侯馬市空氣污染物跟氣象要素之間關(guān)系的分析

白金鳳 王建敏 王星星 武峰梅 白麗芹

摘要：空氣污染給經(jīng)濟建設和人類健康造成影響極大?？刂莆廴臼且粋€特別重要的問題。分析空氣污染物與氣象因素的關(guān)系，將為今后的工作和科學研究奠定良好的基礎。

關(guān)鍵詞：侯馬市;空氣污染物;氣象要素;關(guān)系分析

中圖分類號：X16 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）10-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.076

Abstract： Air pollution has a great impact on economic construction and human health. Controlling pollution is a particularly important issue. Analysis of the relationship between air pollutants and meteorological factors will lay a good foundation for future work and scientific research.

Key words： Houma City; Air pollutants; Meteorological elements; Relationship analysis

本文利用2017年6月以來各種空氣污染物的監(jiān)測信息數(shù)據(jù)，結(jié)合同期氣象資料，深入分析研究環(huán)境空氣污染。

1 分析方法

目前，空氣質(zhì)量預測方法可分為污染源與氣象場相結(jié)合的數(shù)值模型和統(tǒng)計方法[1]。前者普遍運用在省級以上部門和有關(guān)科研機構(gòu)，如中國氣象科學院的CAPPS模型和美國環(huán)保局的第三代空氣質(zhì)量模型-3/CMAQ。數(shù)值模型可以更好地反映其背后的物理機制，但操作相對復雜，需要較高的計算機硬件和軟件配置。所以，基于歷史信息數(shù)據(jù)分析的統(tǒng)計方法也非常流行。金申等人用多元回歸方法模擬了佛山市順德區(qū)空氣污染物的濃度水平和變化趨勢。許陽等建立的大氣污染物濃度統(tǒng)計預測模型對武漢市大氣污染物濃度的預測準確率為78.1%。廈門建立的臭氧預測和評價系統(tǒng)，預測效果好。研究空氣污染物與氣象因素的關(guān)系，探討基于氣象因素的空氣質(zhì)量預測方法，對大氣環(huán)境評價和污染控制具有重要的參考意義。

2 材料分析

信息數(shù)據(jù)為侯馬市環(huán)境監(jiān)測中心站2017年6月到2018年12月監(jiān)測的三種主要空氣污染物的日平均濃度：可吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮和氣象因素，包含風向、相對濕度和太陽總輻射。在同一時期，利用有關(guān)分析，建立了三種主要空氣污染物與氣象要素的關(guān)系。分析了三種污染物與02時、08時、14時和20時四個風向的關(guān)系和11月至次年3月和6月至9月二氧化氮與太陽總輻射的關(guān)系。

3 結(jié)果分析

3.1 風和污染物的濃度

了解風的變化規(guī)律，做出準確預報，對大氣污染天氣預報具有重要意義[2]。研究表明，冬季和春季冷空氣活動相對頻繁，由于高空向下的動量傳遞，地面經(jīng)常刮風或風速增加。結(jié)果，侯馬市的冬春季節(jié)出現(xiàn)了大風，使風向向北移動。在夏季與秋季，風速相對較小，再加上地形的加熱，風的日變化是明顯的。針對2017-2018年不同時期風向、風速信息數(shù)據(jù)分析：從晚上到早上（08：00）的風向主要是東風，中午14：00的是西風與西南風，20：00時的東風和西風的發(fā)生頻率大致相同。風速決定污染物的擴散和稀釋速度。夏季西南風或東風帶來新鮮的空氣，濕度相對比較大，使空氣污染的沉淀加快;冬天的風帶來的空氣又臟又干。所以，夏季的空氣污染水平比冬季低得多;春秋季風向為變化的季節(jié)，空氣污染指數(shù)較低;秋天的西南風轉(zhuǎn)向西北風，污染指數(shù)隨之升高。

3.2 風向和污染物濃度值

為了探索和確定侯馬市的空氣污染是否來自當?shù)?，研究一天中不同時間的日污染濃度和風向是特別重要的。分析發(fā)現(xiàn)在夜間02時的PM10的日平均濃度只有在西南風出現(xiàn)時才達到最高值，而其他風向的濃度值變化不大。針對一天四次不同風向的風速信息數(shù)據(jù)，西南風夜間02時的風速較大，平均風速達到2.5m/s。灰塵利用風力作用擴散到大氣中，使PM10濃度增加。清晨（08：00），污染物濃度隨風向略有波動。但針對風向，信息數(shù)據(jù)顯示180-225風向沒有污染物。

3.3 風速和污染物濃度

從2017-2018年日平均空氣污染物濃度值與一天當中不同時間的風速的關(guān)系能夠看出二氧化硫和二氧化氮的變化趨勢極其相近，其濃度值隨著風速的增加而減小。因為，風速能夠使NO2和SO2等混合并消散，所以當風速較大的時候，它們的濃度會減弱?？墒?，PM10濃度伴隨著風的加速而增加。這是因為當天氣多風時，風會把地表的小顆粒吹到大氣中，導致空氣中PM10濃度增加。

3.4 降水、能見度和污染濃度值

降水能有效吸收和濾除空氣中的污染物，降低空氣中污染的濃度。較大的雨和雪能夠有效去除空氣污染物中的灰塵顆粒。NO2和SO2的日平均濃度分析顯示，當降水量較高時，PM10濃度隨降水量的增加而降低，SO2和NO2濃度隨沉淀速率變化不大。這種現(xiàn)象主要是由于它們的氧化反應。當空氣濕度高時，SO2和NO2跟H2O迅速反應形成H2SO4和HNO 3[3]。此外，SO2和NO2濃度在雨天會有所下降，這可能跟侯馬市約70%的降水發(fā)生在夏季有關(guān)，夏季是溫度高、輻射能強的季節(jié)，最有利于氣體的氧化反應。文獻表明PM10濃度和能見度之間存在負相關(guān)。然而，侯馬市的兩個參數(shù)之間存在正相關(guān)。

3.5 太陽輻射和污染物濃度

污染物的濃度隨季節(jié)而變化。在旱季（冬季）較弱，這跟輻射強度和太陽高度角密切相關(guān)[4]。較高的水蒸氣含量和強烈的太陽輻射會使NO2的濃度減小，而強臭氧濃度也會產(chǎn)生NO2。NO2的日濃度隨日總太陽輻射變化如下：在濕（夏季）季節(jié)，NO2的濃度通常較低，主要是由于大氣中氮氧化物在較高溫度下的化學轉(zhuǎn)化很快。促進NO2的分解是污染物隨季節(jié)變化的重要原因之一。旱季（冬季），NO2濃度比雨季高，污染物濃度隨太陽總輻射增加而減小。這種現(xiàn)象是由于在晝短夜長的冬季，夜間的輻射冷卻時間較長，而且經(jīng)常出現(xiàn)低空輻射逆溫，從而加重了空氣污染，造成空氣污染比其他季節(jié)嚴重得多。

（1）數(shù)據(jù)信息表明，溫度和空氣污染物之間的關(guān)系不是線性的。

（2）數(shù)據(jù)信息表明，溫度低時污染稍高。污染跟溫度有關(guān)，污染跟季節(jié)有關(guān)。

（3）PM10濃度隨SO2和NO2的增加而增加。所以，控制SO2和NO2的污染濃度可以減少PM10的污染，意義重大。

（4）PM10的濃度因季節(jié)而異。冬天最嚴重，夏天最好，春天和秋天相似。從詳細數(shù)據(jù)可以看出，在制定綜合治理方案時，應結(jié)合當?shù)貙嶋H情況在不同季節(jié)進行綜合治理，重點加強冬季治理工作，注意冬季嚴重污染問題。

（5）SO2的濃度因季節(jié)而異。數(shù)據(jù)顯示：冬季最嚴重，春季跟夏季相似，秋季濃度最低，可是在秋冬交替的幾日，污染明顯增加。

2007年2月6日開始，世界衛(wèi)生組織（世衛(wèi)組織）發(fā)布了最新的《空氣質(zhì)量指南》，要求各國政府必須改善空氣質(zhì)量，確保人民健康。新的空氣質(zhì)量標準首次覆蓋世界所有地區(qū)，并提供了統(tǒng)一的空氣質(zhì)量標準。這些標準比世界許多地方當下使用的國家標準更加嚴格。在很多城市，可吸入顆粒物的年平均含量大于70μg/m?。世衛(wèi)組織指出，把可吸入顆粒物從每立方米7.0μg減少到2.0μg，每年可把受污染的有關(guān)死亡人數(shù)減少20%。該組織公布的新標準代表了空氣污染影響最廣泛的共識?？諝赓|(zhì)量關(guān)系整個人類健康。伴隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，空氣污染物中氮氧化物和可吸入顆粒對人類健康構(gòu)成巨大威脅。污染短期給人類，特別是兒童造成的危害主要是呼吸系統(tǒng)。

4 結(jié)語

環(huán)境問題近年來一直是社會關(guān)注的焦點。各級政府把空氣污染防治提高到戰(zhàn)略水平。大量研究表明，空氣質(zhì)量跟氣象原因存在密切關(guān)系。風向和濕度等氣象因素直接或間接關(guān)系空氣污染物的擴散。研究空氣污染物跟氣象因素的關(guān)系，并基于上述關(guān)系建立空氣質(zhì)量預測方法，對于政府部門應對大氣污染綜合防治突發(fā)性和長期性重污染天氣具有重要的決策參考意義。

參考文獻

[1]張偉，王金南，蔣洪強等.《大氣污染防治行動計劃》實施對經(jīng)濟與環(huán)境的潛在影響[J].環(huán)境科學研究，2015，28（1）：1-7.

[2]項佳娥，徐麗華，張方方等.杭州城區(qū) PM2.5 和 PM10 污染特征及其影響因子分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2016（6）：36-42.

收稿日期：2019-09-10

作者簡介：白金鳳（1971-），女，漢族，本科學歷，高級工程師，研究方向為綜合氣象業(yè)務。