長順縣空氣質(zhì)量及氣象要素對主要大氣污染物的影響

陳 楊

(貴州省長順縣氣象局,貴州 長順 558550)

0 引言

除了污染源排放，氣象要素也是影響大氣環(huán)境的又一重要因素[10]；氣象因子對大氣污染的形成、擴(kuò)散、輸送、轉(zhuǎn)化及沉降等過程均有顯著影響[11-12]。如降雨量達(dá)一定程度會對大氣中的PM2.5、PM10和SO2都有明顯的清除效果[13]。

長順縣地處貴州省黔南布依族苗族自治州西部，亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，雨熱同季，夏無酷暑，冬無嚴(yán)寒，空氣質(zhì)量好，是避暑休閑的旅游勝地。為保護(hù)好當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境，長順縣政府號召各相關(guān)部門強(qiáng)化空氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)報(bào)能力，提高污染天氣預(yù)判和應(yīng)對處置能力。該文分析了長順縣空氣質(zhì)量狀況，探究了氣象要素與大氣主要污染物的關(guān)系，建立了大氣主要污染物與氣象要素間的逐步回歸方程組模型，為了解長順縣空氣質(zhì)量狀況，用氣象要素來分析長順縣的空氣質(zhì)量提供有力的理論依據(jù)，在平衡好經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系、堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展上具有一定意義。

1 數(shù)據(jù)及方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

長順縣2016年之前的空氣質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)為API(監(jiān)測項(xiàng)目：PM10、SO2、NO2)，2016年后改為AQI(Air Quality Index)，新增監(jiān)測項(xiàng)目PM2.5、CO、O3。該文對長順縣環(huán)境空氣自動監(jiān)測站2016年1月—2018年7月共868個逐日AQI及6個監(jiān)測項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。

該文氣象要素來源于長順縣氣象局，主要為2016年1月—2018年7月逐日平均氣溫、日相對濕度、日累計(jì)降水量(08時—08時)、日平均風(fēng)速4種數(shù)據(jù)各868個。

1.2 分析方法

用Excel分析監(jiān)測期間的日AQI及6個監(jiān)測項(xiàng)目(PM10、SO2、NO2、PM2.5、CO、O3)的分布情況及變化特征；將之分別與該日的氣象要素(平均氣溫、相對濕度、累計(jì)降水量、平均風(fēng)速)一一對應(yīng)，探究各氣象要素與AQI各監(jiān)測項(xiàng)目的關(guān)系。用SPSS軟件對3種主要大氣污染物日含量與日氣象要素進(jìn)行逐步回歸分析，建立逐步回歸方程組，初始參數(shù)設(shè)為：將F≤0.05的顯著性水平值選入回歸方程組模型，剔除F≥0.05的顯著性水平；用此模型預(yù)測長順2018年8月的首要大氣污染物(IAQI)。

2 結(jié)果與討論

2.1 監(jiān)測期間空氣質(zhì)量狀況

監(jiān)測期間長順縣空氣質(zhì)量等級的占比分布情況(不同等級的空氣質(zhì)量出現(xiàn)天數(shù)與監(jiān)測總天數(shù)的比值)。其中，空氣質(zhì)量為Ⅰ級的占比為52.9%，Ⅱ級占比44.8%，Ⅲ級為2.3%,Ⅳ級、Ⅴ級、Ⅵ級占比均為0.0%，空氣質(zhì)量優(yōu)良日(Ⅰ級與Ⅱ級日數(shù)之和)共848 d，空氣質(zhì)量優(yōu)良率(Ⅰ級與Ⅱ級占比之和)達(dá)97.7%?？梢?，長順縣的空氣質(zhì)量良好。

監(jiān)測期間AQI平均值為51.9，IAQI所占頻率(IAQI出現(xiàn)天數(shù)與其對應(yīng)AQI>50的天數(shù)之比)見表1。其中，PM2.5占比最高，對大氣污染的貢獻(xiàn)最大[14]。O3作為光化學(xué)煙霧中最主要大氣污染物之一，近年來其含量增加，對人類生活及生存環(huán)境產(chǎn)生重要影響[15]，本研究中O3的出現(xiàn)頻率僅次于PM2.5且二者相差不大，應(yīng)引起重視。表1表明現(xiàn)階段影響長順縣空氣質(zhì)量的主要大氣污染物為PM2.5、PM10和新型污染物O3，這與我國其他城市首要污染物的頻率分布大概一致[16-18]。其余污染物對長順縣空氣質(zhì)量影響極小，后文不做分析。

表1 長順縣污染物情況統(tǒng)計(jì)表Tab.1 The statistics table of the pollutants in Changshun

2.2 氣象要素與大氣污染物的關(guān)系

2.2.1 主要大氣污染物與氣象要素的相關(guān)性 分別計(jì)算長順縣大氣中PM2.5、O3、PM10日含量與對應(yīng)日的4個氣象要素的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表2。

表2 長順縣主要大氣污染物與氣象要素的相關(guān)系數(shù)Tab.2 Correlation coefficient between main air pollutants and meteorological elements in Changshun County

“**”表示通過0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，“*”表示通過0.1的顯著性水平檢驗(yàn))

4個氣象因子與長順縣PM2.5的日含量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中日平均氣溫、日相對濕度對其影響最大?？梢姡邷?、高濕、降水、大風(fēng)天氣對長順縣大氣PM2.5的減少有利。

日平均氣溫、日平均風(fēng)速與長順縣大氣O3呈正相關(guān)關(guān)系，日相對濕度、日累計(jì)降水量與長順縣大氣O3呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，對O3影響最大的兩要素也是日平均氣溫、日相對濕度?？梢姡蜏?、高濕、無風(fēng)、降水天氣有利于降低長順縣大氣O3的含量。

4個氣象因子與長順縣的日PM10含量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，對其影響最大的仍是日平均氣溫、日相對濕度?？梢姡cPM2.5一致，高溫、高濕、降水、大風(fēng)天氣對長順縣大氣PM10的減少有利。

2.2.2 逐步回歸方程的建立 將日平均氣溫、日累計(jì)降水量、日相對濕度、日平均風(fēng)速這4個氣象因子分別與3種大氣首要污染物的日監(jiān)測值進(jìn)行逐步回歸分析。監(jiān)測期間日累計(jì)降水量<10 mm的天數(shù)占比為89.5%，平均日平均風(fēng)速為1.2 m/s，可見這兩個氣象因子對降低大氣污染物的貢獻(xiàn)甚小。SPSS自動剔除掉不顯著的氣象因子日累計(jì)降水量、日平均風(fēng)速后建立逐步回歸方程組:

y1=84.099-0.865x1-0.541x2+ε1

y2=166.091+1.367x1-1.471x2+ε2

y3=140.356-0.708x1-1.082x2+ε3

(x1:日平均氣溫(℃)，x2:日相對濕度，y1:日PM2.5預(yù)測值，y2:日O3預(yù)測值，y3:日PM10預(yù)測值)

以上方程組，經(jīng)T檢驗(yàn)，偏回歸系數(shù)b1和b2的概率均為0.000，當(dāng)顯著性水平為0.05時，均具顯著性；方程復(fù)相關(guān)系數(shù)分別為0.540、0.584、0.482；模型的概率均為0.000，給定顯著性水平為0.05，可以認(rèn)為日PM2.5、O3、PM10的預(yù)測值分別與日平均氣溫和日相對濕度的相關(guān)性顯著。

用該模型方程組對長順2018年8月的IAQI進(jìn)行試預(yù)測，預(yù)測準(zhǔn)確率為71.4%?？梢哉J(rèn)為，在大氣污染為當(dāng)前較為平穩(wěn)的狀態(tài)下，用該方程組模型預(yù)測長順縣首要大氣污染物的準(zhǔn)確率較好。

3 結(jié)論

①長順縣空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)為848 d，優(yōu)良率達(dá)97.7%，空氣質(zhì)量較好。大氣主要污染物為PM2.5、O3、PM10。

②長順縣大氣主要污染物PM2.5、O3、PM10與氣象要素的相關(guān)性不盡相同：PM2.5、PM10與4個氣象要素均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；O3與日平均氣溫、日平均風(fēng)速呈正相關(guān)關(guān)系，與日相對濕度、日累計(jì)降水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此降低大氣中PM2.5、O3、PM10所需天氣條件也不盡相同。對PM2.5、O3、PM10影響最大的兩個氣象因子均為日平均溫度和日相對濕度。

③經(jīng)剔除不顯著的氣象因子日累計(jì)降水量、日平均風(fēng)速后，得到的大氣主要污染物與氣象要素的逐步回歸方程組顯著，用得到的回歸方程組模型預(yù)測長順縣首要大氣污染的準(zhǔn)確率較好，但大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)較少，還需補(bǔ)充完善。