基于相對(duì)濕度及AQI值的哈爾濱市大氣能見度分析

齊海超，周長明，魏 帥，楊 頔

（1.黑龍江省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱150030；2.黑龍江省龍?zhí)旆览卓萍加邢薰?，黑龍?哈爾濱150030）

1 引言

近年來，空氣污染成為人民生活日益關(guān)注的話題，雖然“大氣十條”等政策的實(shí)施有效降低了顆粒污染物濃度，重污染天數(shù)顯著降低，但是環(huán)境形勢依然嚴(yán)峻。隨著中國空氣質(zhì)量不斷惡化，國內(nèi)外有關(guān)霾污染方面的研究有很多，有關(guān)霾發(fā)生的致災(zāi)因子相關(guān)研究主要集中在兩方面[1-2]：一方面是根據(jù)霾的定義分析，霾是由于氣溶膠增多或相對(duì)濕度增大引起氣溶膠吸濕增長而導(dǎo)致的能見度降低的現(xiàn)象，以能見度和相對(duì)濕度來分辨霾的方法，另一方面是根據(jù)空氣質(zhì)量指數(shù)的高低判斷霾天氣發(fā)生的嚴(yán)重程度，并通過與地面氣象要素的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)分析。

綜上所述，不同的學(xué)者采用不同的污染物作為研究對(duì)象來研究空氣污染的時(shí)空變化特征。然而，空氣質(zhì)量狀況不能由大氣污染物（如：PM2.5、SO2和NO2等）全面衡量。空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)應(yīng)該基于氣象基礎(chǔ)信息，再疊加污染物排放情況，進(jìn)行綜合預(yù)測。目前，環(huán)保部門主要用空氣質(zhì)量指數(shù)AQI值作為界定污染程度的參數(shù)，氣象部門主要用霾預(yù)警信號(hào)發(fā)布大氣污染預(yù)警，兩者并沒有發(fā)布空氣污染統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通過開展發(fā)布空氣污染預(yù)警的不同參數(shù)間相關(guān)性基礎(chǔ)研究，有助于建立調(diào)控空氣污染級(jí)別方案。

2 研究資料與方法

2.1 資料來源

哈爾濱市空氣質(zhì)量指數(shù)數(shù)據(jù)來源于環(huán)保部中國環(huán)境監(jiān)測總站發(fā)布的環(huán)境數(shù)據(jù)，主要選取哈爾濱市12個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)（見表1）六種主要污染物細(xì)顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、臭氧（O3）及AQI每個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)每小時(shí)濃度的數(shù)值。

表1 哈爾濱市監(jiān)測點(diǎn)分布表

能見度及相對(duì)濕度數(shù)據(jù)來自于2015-2017年哈爾濱氣象自動(dòng)站 （國家一般氣象站）1-12月全年逐小時(shí)資料。

2.2 研究方法

針對(duì)環(huán)保與氣象部門發(fā)布空氣污染預(yù)警的不同參數(shù)進(jìn)行相關(guān)關(guān)系分析，選取哈爾濱市2015-2017年監(jiān)測總站觀測的空氣質(zhì)量指數(shù)以及同期觀測的相對(duì)濕度和能見度日均數(shù)據(jù)，并通過繪制折線圖進(jìn)行對(duì)比分析空氣質(zhì)量指數(shù)與能見度、相對(duì)濕度之間的關(guān)系。

綜合能見度、相對(duì)濕度及AQI值變化相關(guān)擬定濕環(huán)境及干環(huán)境定義指標(biāo)[3]，通過不同干濕環(huán)境下能見度與AQI值的相關(guān)關(guān)系，找到不同空氣質(zhì)量指數(shù)區(qū)間段AQI值變化對(duì)應(yīng)的能見度變化趨勢，根據(jù)降低調(diào)節(jié)大氣污染物濃度分等級(jí)提高大氣能見度，從而演變?yōu)檎烙卫砜諝馕廴緯r(shí)制定調(diào)控政策的依據(jù)。

3 AQI與六種污染物濃度的相關(guān)分析

空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）是以空氣中污染物對(duì)人體造成的危害為基礎(chǔ)的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，定量描述空氣質(zhì)量狀況的無量綱指數(shù)。其定義為主要空氣污染物的濃度及污染物所對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量分指數(shù)IAQI中的最大值，AQI值越大，說明空氣質(zhì)量越差，污染越嚴(yán)重。即：

本節(jié)通過統(tǒng)計(jì)分析2017年AQI及六種污染物濃度的月均值，進(jìn)行相關(guān)分析，綜合得到哈爾濱市首要污染物規(guī)律如表2，可以看出經(jīng)過月平均計(jì)算，哈爾濱市的首要污染物是可吸入顆粒物。但選取2017年AQI及六種污染物濃度的日均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，PM2.5占首要污染物93.3%，PM10占首要污染物4.8%，SO2占首要污染物1.1%，NO2占首要污染物0.8%，由此可以說明PM2.5并不是唯一首要污染物。

表2 2017年月平均空氣質(zhì)量情況表

4 相對(duì)濕度、AQI值及能見度相關(guān)分析

大氣能見度與空氣中水分子含量、顆粒物等有較大關(guān)系。圖3顯示在不同相對(duì)濕度下大氣能見度及AQI值變化曲線圖。由圖3可知，大氣能見度隨著相對(duì)濕度的升高而呈線性下降趨勢，相關(guān)系數(shù)為0.996。平均大氣能見度在相對(duì)濕度低于20%時(shí)約18km，相對(duì)濕度在20%-79%之間，隨著相對(duì)濕度的升高，AQI值總趨勢是增長趨勢，而相對(duì)濕度大于79%時(shí)平均大氣能見度<4 m，大氣能見度與AQI值的相關(guān)性最強(qiáng)。綜合以上分析，在相對(duì)濕度小于40%時(shí)，大氣能見度主要受AQI值變化影響；在相對(duì)濕度大于80%時(shí)，大氣中水汽含量增加，能見度不斷下降，空氣中懸浮的顆粒物吸收大氣中水汽從而進(jìn)一步降低大氣能見度。

圖3 不同相對(duì)濕度下大氣能見度及AQI值變化曲線圖

根據(jù)干濕環(huán)境定義指標(biāo)，通過不同干濕環(huán)境下能見度與AQI值的相關(guān)關(guān)系，分析得到：當(dāng)濕環(huán)境（RH＞80%）時(shí)，能見度隨濕度升高成線性遞減，相對(duì)濕度每升高1%，哈爾濱平均能見度降低1.5km。而干情景下（RH＜40%），能見度迅速降低的關(guān)鍵因素是AQI值升高，AQI值在0-100區(qū)間段，AQI值每升高10，哈爾濱平均能見度減低0.2km，AQI值在101-200區(qū)間段，AQI值每升高10，哈爾濱平均能見度減低0.3km，AQI值在201-300區(qū)間段，AQI值每升高10，哈爾濱平均能見度減低0.6km，AQI值在300以上，AQI值每升高10，哈爾濱平均能見度減低1.1km。

5 結(jié)論

本文的分析和討論主要利用了2015-2017年監(jiān)測總站觀測哈爾濱市12個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)的空氣質(zhì)量指數(shù)以及同期觀測的相對(duì)濕度和能見度日均數(shù)據(jù)，對(duì)比分析空氣質(zhì)量指數(shù)與能見度、相對(duì)濕度之間的關(guān)系，結(jié)論如下：

（1）哈爾濱市的首要污染物是可吸入顆粒物，但PM2.5并不是唯一首要污染物。

（2）大氣能見度受空氣中水汽含量及顆粒物濃度雙重影響。

（3）通過控制不同濕度條件下，AQI值的升降，從而提升大氣能見度，主要是干環(huán)境（RH＜40%）下，不同AQI值區(qū)間段，AQI值每升高10，哈爾濱市平均能見度降低0.2-1.1km。

根據(jù)以上結(jié)論，可以通過降低調(diào)節(jié)大氣污染物濃度分等級(jí)提高大氣能見度，從而演變?yōu)榉烙卫砜諝馕廴緯r(shí)制定調(diào)控政策的依據(jù)。