包頭市冬春大氣顆粒物污染及其與氣象條件關(guān)系

摘要：大氣污染是影響城市生態(tài)建設(shè)質(zhì)量與居民生活健康的重要因素，大氣中顆粒物的濃度是對(duì)大氣污染進(jìn)行測(cè)評(píng)的標(biāo)準(zhǔn)之一。本文對(duì)包頭市春季、冬季的顆粒物分布特征與濃度變化進(jìn)行調(diào)查，在五個(gè)不同的功能區(qū)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，通過對(duì)PM2.5、PM10數(shù)值變化的分析，利用Spearman秩相關(guān)技術(shù)，對(duì)氣象因子中的相對(duì)濕度、氣溫、氣壓以及風(fēng)速與顆粒物濃度之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行探究，為包頭市的大氣污染治理提供一些依據(jù)。

關(guān)鍵詞：相對(duì)濕度;空間特征;氣溫影響

中圖分類號(hào)：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.093

Abstract： Air pollution is an important factor affecting the quality of urban ecological construction and the health of residents. The concentration of particulate matter in the atmosphere is one of the criteria for measuring atmospheric pollution. This paper investigates the distribution characteristics and concentration changes of particulate matter in spring and winter in Baotou City， and sets observation points in five different functional areas. Through the analysis of the numerical changes of PM2.5 and PM10， the Spearman rank correlation technique is used to measure the meteorological factors. The relative humidity， temperature， air pressure， and the correlation between wind speed and particulate matter concentration are explored to provide some basis for air pollution control in Baotou City.

Key words： Relative humidity; Spatial characteristics; Temperature influence

近幾年，包頭市在冬季與春季兩個(gè)季節(jié)連續(xù)出現(xiàn)霧霾天氣，空氣中的顆粒物濃度超標(biāo)，不僅降低了城市的能見度，增加了交通隱患，對(duì)人們的身體也有著較大的威脅。本文通過對(duì)不同城區(qū)、不同季節(jié)顆粒物濃度變化的監(jiān)測(cè)研究，對(duì)霧霾發(fā)生與氣象因素的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)的探析。

1 包頭市春季、秋季大氣污染的時(shí)間與空間特征

1.1 時(shí)間特征

1.1.1 不同時(shí)間不同區(qū)域濃度變化表現(xiàn)

包頭市全市顆粒物濃度變化與局部地區(qū)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線呈雙峰單谷特征，整體趨勢(shì)表現(xiàn)一致，在1月份質(zhì)量最高，在2月份顆粒物濃度最低。其中PM10的數(shù)據(jù)變化曲線最明顯。不同監(jiān)測(cè)區(qū)域的表現(xiàn)存在差異：東河地區(qū)顆粒物濃度最高，原因在于該區(qū)域的地表裸露面積較大，建筑工程數(shù)量較多;昆區(qū)與九原區(qū)表現(xiàn)趨同，顆粒物濃度小于東河區(qū)。昆都侖區(qū)屬于包頭市的商業(yè)區(qū)，人為活動(dòng)頻繁，交通量大，汽車尾氣與生產(chǎn)生活廢氣排放量大，濃度相對(duì)較高。九原區(qū)臨近東河區(qū)，受風(fēng)力、風(fēng)向的影響，大氣污染程度較重;高新區(qū)的PM10濃度相對(duì)較低;青山區(qū)是大氣污染程度最輕的地區(qū)，由于高新區(qū)與青山區(qū)的地表裸露面積相對(duì)較低，可以適當(dāng)降低空氣中的顆粒物含量，受污染影響程度輕。

1.1.2 變化原因

PM10空氣質(zhì)量時(shí)間變化的原因包括：第一，進(jìn)入冬季氣溫大幅度下降，需要大量燃燒化石燃料，顆粒物產(chǎn)生源頭增加，大氣顆粒物的排放總量大幅度提升，在一月份達(dá)到峰值。此后，春節(jié)到來，處于休假期，交通量、施工量下降，顆粒物濃度整體降低，在二月份達(dá)到最低值。第二，春季包頭市受風(fēng)塵影響大，由于氣候原因擴(kuò)大了揚(yáng)塵、粉塵傳播的范圍，顆粒物濃度再次提升。第三，四月份的植被大部分處于抽芽期，土地裸露面積減少，顆粒物濃度降低。

2 空間特征

2.1 空間分布表現(xiàn)

將調(diào)查區(qū)域按照功能不同劃分為五個(gè)模塊，分別是游覽區(qū)、工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、文化區(qū)以及交通密集區(qū)。城區(qū)功能的不同，顆粒物在大氣中的濃度也有所區(qū)別。通過包頭市不同區(qū)域的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)春季、冬季包頭區(qū)域的顆粒物濃度值排列按照由高到低的順序?yàn)椋汗I(yè)區(qū)最高，其次是商業(yè)區(qū)，文化區(qū)處于交通密集區(qū)之前，游覽區(qū)最后。顆粒物的標(biāo)尺區(qū)間濃度也存在差異，PM2.5和PM10的最小質(zhì)量在兩個(gè)季節(jié)表現(xiàn)不同，冬季的峰值是春季最小濃度的1.3倍。冬季的標(biāo)尺間段數(shù)遠(yuǎn)高于春季段數(shù)，對(duì)研究空間顆粒濃度、污染情況有著重要的參考作用。冬季大氣細(xì)顆粒污染物高于春季，污染濃度較大，影響區(qū)域面積擴(kuò)大，顆粒物分布較為密集。包頭市春季與冬季的大氣污染均超過了國家標(biāo)準(zhǔn)，影響大氣顆粒物濃度的因素包括：包頭市的地理環(huán)境與氣候條件，春冬降雨少;污染物城郊區(qū)域分布范圍、濃度不同，人為活動(dòng)對(duì)污染情況的影響較大;植物覆蓋情況、地表裸露情況對(duì)大氣污染也有著較強(qiáng)的影響。

2.2 出現(xiàn)空間變化的原因

顆粒物在大氣中的濃度、分布、范圍的影響因素分為自然因素與人為因素兩種。自然因素包括地勢(shì)、氣候等，包頭市處于北方地區(qū)，與蒙古接壤，整體地勢(shì)中間高、四周低、西高東低，顆粒物濃度由于地勢(shì)的原因分布不均。與此同時(shí)，包頭市冬季供暖通常采用燃燒化石能源的方式，冬季大氣中的小顆粒污染物較多。春季受氣候影響，風(fēng)塵大，大氣污染濃度也有所上升。除此之外，夏秋兩季通常是建筑施工的高峰期，工程建設(shè)與道路揚(yáng)塵對(duì)顆粒物的分布、濃度也有著一定的影響。

3 氣象因素與PM2.5和PM10質(zhì)量濃度的關(guān)系

3.1 氣象條件與顆粒物濃度的關(guān)聯(lián)性分析

監(jiān)測(cè)區(qū)顆粒物濃度研究數(shù)據(jù)表明，氣象因素對(duì)顆粒物的分布狀態(tài)與濃度有著關(guān)鍵的影響，影響作用包括：沉降、積累、擴(kuò)散、稀釋與清除等。不利的氣象條件會(huì)增加顆粒物的擴(kuò)散范圍與密集程度，因此，需要對(duì)不同氣象因子對(duì)顆粒物濃度的具體影響做出判斷。通過Spearman秩相關(guān)技術(shù)，對(duì)包頭市顆粒物的大氣含量進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該考慮冬春兩季的降雨影響，采用相對(duì)濕度作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，降低同分率的不利影響。

3.2 不同氣象條件對(duì)顆粒物濃度的具體影響

包頭市冬春季PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度分別與氣溫和氣壓正相關(guān)，而與相對(duì)濕度和風(fēng)速負(fù)相關(guān)。其中，PM2.5與風(fēng)速、相對(duì)濕度和氣壓的相關(guān)程度較高（Spearman秩相關(guān)系數(shù)為0.516，P<0.01），與氣溫相關(guān)程度較低，即較細(xì)顆粒物受氣壓、風(fēng)速和相對(duì)濕度影響更大，而對(duì)氣溫響應(yīng)較低;PM10與氣溫、風(fēng)速和氣壓的相關(guān)系數(shù)比PM2.5的大（Spearman秩相關(guān)系數(shù)為0.773，P<0.01）。

3.2.1 相對(duì)濕度與風(fēng)速影響

包頭市的冬季與春氣的氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速對(duì)顆粒物的分布與濃度都有著一定的影響。PM2.5與濕度相關(guān)性更高，空氣濕度較大，水分子與細(xì)顆粒物發(fā)生沉降反應(yīng)，降低污染濃度;顆粒物如果受風(fēng)速影響，可以稀釋空氣細(xì)顆粒物濃度。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)相對(duì)濕度較高，或者出現(xiàn)降水情況，受到吸濕增長(zhǎng)的作用，一定質(zhì)量的顆粒物會(huì)由于重量因素，發(fā)生自然沉降，降低密集顆粒的濃度。除此之外，大氣中水含量升高，可能會(huì)形成降雨、降雪等氣象情況，清除空氣中的顆粒物，與PM2.5和PM10的空氣濃度呈負(fù)相關(guān)。

3.2.2 氣溫與氣壓影響

包頭市冬春季氣候調(diào)查發(fā)現(xiàn)，城區(qū)冬春季空氣干燥，土壤濕度小，風(fēng)速過大，將地面的塵粒帶到環(huán)境空氣中，形成大量浮塵、揚(yáng)沙，造成了顆粒物的污染，降低空氣質(zhì)量。氣壓的高低與大氣環(huán)流形勢(shì)密切相關(guān)。地面受高壓控制時(shí)，中心部位的空氣向周圍下降，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。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，通常風(fēng)力較大，有利于污染物向上擴(kuò)散，顆粒物濃度較小。相關(guān)性分析表明，顆粒物濃度與氣溫呈正相關(guān)，且PM10與氣溫的相關(guān)性（Spearman秩相關(guān)系數(shù)為0.671，P<0.01）較PM2.5更加顯著，說明與溫度相關(guān)的氣象條件與日照時(shí)間對(duì)較大顆粒物在大氣中的分布影響更顯著。

4 結(jié)語

研究表明，包頭市不同城區(qū)之間的顆粒物PM2.5和PM10值存在差距，空間分布整體呈梯度形式，冬季較春季空間分布特征更明顯，人為因素與自然條件對(duì)顆粒物的分布、濃度都有著一定的影響。氣象因子中的相對(duì)濕度、風(fēng)速與顆粒物濃度呈負(fù)相關(guān);氣溫、氣壓與大氣中的污染顆粒濃度呈正相關(guān)。在開展環(huán)境治理的過程中，應(yīng)該合理參考?xì)庀笠蛩貙?duì)大氣污染狀況的影響，采取針對(duì)性的防治手段，為包頭市的綠色城市建設(shè)工程提供保障。

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收稿日期：2019-09-19

作者簡(jiǎn)介：都仁吉雅（1983-），女，蒙古族，研究生，研究方向?yàn)闆Q策氣象服務(wù)。