本溪市顆粒污染物特征分析及其與氣象因素的關(guān)系

劉闖 張博宇 史本巖 汪貴彬 廖晶晶 黃作順

摘 要：通過研究2019年本溪市顆粒污染物特征及其與氣象因素的相關(guān)性，結(jié)果表明，本溪市顆粒污染物濃度冬季最高，夏季最低，1月份最高，8月份最低;顆粒污染物超標(biāo)主要集中在采暖期。顆粒污染物之間相關(guān)系數(shù)為0.861，顆粒物之間存在較強(qiáng)的內(nèi)在聯(lián)系。不同氣象條件下顆粒污染物有所差別，與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，與濕度呈正相關(guān);風(fēng)速對顆粒污染物影響主要是稀釋作用。顆粒污染物濃度隨著氣溫變化出現(xiàn)2個(gè)峰值，分別在-5℃和13℃;氣溫在5～15℃相關(guān)性最高，且隨著氣溫升高，濃度增加趨勢更加突出;顆粒污染物隨相對濕度增加而增大，且在55%～80%易發(fā)生較重污染，受相對濕度影響更為顯著;顆粒污染物與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，且在1.4～2.0m/s較低風(fēng)速區(qū)間，污染物濃度較高。

關(guān)鍵詞：本溪市;顆粒污染物;氣象因素;特征分析;相關(guān)性

中圖分類號 X513;X16? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2020）17-0161-03

Characteristics of Air Particulate Matter in Benxi City and Their Relationship with Meteorological Conditions

LIU Chuang1 et al.

（1Benxi City of Meteorology， Benxi 117000， China）

Abstract： According to air particulate pollutants in Benxi in 2019 and their correlation with meteorological factors. The results show that the concentration of particulate pollutants in Benxi is the highest in winter， the lowest in summer， the highest in January， and the lowest in August; the excessive concentration of particulate pollutants is mainly concentrated in the heating period. The correlation coefficient between particulate pollutants is 0.861， and there is a strong internal relationship between particulate matter. It is different from different meteorological conditions， and has a significant negative correlation with air temperature; a positive correlation with humidity; and the effect of wind speed on particulate pollutants is mainly dilution. There are two peak values of particulate pollutant concentration with temperature changes， which are -5℃ and 13℃， and the correlation between air temperature is 5～15℃， and as the temperature increases， the concentration increase trend is more prominent; with the relative humidity Increased and increased， and heavier pollution is easy to occur between 55～80， and particulate pollutants are more significantly affected by relative humidity; negatively correlated with wind speed， and in the lower wind speed range of 1.4～2.0m/s， pollutants The concentration is higher.

Key words：Benxi City ; Particulate contaminants; Meteorological factors; Characteristic analysis; Correlation

1 引言

空氣污染物多指空氣中固態(tài)和氣態(tài)污染物質(zhì)，主要有NO2、SO2、CO、O3、HC、VOCs和顆粒物等。環(huán)境中的空氣污染已成為當(dāng)前我國面臨較為嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。近年來，隨著國內(nèi)工業(yè)的快速發(fā)展、能源消耗的不斷增長以及城市化進(jìn)程的加速，大氣污染問題日益突顯[1-3]，NO2、SO2和顆粒物等多種污染物在大氣中共存，構(gòu)成了區(qū)域性大氣復(fù)合污染[4-5]。其中，PM10和PM2.5對光線和高濕空氣具有散射和吸收特性，造成視程障礙，同時(shí)微小顆粒通過呼吸易進(jìn)入身體內(nèi)部，會對心腦血管和肺功能系統(tǒng)產(chǎn)生危害。環(huán)境空氣質(zhì)量是人們平時(shí)和各大媒體新聞報(bào)道密切關(guān)注的話題，同時(shí)也是衡量一個(gè)城市可持續(xù)綠色發(fā)展能力和宜居程度的重要指標(biāo)之一[6]。

本研究利用2019年本溪市顆粒物污染物與氣象要素資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理、相關(guān)性分析等方法，探討顆粒物污染物的變化趨勢及與氣象要素之間的相關(guān)性，以及本溪市顆粒污染物與氣象要素之間的聯(lián)系，以期為管理部門決策及今后開展空氣污染治理提供與參考。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

本研究以本溪市2019年顆粒污染物（PM10、PM2.5）和氣象因子（氣溫、風(fēng)速、相對濕度）等小時(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)季、月值，進(jìn)行顆粒物污染物特征分析和與氣象因素之間相關(guān)分析等方法。季節(jié)劃分如下：春季3—5月;夏季6—8月;秋季9—11月;冬季為12月至次年2月。

3 結(jié)果與分析

3.1 顆粒污染物變化特征 由圖1（a）可知，各項(xiàng)污染物濃度冬季明顯高于其他季節(jié)，夏季最低，春、秋季居中。由圖1（b）可知，8月顆粒污染物濃度最低，1月為最高，與季節(jié)變化相同呈“U”型。參照環(huán)保部發(fā)布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）[7]，本溪市城區(qū)按照二類區(qū)為居民區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)劃分，適用于二級濃度限值PM10（24h平均）>150μg·m-3，PM2.5（24h平均）>75μg·m-3。計(jì)算得出2019年本溪市PM10污染物濃度超標(biāo)天數(shù)為13d，PM2.5超標(biāo)天數(shù)（35d）是PM10超標(biāo)天數(shù)的2倍多，當(dāng)出現(xiàn)PM10污染物超標(biāo)時(shí)，PM2.5也出現(xiàn)了超標(biāo)，出現(xiàn)了時(shí)間重疊;反觀PM2.5污染物出現(xiàn)超標(biāo)時(shí)，PM10出現(xiàn)了部分時(shí)間的匹配達(dá)到同時(shí)超標(biāo)。這說明當(dāng)出現(xiàn)粗顆粒污染時(shí)，伴隨著細(xì)顆粒污染。污染物超標(biāo)天數(shù)主要集中在供暖期（11月至次年3月），供暖期間PM10污染物濃度超標(biāo)天數(shù)占全年污染天數(shù)的92.3%，而PM2.5為82.9%。出現(xiàn)以上情況是由于北方冬季采暖期較長，燃煤使用量超過其他季節(jié)，顆粒物等污染物排放增大累積，同時(shí)冬季氣候干燥，相對濕度低，風(fēng)力較弱，造成冬季污染物普遍濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他季節(jié);而夏季對流天氣頻繁，多降水，多大風(fēng)，沒有了冬季的過量燃燒煤炭，利于污染物稀釋。

3.2 顆粒污染物與氣象因素相關(guān)性 顆粒污染物濃度與氣象因素密切相關(guān)，其中PM10-PM2.5相關(guān)系數(shù)為0.861，且通過0.01顯著性檢驗(yàn)。相關(guān)分析研究選用1月代表冬季、4月代表春季、7月代表夏季、10月代表秋季小時(shí)氣象數(shù)據(jù)（氣溫、相對濕度、能見度）等氣象因素與顆粒污染物小時(shí)濃度（PM10、PM2.5）進(jìn)行相關(guān)研究與分析。由表1可知，顆粒污染物均與氣象因子存在顯著相關(guān)，且通過了0.01顯著性檢驗(yàn)。風(fēng)力越大，越有利于污染物的擴(kuò)散，顆粒污染物濃度與風(fēng)速呈顯著負(fù)相關(guān)，風(fēng)速對于去除PM2.5影響高于PM10;顆粒污染物與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，正符合污染物高濃度基本出現(xiàn)在一年中平均氣溫最低的冬季，而濃度最低值則出現(xiàn)在氣溫最高的夏季;對于相對濕度，出現(xiàn)相關(guān)系數(shù)PM2.5>PM10正相關(guān)現(xiàn)象，這是由于PM2.5對比PM10于空氣濕度較為敏感。由于顆粒粒徑較小，更易發(fā)生吸濕作用，產(chǎn)生較為嚴(yán)重的霧霾現(xiàn)象。

3.2.1 氣溫對顆粒污染物的影響 由圖2可知，顆粒污染物出現(xiàn)了雙峰值，分別出現(xiàn)在氣溫的-5℃和13℃，小時(shí)氣溫在5～15℃相關(guān)性最高，且隨著氣溫升高，顆粒污染物濃度也有所增加趨勢，與氣溫相關(guān)系數(shù)在-0.39～-0.48，高于相對濕度和風(fēng)速與顆粒污染物的相關(guān)性。這主要是由于氣溫升高，大氣輻射增強(qiáng)，顆粒污染物與其他氣態(tài)污染物之間相互作用，分子活性增強(qiáng)變得更容易附著和化學(xué)反應(yīng)變化等轉(zhuǎn)化成二次污染物，加重了空氣污染程度。

3.2.2 相對濕度對顆粒污染物的影響 由圖3可知，顆粒污染物濃度隨著相對濕度的增加而增大，在相對濕度55%～80%，污染物濃度較高，高濕度空氣易造成顆粒物增重增大的同時(shí)環(huán)境中氣態(tài)污染物遇高濕環(huán)境下，更易吸濕附著在顆粒物上，或促進(jìn)由氣態(tài)污染物向硫酸鹽和硝酸鹽等二次污染物的轉(zhuǎn)化，加重空氣污染。

3.2.3 風(fēng)速對顆粒污染物的影響 風(fēng)速越大，越利于污染物的擴(kuò)散，隨之濃度降低;反之污染物濃度越高。如圖4所示，風(fēng)速在1.4～2.0m/s，顆粒污染物濃度較高，與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，隨著風(fēng)速的增大，污染物濃度隨之下降。

4 結(jié)論

（1）本溪市顆粒污染物濃度冬季最高，夏季最低，1月份最高，8月份最低;顆粒污染物超標(biāo)主要集中在采暖期。

（2）顆粒污染物之間相關(guān)系數(shù)為0.861，顆粒物之間存在較強(qiáng)的內(nèi)在聯(lián)系，在不同氣象條件下有所差別;與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，與濕度呈正相關(guān);風(fēng)速對顆粒污染物影響主要是稀釋作用。

（3）顆粒污染物濃度隨著氣溫變化出現(xiàn)了2個(gè)峰值，分別在-5℃和13℃，小時(shí)氣溫在5～15℃相關(guān)性最高，且隨著氣溫升高，濃度增加趨勢更加突出。

（4）顆粒污染物隨相對濕度增加而增大，且在55%～80%易發(fā)生較重污染，顆粒污染物受相對濕度的影響更為顯著。

（5）顆粒污染物與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，且在1.4～2.0m/s較低風(fēng)速區(qū)間，污染物濃度較高。

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（責(zé)編：張宏民）