上海市PM2.5濃度變化特征及其對氣象變化的響應(yīng)研究

孫嘉文+方海羽

摘 要：該文通過統(tǒng)計(jì)2014年1月至2016年12月上海市PM2.5 質(zhì)量濃度的日觀測數(shù)據(jù)，對上海市PM2.5 濃度變化特征及其對氣候變化的響應(yīng)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：（1）PM2.5濃度最高的季節(jié)是冬季、最低的季節(jié)是夏季；（2）PM2.5月均濃度變化，1月份超標(biāo)嚴(yán)重，8月份最低。通過月距平分析，6月至10月距平值為負(fù)，空氣PM2.5月平均濃度達(dá)標(biāo)；（3）PM2.5濃度與最高溫度、最低溫度、降水量、相對濕度均成負(fù)相關(guān)性關(guān)系。

關(guān)鍵詞：PM 2.5；濃度變化；氣象因素；上海市

中圖分類號 X831 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）21-0085-02

Variation Characteristics of PM2.5 Levels and the Influence of Meteorological Conditions in Shanghai

Sun Jiawen et al.

（High School Affiliated to Shanghai Jiao Tong University ，Jiading Campus，Shanghai 201821，China）

Abstract：Data of Particulate matter （PM2.5）in Shanghai city from January 2014 to December 2016 were used to study the Change characteristics and their influencing factors. The effects of temperature，relative humidity and Rainfall were included. The results showed that the seasonal variation of PM2.5 concentration was significant，the highest concentration is winter and the lowest is summer. The monthly average PM2.5 concentration reached the maximum in January，and the minimum in August.Anomalies value is negative from June to October，monthly average concentration reached the class of the national air quality standard. Further analys is related to meteorological elements found that the temperature，relative humidity and rainfall is negatively correlated with PM2.5 concentration.

Key words：PM2.5；The level of concentration；Meteorological conditions；Shanghai

近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，空氣污染成為城市發(fā)展面對的現(xiàn)實(shí)情況，空氣主要污染物主要為可吸入顆粒物，特別是PM2.5（指空氣中微粒的直徑≤2.5μm，這種微?？梢灾苯舆M(jìn)入肺部），不但造成霧霾天氣，還引起嚴(yán)重的健康問題，包括心血管疾病、呼吸道疾病率、肺病以及兒童的哮喘發(fā)病率的增加[1-2]。因此，對PM2.5問題已成為政府及社會(huì)各界關(guān)注的問題。

作為中國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的城市之一的上海，因?yàn)榭諝庵蠵M2.5濃度增加，發(fā)生霧霾天氣次數(shù)增加，這不但對上海交通、城市建設(shè)等社會(huì)發(fā)展造成負(fù)面影響，而且也不利于市民的身體健康。已有相關(guān)學(xué)者對上海市的空氣污染進(jìn)行了相關(guān)研究，并取得了一定的成果。例如：通過對上海工業(yè)污染源的研究，進(jìn)行了PM2.5工業(yè)源譜的測定[3]；對上海市PM2.5的濃度分布、污染物來源及健康風(fēng)險(xiǎn)評估進(jìn)行了研究[4-8]；針對PM2.5持續(xù)重污染過程，采用大氣化學(xué)模式進(jìn)行模擬研究等[9]。相關(guān)學(xué)者的研究，為揭示上海市空氣污染現(xiàn)狀，構(gòu)建空氣污染評價(jià)體系，以及減輕空氣污染造成的市民健康、社會(huì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的負(fù)面影響做出有益的研究。然而，單獨(dú)針對造成霧霾天氣的大氣顆粒物PM2.5濃度的時(shí)間變化特征及與氣象變化對PM2.5濃度影響尚需進(jìn)一步研究。本文主要通過對PM2.5濃度的時(shí)間變化特征分析，并通過與最高溫度、最低溫度、降水、相對濕度進(jìn)行相關(guān)分析，以對上海市PM2.5濃度時(shí)間序列變化特征進(jìn)行研究，為上海市空氣污染控制、減緩提供科學(xué)幫助。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源 PM2.5濃度的監(jiān)測數(shù)據(jù)主要來自中國國家環(huán)境監(jiān)測總站。氣象數(shù)據(jù)來自國家氣象局。本研究的時(shí)間為2014年1月1日至2016年12月31日時(shí)間段內(nèi)政府對大氣環(huán)境中的PM2.5發(fā)布的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)為日數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理 PM2.5收集數(shù)據(jù)即為PM2.5的日均值，再根據(jù)所得的日均值求得月均值，根據(jù)月均值求得季均值。3—5月設(shè)為春季，6—8月設(shè)為夏季，9—10月設(shè)為秋季，12月及次年1至2月為冬季。鑒于我國空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于PM2.5，只設(shè)有日及年標(biāo)準(zhǔn)。為研究需要，本文參考相關(guān)文獻(xiàn)[10]，運(yùn)用公式（1），計(jì)算出月、季標(biāo)準(zhǔn)值。

[C1C2=T2T1a ] （1）

式中：C1為年國家標(biāo)準(zhǔn)，C2為日國家標(biāo)準(zhǔn)，T2為365日；T1設(shè)為1日。將PM2.5的日標(biāo)準(zhǔn)值、年標(biāo)準(zhǔn)值代入（1）式中，計(jì)算出a=-0.131。再分別帶入月、季的天數(shù)，可推出PM2.5月質(zhì)量限值為48.33μg/m3，季節(jié)質(zhì)量限值為41.94μg/m3。endprint

采用了Excel 200對所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析。

2 上海市PM2.5濃度時(shí)間特征分析

2.1 PM2.5濃度季節(jié)變化情況 上海市城區(qū)不同季節(jié)的PM2.5平均濃度和國家標(biāo)準(zhǔn)存在顯著性差異（如圖1所示）。根據(jù)PM2.5濃度四季變化，冬季濃度最高，是季節(jié)標(biāo)準(zhǔn)限值（41.94μg/m3）的1.67倍，達(dá)到了69.98μg/m3，遠(yuǎn)高于春、夏、秋三季。其次是春季，平均濃度是53.84μg/m3，是標(biāo)準(zhǔn)值的1.28倍；夏季和秋季濃度最低，平均濃度分別為40.41μg/m3，38.47μg/m3，是標(biāo)準(zhǔn)值的0.96和0.91倍，達(dá)到空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。從不同年度來看：4個(gè)季節(jié)平均濃度最高的是2015年冬季，其次為2014年冬季，最小為2016年夏季，即76.38μg/m3>66.9μg/m3>32.27μg/m3。年季節(jié)最高值與最低值相差2.37倍。

2.2 PM2.5逐月變化情況 上海市2014—2016年P(guān)M2.5月均濃度變化趨勢如圖2所示。從總體來看PM2.5月均濃度變化在不年份變化存在變異。在2015年變化趨勢呈現(xiàn)U分布，先下降后上升，其中1月平均濃度最高，12月次之，并且1—9月，濃度值呈快速下降趨勢，7—8月，濃度值上下波動(dòng)很小，濃度值較低，10月隨著溫度的降低，濃度開始上升，10—12月出現(xiàn)快速升高的變化趨勢。從全年來看8月的PM2.5月均濃度份最低，低月于標(biāo)準(zhǔn)值48.33μg/m3。相對2015年，2016年月均濃度曲線相對2015年較低，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的月份較2015年多，但是月份之間變化差異較2015年大。2014年月份變化介于2015年、2016年之間。

距平分析是時(shí)間變化的濃度相對于平均濃度偏差的一種分析方法，有正偏差和負(fù)偏差2種。距平值為正值的季節(jié)的濃度高于標(biāo)準(zhǔn)月濃度值，PM2.5表示空氣濃度超標(biāo)；距平值為負(fù)值的濃度就低于標(biāo)準(zhǔn)月濃度值，表示空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)。如圖3中體現(xiàn)的是3年各個(gè)月的距平值。從圖3可以看出，1—5月的距平值正值較多，而且在6—10月距平值為負(fù)，空氣PM2.5月平均濃度達(dá)標(biāo)。

3 上海市PM2.5濃度對氣象變化的響應(yīng)

上海市氣溫四季變化明顯。由圖4可知，根據(jù)2014—2016年上海市月均最高溫度、最低溫度與月PM2.5質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分析得出，空氣中PM2.5濃度隨溫度降低而增加，在冬季達(dá)到全年的濃度高值；6—10月，隨著溫度的增加，而PM2.5濃度減小。二者表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系。

上海頻臨東海，臺(tái)風(fēng)在夏季經(jīng)常出現(xiàn)，因此多風(fēng)多降雨，表現(xiàn)為季風(fēng)性氣候。根據(jù)圖5可知，月PM2.5濃度與月均降雨，同樣表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系。由于空氣中PM2.5主要為微粒，其消除方式主要為濕沉降。在夏季，當(dāng)降雨增加，PM2.5由于濕沉降而濃度減少。因冬季干燥少雨，PM2.5由于濕沉降減少而濃度增加。上海冬季相對濕度低，夏季多風(fēng)多雨水，相對濕度大。如圖6所示，相對濕度與PM2.5表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)性。即空氣中PM2.5濃度隨相對濕度降低而增加，在冬季達(dá)到全年的濃度高值；6—10月，隨著相對濕度的增加，而PM2.5濃度減小。

4 討論與結(jié)論

（1）PM2.5濃度的季節(jié)變化規(guī)律：濃度值從高到低依次是冬季、春季、秋季和夏季，平均濃度分別是：69.98μg/m3、53.84μg/m3、40.41μg/m3和38.47μg/m3。

（2）PM2.5月均濃度變化規(guī)律：2014—2016年P(guān)M2.5月均濃度，其中1月份超標(biāo)嚴(yán)重。8月份最低，平均濃度為32.2μg/m3。通過月距平分析，6—10月距平值為負(fù)，空氣PM2.5月平均濃度達(dá)標(biāo)。

（3）PM2.5濃度對氣象變化的響應(yīng)：PM2.5濃度污染物PM2.5濃度隨氣溫變化顯著，且與溫度呈明顯的負(fù)相關(guān)性。同樣與月平均降水量、相對濕度的關(guān)系，表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)性。原因主要是溫度高空氣對流明顯，有利于PM2.5擴(kuò)散，溫度低，有利于PM2.5的聚集。通過降雨的濕沉降是PM2.5的主要清理方式。

對相對濕度而言，當(dāng)空氣中水分很高，但是達(dá)不到降雨條件時(shí)，會(huì)造成空氣中PM2.5匯集，PM2.5濃度會(huì)隨著空氣中水分增加而濃度加大。雖然氣象條件影響著PM2.5的濃度分布，但是不同氣象條件對PM2.5濃度影響的程度尚不明確，因此，氣象條件對PM2.5影響的定量化研究是下一步研究的重點(diǎn)。

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