韶關(guān)市PM2.5的時(shí)空分布及其與氣象因子的關(guān)系

梁海發(fā)，羅瑩華，馮海晴，朱迪迪，陳麗珍，韋博淇

（韶關(guān)學(xué)院 旅游與地理學(xué)院，廣東 韶關(guān)512005）

在我國(guó)綠色生態(tài)文明的建設(shè)進(jìn)程中，空氣顆粒物污染問(wèn)題是制約城市生態(tài)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素.PM2.5作為一個(gè)檢驗(yàn)城市空氣質(zhì)量的參考指標(biāo)，能夠在一定程度上反應(yīng)一個(gè)地區(qū)的空氣顆粒物污染狀況.許多學(xué)者針對(duì)PM2.5進(jìn)行了大量的研究.從研究領(lǐng)域來(lái)看，國(guó)內(nèi)針對(duì)PM2.5污染研究主要聚集在華北地區(qū)的京津冀［1-3］、長(zhǎng)江三角洲［4］和沿海城市［5］等經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高的區(qū)域.目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì) PM2.5 的濃度水平與來(lái)源［6］、化學(xué)成分［7］、時(shí)空分布［8-12］、影響因素［13-14］和氣象條件［15-16］等方面都開(kāi)展了大量系統(tǒng)的研究，為認(rèn)識(shí)PM2.5污染提供了科學(xué)的認(rèn)知.此前，對(duì)韶關(guān)市PM2.5的研究集中在分析不同粒徑顆粒物的相關(guān)性方面［17］，缺乏氣象因子對(duì)韶關(guān)市PM2.5時(shí)空演變影響的研究.

已有研究表明，掌握當(dāng)?shù)貧庀髼l件和其對(duì)大氣污染的影響，才能整體開(kāi)展防治PM2.5污染的工作［18］.因此，本研究基于韶關(guān)市區(qū)2017年5個(gè)大氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM2.5濃度數(shù)據(jù)，了解韶關(guān)市整體PM2.5濃度的時(shí)間和空間分布差異情況，掌握氣象因子對(duì)PM2.5的作用關(guān)系，以期為韶關(guān)市環(huán)保部門(mén)制定相關(guān)治理PM2.5污染的法規(guī)提供參考.

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

本研究數(shù)據(jù)來(lái)源于韶關(guān)市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心.韶關(guān)市設(shè)有5個(gè)國(guó)家級(jí)的空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)，即曲江監(jiān)測(cè)站、園林處監(jiān)測(cè)站、市八中學(xué)監(jiān)測(cè)站、碧湖山莊監(jiān)測(cè)站和韶關(guān)學(xué)院監(jiān)測(cè)站.本研究的韶關(guān)市2017年P(guān)M2.5的小時(shí)濃度數(shù)據(jù)由上述5個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)提供，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析，求出PM2.5的日、月、季和年平均濃度.

1.2 研究方法

本研究收集了韶關(guān)市各監(jiān)測(cè)點(diǎn)24小時(shí)的PM2.5濃度和氣象參數(shù)的小時(shí)平均值，利用SPSS 24軟件首先對(duì)各組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行K-S（Kolmogorov-Smirnov）統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，結(jié)果顯示各組數(shù)據(jù)都不符合正態(tài)分布，因此采用Spearman非參數(shù)分析方法，得出PM2.5與各氣象因子的相關(guān)系數(shù).數(shù)據(jù)分析采用 SPSS 24．0軟件，繪制圖表采用Excel 2010軟件.

2 結(jié)果與分析

2.1 PM2.5濃度概況

韶關(guān)市每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5的年平均濃度分別為:市八中學(xué)38.89μg/m3、碧湖山莊37.96μg/m3、園林處36.70μg/m3、韶關(guān)學(xué)院35.55μg/m3和曲江監(jiān)測(cè)站42.99μg/m3，其中，韶關(guān)市PM2.5年平均值為38.41μg/m3.我國(guó)頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095─2012）［19］法規(guī)中空氣質(zhì)量分類(lèi)等級(jí)規(guī)定，PM2.5的標(biāo)準(zhǔn)年平均濃度值為35μg/m3.由此可見(jiàn)，韶關(guān)市全年的PM2.5濃度都處于較高水平，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限定濃度的9.74%，而PM2.5濃度最高的曲江監(jiān)測(cè)站，其濃度超出標(biāo)準(zhǔn)值的22.83%.因此，韶關(guān)市整體的空氣質(zhì)量仍需進(jìn)一步改善.

2.2 PM2.5時(shí)間分布特征

2.2.1 PM2.5濃度季變化規(guī)律

按照氣象學(xué)標(biāo)準(zhǔn)劃分四季，2017年韶關(guān)市四季PM2.5的濃度數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1.從圖1可以看出，韶關(guān)市PM2.5濃度和每個(gè)監(jiān)測(cè)站的 PM2.5濃度的變化一致.其中，韶關(guān)市冬季的PM2.5濃度為51.45μg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它三個(gè)季節(jié)，夏季PM2.5濃度最低，為27.31μg/m3，而春季為36.01μg/m3、秋季為38.89μg/m3，兩個(gè)濃度值相差不大，處于夏季和冬季之間.

圖1 每個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和韶關(guān)市的PM2.5季節(jié)濃度均值

韶關(guān)市四季中PM2.5濃度變化規(guī)律為冬季濃度最高，春季和秋季的濃度居中，夏季濃度最低.韶關(guān)產(chǎn)生這種規(guī)律的季節(jié)變化的原因?yàn)椋荷仃P(guān)市冬季受到蒙古-西伯利亞高壓控制的影響，氣流往地面下沉，導(dǎo)致居民日常生活和工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中排放的PM2.5污染物大量積累，另外由于降水減少和太陽(yáng)照射強(qiáng)度減弱等條件不利于PM2.5的擴(kuò)散流動(dòng)，所以冬季濃度高.而春季經(jīng)連綿不斷的雨水沖刷和秋季風(fēng)力條件較好，因而春秋兩季的PM2.5污染程度相對(duì)較輕.夏季華南地區(qū)受到亞熱帶季風(fēng)的作用，韶關(guān)市常出現(xiàn)降雨大風(fēng)的天氣，可以使PM2.5發(fā)生吸附沉降和水平擴(kuò)散作用，加上夏季地面強(qiáng)烈暴露在陽(yáng)光下，近地表水分蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，垂直抬升到空氣的水汽增多，因而降低了PM2.5的濃度.

2.2.2 PM2.5濃度月變化規(guī)律

韶關(guān)市PM2.5濃度月變化規(guī)律如圖2所示，各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和韶關(guān)市PM2.5月均濃度的高低變化走向基本相同，PM2.5月濃度以1月和12月的濃度高，而中間6月至8月濃度低，整體上呈現(xiàn)“V”字型的規(guī)律.

圖2 各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和韶關(guān)市的PM2.5月均濃度變化曲線

2.2.3 PM2.5濃度日變化規(guī)律

通過(guò)求算每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5日平均濃度的方式，得出韶關(guān)市2017年P(guān)M2.5每日濃度變化情況（見(jiàn)圖3）.韶關(guān)市PM2.5每日濃度分布呈現(xiàn)出連續(xù)性的脈沖狀變化規(guī)律.在冬季、春季和秋季PM2.5濃度變化幅度較大，出現(xiàn)峰值和低谷的次數(shù)頻繁，有尖峰和深谷的特征，而夏季變化幅度較小，表現(xiàn)出不明顯的峰谷特征.整體上來(lái)看，春季和冬季的波動(dòng)周期大約為一周，而夏季和秋季則以15天為一個(gè)波動(dòng)周期.另外，PM2.5日平均值濃度范圍是 6.99～145.84μg/m3.最高日平均濃度出現(xiàn)在2017年1月28日，其濃度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值（75μg/m3）的94.45%，當(dāng)日正值春節(jié)，燃放煙花爆竹所產(chǎn)生的煙霧導(dǎo)致空氣中PM2.5濃度升高，污染加重.

圖3 韶關(guān)市PM2.5每日濃度變化圖

韶關(guān)市PM2.5的24時(shí)濃度變化規(guī)律大致為雙尖峰單深谷的結(jié)構(gòu)特征如圖4所示，早上8時(shí)到9時(shí)出現(xiàn)一個(gè)不太明顯的峰值，第二個(gè)峰值出現(xiàn)在夜間的19時(shí)到21時(shí)，而下午的14時(shí)至16時(shí)出現(xiàn)坡谷.產(chǎn)生這種結(jié)構(gòu)特征的原因可能是：人們?cè)缟霞谐塑?chē)、開(kāi)車(chē)上班出行，汽車(chē)的尾氣排放增多，PM2.5濃度緩慢升高，因此會(huì)出現(xiàn)峰值.隨后，空氣流動(dòng)作用增強(qiáng)，PM2.5濃度在下午的15時(shí)左右回落到最低值.傍晚，下班交通量增大以及生活油煙增多，使得PM2.5濃度在夜晚20時(shí)達(dá)到一天當(dāng)中的最高峰.從總體上來(lái)看，白天的PM2.5濃度值低于夜晚的PM2.5濃度值.這是由于早上開(kāi)始地面受陽(yáng)光照射作用后升溫，水蒸氣增多稀釋PM2.5，因而白天的PM2.5濃度相對(duì)較低；而夜晚溫度降低，大氣由于云層的逆輻射起保溫作用，不利于PM2.5擴(kuò)散，所以夜晚的PM2.5濃度處于較高水平.

圖4 韶關(guān)市PM2.5的24時(shí)濃度變化圖

2.3 PM2.5空間分布特征

韶關(guān)市PM2.5濃度在同一季節(jié)中的每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布都不同，如圖5所示.從季節(jié)來(lái)看，曲江監(jiān)測(cè)站的PM2.5濃度在冬季、春季和夏季的分布最高，韶關(guān)學(xué)院監(jiān)測(cè)站PM2.5濃度最低；而秋季的PM2.5濃度最高值出現(xiàn)在碧湖山莊、PM2.5濃度最低出現(xiàn)在園林處.從全年來(lái)看，年平均PM2.5濃度從低到高分別是韶關(guān)學(xué)院、園林處、碧湖山莊、市八中學(xué)和曲江監(jiān)測(cè)站.在5個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)中，市八中學(xué)和曲江監(jiān)測(cè)站的PM2.5年均濃度值明顯大于韶關(guān)市年平均值.這兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近分布著韶關(guān)冶煉和韶關(guān)鋼鐵兩類(lèi)重工業(yè)，生產(chǎn)過(guò)程中排放的污染物較多，導(dǎo)致PM2.5污染較為嚴(yán)重.而碧湖山莊、園林處、韶關(guān)學(xué)院這3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)附件多分布著商業(yè)區(qū)和生活住宅區(qū)，人口集中且植被覆蓋面較廣，因而PM2.5污染輕微.

圖5 PM2.5在不同季節(jié)和全年的空間分布特征圖

2.4 韶關(guān)市PM2.5與氣象因子的相關(guān)性

本研究采用SPSS 24.0軟件分析了2017年韶關(guān)市PM2.5的季平均濃度、年平均濃度與氣象因子的相關(guān)性，系數(shù)結(jié)果如表1所示；而計(jì)算PM2.5年平均濃度與每個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的溫度、濕度和風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)如表2所示.

表1 韶關(guān)市PM2.5季平均濃度、年平均濃度與氣象因子的相關(guān)系數(shù)

表2 每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5的年平均濃度與氣象因子的相關(guān)系數(shù)

2.4.1 PM2.5與溫度的關(guān)系

從全年看，韶關(guān)市PM2.5濃度和溫度的相關(guān)系數(shù)為－0.705，表現(xiàn)為顯著負(fù)相關(guān).但春季和夏季的PM2.5濃度卻和溫度呈正相關(guān)作用，可能是因?yàn)榇合募娟?yáng)光充足，地面溫度升高會(huì)增強(qiáng)空氣中PM2.5的作用活性.由此表明，不同季節(jié)的溫度對(duì)PM2.5濃度會(huì)產(chǎn)生不同的影響.5個(gè)監(jiān)測(cè)站的PM2.5濃度與溫度都呈負(fù)相關(guān)，尤其以市八中學(xué)和曲江監(jiān)測(cè)站的相關(guān)系數(shù)最高，分別為0.807和0.804.

PM2.5濃度變化整體上隨著溫度的升高而降低，這符合負(fù)相關(guān)作用的機(jī)理.PM2.5濃度變化會(huì)受到多重氣象因子的共同作用，韶關(guān)市春夏季存在有高溫多雨的條件，雖然高溫使PM2.5活性增強(qiáng)，但由于空氣中水汽含量增加使PM2.5得到稀釋作用，所以春夏季的PM2.5濃度不高，而秋冬季溫度低和降水少等不利條件，引起PM2.5污染物的大范圍積累.

2.4.2 PM2.5與濕度的關(guān)系

根據(jù)表1和表2的相關(guān)系數(shù)，韶關(guān)市全年P(guān)M2.5濃度和濕度呈負(fù)相關(guān)，但沒(méi)有通過(guò)0.01和0.05級(jí)別的顯著性，說(shuō)明兩者相關(guān)性不強(qiáng).其中，PM2.5濃度和濕度變化的方向大致相反，表明濕度增大，PM2.5濃度就會(huì)隨之減小.這與韶關(guān)市夏季降水多有關(guān)，雨水的沖刷作用能夠帶走部分污染物，因而PM2.5濃度降低；在冬季，降水少空氣干燥，因而對(duì)PM2.5的擴(kuò)散作用相對(duì)較小，濃度維持在較高水平.

2.4.3 PM2.5與風(fēng)速的關(guān)系

韶關(guān)市PM2．5濃度和風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)，其中對(duì)降低碧湖山莊和園林處的PM2.5濃度作用尤為明顯.韶關(guān)市不同季節(jié)所存在的風(fēng)場(chǎng)不同，夏季風(fēng)向主要為西南和東南風(fēng)向，冬季風(fēng)向主要為東北風(fēng)向.韶關(guān)市全年的風(fēng)速集中為一級(jí)風(fēng)和二級(jí)風(fēng)，且大部分覆蓋在秋季和冬季，風(fēng)速級(jí)別偏小不利于大氣中的PM2.5擴(kuò)散.當(dāng)風(fēng)速為三級(jí)時(shí)，PM2.5濃度在6月處于最低點(diǎn).它表明風(fēng)速越高，PM2.5擴(kuò)散得越快，濃度越低.

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

韶關(guān)市2017年的PM2.5年平均濃度為38.41μg/m3，總體上屬于輕度污染，空氣質(zhì)量仍需進(jìn)一步改善.從時(shí)間尺度分布規(guī)律來(lái)看，韶關(guān)市四季中PM2.5濃度變化規(guī)律為冬季濃度最高，春季和秋季的濃度居中，夏季濃度最低.月濃度以1月和12月的濃度高，而中間6月至8月濃度低，整體上呈現(xiàn)“V”字型的規(guī)律.PM2.5每日濃度分布呈現(xiàn)出連續(xù)性的脈沖狀變化規(guī)律，此外白天的PM2.5濃度值低于夜晚的PM2.5濃度值，表現(xiàn)為雙尖峰單深谷的結(jié)構(gòu)分布特征.在空間分布差異上看，PM2.5濃度的空間分布梯度規(guī)律從高到低排列為，曲江監(jiān)測(cè)站、市八中、碧湖山莊、園林處和韶關(guān)學(xué)院.PM2.5濃度變化會(huì)受多重氣象因子共同作用，結(jié)合韶關(guān)市PM2.5濃度和氣象因子的相關(guān)系數(shù)得出，全年的PM2.5濃度與溫度、濕度和風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.705、-0.38和-0.634，其中溫度和風(fēng)速都通過(guò)0.05級(jí)別顯著性相關(guān)，說(shuō)明溫度和風(fēng)速對(duì)降低PM2.5濃度有著不可或缺的影響.

3.2 建議

根據(jù)韶關(guān)市的PM2.5分布差異，需要制定針對(duì)性強(qiáng)，可操作性好的措施，以改善韶關(guān)的空氣質(zhì)量.在全市各大中小學(xué)等場(chǎng)合普及推廣PM2.5污染的相關(guān)知識(shí)，提高全民對(duì)空氣污染現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)；全面推進(jìn)綠化工程的建設(shè)，積極推動(dòng)旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，排查污染重工業(yè)企業(yè)的廢棄排放并使其得到整改落實(shí).本研究的篇幅僅為1年，且監(jiān)測(cè)站點(diǎn)集中在韶關(guān)市區(qū)附近，監(jiān)測(cè)范圍并未完全覆蓋到其它的偏遠(yuǎn)地區(qū)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)含有不可避免的誤差，對(duì)綜合認(rèn)識(shí)韶關(guān)市大氣PM2.5污染分布規(guī)律有一定的影響.