污染物的擴(kuò)散。反之，日照時(shí)數(shù)越長(zhǎng)，地表增溫越明顯，有利形成不穩(wěn)定大氣層結(jié)，大氣混合層較厚，易于污染物擴(kuò)散[14]。能見(jiàn)度與顆粒物濃度關(guān)系相輔相成。能見(jiàn)度一定程度說(shuō)明大氣穩(wěn)定狀況，氣層穩(wěn)定時(shí)，水汽、雜質(zhì)、污染物多分布在低層大氣，使能見(jiàn)度變低，顆粒物濃度也升高。而當(dāng)氣層不穩(wěn)定時(shí)，由于對(duì)流或亂流作用，將污染物等帶至高層，使近地面能見(jiàn)度好轉(zhuǎn)，顆粒物濃度也隨之降低 [14，26]。

3結(jié)論

顆粒物濃度與各環(huán)境因素影響在不同季節(jié)和地域中呈不同相關(guān)性，并不是簡(jiǎn)單線性關(guān)系，而是在一定的閾值范圍內(nèi)呈正或負(fù)的關(guān)系。在研究顆粒物污染影響因素時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦蔚孛惨约熬C合各種氣候條件分不同的時(shí)節(jié)去判斷環(huán)境因素的影響。

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