成都西部地區(qū)污染物濃度與氣象條件相關(guān)性分析

汪 玲，華 明

(1.四川省都江堰市氣象局，四川 都江堰 611830；2.成都市氣象局，四川 成都 610000)

1 研究背景

城市化和工業(yè)化的發(fā)展帶來了棘手的環(huán)境問題。污染防治工作也逐步在政界、學界及民眾間成為熱點和焦點問題[1～4]。大氣污染物治理方法的產(chǎn)生立足于詳實的科學研究成果，只有明確污染事件中污染物濃度變化特征、影響因子、產(chǎn)生機理，才能“對癥下藥”，針對關(guān)鍵問題有的放矢。經(jīng)過各界共同努力，我國重點區(qū)域大氣污染問題有了較明顯緩解。但大氣污染問題在我國不同區(qū)域依然面臨著不同問題，一些城市中的重點污染物，如顆粒物濃度、臭氧濃度等存在不同程度超標現(xiàn)象[5～8]。顆粒物和臭氧的復合型污染問題仍是需攻克的難題。研究表明，影響大氣污染物濃度的主要因素有二：一是污染排放源強，其自身排放量的大小是影響污染物濃度的關(guān)鍵因子；二是氣象條件，氣象條件是否利于排放源濃度清除、傳輸或二次轉(zhuǎn)換是影響污染物濃度的又一關(guān)鍵因子[9～11]。一般而言，短期內(nèi)污染源濃度不會發(fā)生變化，污染物濃度變化就受制于大氣擴散條件，研究表明：大氣層結(jié)穩(wěn)定、靜小風、無雨水和對流時大氣污染物濃度擴散困難，導致一定區(qū)域一定時間內(nèi)大氣污染物聚集，使得濃度升高[12,13]；當大氣擴散條件較好，如大風速、混合層高度高、無逆溫層、無高溫高濕時，大氣污染物能得到較好擴散[14～16]。

成都西部地區(qū)作為成都市郊區(qū)新城，是重要工業(yè)化建設(shè)區(qū)和山地旅游和現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)區(qū)。成都西部發(fā)展對于成都的發(fā)展以及當?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要意義。因此，本文對成都西部主要污染物濃度時空分布和變化特征以及氣象影響因子進行了探索，為區(qū)域性大氣污染防治工作提供科學參考和依據(jù)，為打贏大氣污染藍天保衛(wèi)戰(zhàn)貢獻力量。

2 研究資料

本文使用的污染物濃度數(shù)據(jù)資料來源于成都市環(huán)境監(jiān)測站提供的成都西部地區(qū)(崇州、都江堰、彭州、郫都、蒲江、邛崍、溫江)2018年逐時NO、NO2、SO2、CO、O3、PM2.5、PM10濃度數(shù)據(jù)。氣象觀測資料來源于成都市氣象局提供的成都西部地區(qū)(崇州、都江堰、彭州、郫都、蒲江、邛崍、溫江)2018年逐時氣溫、相對濕度、降水量、2 min平均風向和風速等以及溫江探空站提供的探空資料。

3 成都西部地區(qū)污染物濃度時間變化特征

3.1 成都西部污染物濃度年、月變化特征分析

圖1為2018年成都西部NO2、O3、PM10、PM2.5逐日污染物濃度變化圖，可以看出，成都西部地區(qū)春季和夏季O3濃度高，顆粒物和NO2濃度低，秋冬季則正相反。其中O3年均濃度最高是87.8 μg/m3，為都江堰，最低是54.25 μg/m3，為郫都區(qū)；NO2年均濃度以溫江最高，為40.23 μg/m3，都江堰最低，為18.12 μg/m3；PM10年均濃度最高是溫江，為92.65 μg/m3；最低是都江堰，為49.72 μg/m3；PM2.5年均濃度最高是崇州，為61.89 μg/m3，最低是都江堰，為29.13 μg/m3。綜上可得，成都西部地區(qū)污染天氣形勢仍不容樂觀。

圖1 成都西部污染物質(zhì)量濃度(PM2.5、PM10、NO2、O3)逐日變化

結(jié)合表1可見，成都西部地區(qū)細顆粒物污染較重，各個區(qū)縣PM2.5/PM10比例都高于50%。最大比例67%出現(xiàn)在崇州。

表1 成都西部污染物年均濃度

圖2是成都西部地區(qū)主要污染物包括PM2.5、PM10和O3的月濃度變化，可看出O3濃度春、夏季高，秋、冬季低，尤其在4、5、8月最高，12月最低；而顆粒物濃度月變化相反，冬、春季高，夏秋季較低，如PM10主要是12月、1月、2月較高，7月最低，PM2.5是1月最高，7月最低。

污染天氣狀況的重要指標就是污染物濃度超標的情況。根據(jù)我國環(huán)境空氣質(zhì)量標準(GB3095-2012)中規(guī)定，以日均濃度限值作為判定標準，統(tǒng)計成都西部地區(qū)污染物濃度超標日數(shù)，得到表2。2018年成都西部地區(qū)中溫江O3超標日數(shù)最多，高達75 d；崇州PM10超標日數(shù)最多，達54 d；溫江和崇州PM2.5超標日數(shù)一樣，都是105 d，而NO2超標日數(shù)各區(qū)縣均較少，只有溫江區(qū)有6 d的超標。從結(jié)果看，都江堰空氣質(zhì)量最優(yōu)，O3、PM2.5、PM10超標日數(shù)均為7個區(qū)市縣中最低，分別是38 d、9 d和13 d。

3.2 成都西部污染物濃度日變化特征

分析質(zhì)量濃度較高的污染物即PM2.5、PM10和O3日變化，由圖3可看出，成都市西部地區(qū)PM2.5濃

表2 污染物質(zhì)量濃度超標率統(tǒng)計 d

度日變化有較明顯的“W”型特征，PM2.5濃度0：00～8：00逐漸減少，8：00達到第一次最低值，之后隨著人們出行活動增多，濃度逐漸升高，10：00左右出現(xiàn)第一次最高值，隨后一天內(nèi)邊界層對流發(fā)展相對旺盛，擴散條件變好，濃度逐漸減少，于17：00左右再次出現(xiàn)極低值，受夜間大氣層較白天穩(wěn)定及下班高峰期影響，PM2.5又開始增加，第二次極大值出現(xiàn)在21：00～22：00時左右。從各質(zhì)量濃度值看，日均濃度最大是崇州市的PM2.5，其濃度值是都江堰的2倍以上。而PM10與PM2.5有類似的“W”型變化特征。

圖3 成都西部主要大氣污染物2018年濃度日變化曲線

O3在一天內(nèi)的循環(huán)包含累積、抑制、光化學生成和消耗4個階段。圖3為2018年一年內(nèi)每天的每個時刻求得的平均濃度，可知成都西部O3日變化也存在有相似的4個階段。首先是0：00～5：00時，此時O3質(zhì)量濃度是一天中最低時段；5：00～8：00時隨著人們生產(chǎn)生活開始汽車排放尾氣，但由于氣溫較低、紫外線強度很弱，SO2濃度也低，O3則是和NO反應較多，消耗較大，所以O(shè)3濃度值在該時段下降；隨后8：00～16：00時，隨著一天氣溫開始升高，太陽光線增強，O3前體物不斷排放及光解，O3濃度值開始明顯上升，大概在16：00到達峰值；16：00之后，由于傍晚人們出行帶來更多的NO排放使得O3含量消耗，加上太陽輻射逐漸減弱也不利于O3生成，所以O(shè)3含量在16：00之后明顯消耗減少。

總體上，成都西部地區(qū)大氣中一天內(nèi)各個時段O3含量是單峰型態(tài)勢。由于白天太陽光線不斷增強，氣溫升高，導致O3的前體物大量排放及光解，使得O3濃度逐漸上升，16：00左右出現(xiàn)峰值，隨后由于O3不斷消耗導致濃度又不斷變小。

3.3 成都西部污染物濃度與氣象條件相關(guān)性分析

排放的污染物多少和氣象擴散條件是影響大氣環(huán)境優(yōu)劣的主要原因。對2018年成都西部地區(qū)環(huán)境-氣象數(shù)據(jù)對各污染物與相對濕度、風和降雨量等氣象條件的關(guān)系進行了分析，得出了表3。各區(qū)市縣污染物和氣象因子相關(guān)性不完全一致，如成都西部地區(qū)SO2質(zhì)量濃度整體與濕度(除蒲江和邛崍外)為負相關(guān)，但與溫度和風速相關(guān)性很弱甚至無關(guān)，不太敏感；O3濃度變化與溫度及相對濕度都表現(xiàn)為明顯正相關(guān)、負相關(guān)，其前體物即是NO2和CO質(zhì)量濃度與溫度為較明顯負相關(guān)；顆粒物中PM2.5和PM10與溫度、風速也呈明顯負相關(guān)。

表3 成都西部大氣污染物與氣象影響因子相關(guān)系數(shù)

水可以溶解大氣中氣態(tài)污染物，而降雨又能將固態(tài)污染物質(zhì)沉降到地面上從而降低污染物濃度。比較2018年全年降水日和非降水日各污染物質(zhì)量濃度值，得出了表4，成都西部地區(qū)各污染物濃度值在降水日和非降水日有明顯差異，非降水日各類污染物濃度值整體高于降水日。降水對顆粒物清除作用十分明顯，崇州、彭州、郫都、蒲江的降水清除顆粒物量級高于40 μg/m3。

表4 成都西部降水日與非降水日污染物濃度對比 μg/m3

續(xù)表4

綜合上述分析可知，多種因素影響著大氣中污染物質(zhì)量濃度，而氣象條件和污染物直接的轉(zhuǎn)化作用綜合影響著大氣中各污染物質(zhì)量濃度。

4 結(jié)論

(1)O3年均濃度最高是都江堰，NO2年均濃度最高是溫江；PM10年均濃度最高是溫江；PM2.5年均濃度最高是崇州；成都西部地區(qū)污染較重，各個區(qū)縣PM2.5/PM10比例都高于50%。

(2)O3濃度在4月、5月和8月高，11月、12月、1月低；而顆粒物濃度月變化特征相反，以12月、1月、2月較高。其中溫江O3超標日數(shù)最多，崇州PM10超標日數(shù)最多，溫江和崇州PM2.5超標日數(shù)都是105 d。都江堰在成都西部地區(qū)中空氣質(zhì)量最優(yōu)，O3、PM2.5、PM10超標日數(shù)在7個區(qū)市縣中最低。

(3)PM2.5日變化有較明顯的“W”型特征，8:00到達第一次最低值，10:00左右出現(xiàn)第一次最大值，17:00左右低值再次出現(xiàn)，第二次極大值在21：00～22：00左右。PM2.5日均濃度最大是崇州市，是都江堰的2倍以上。PM10也有類似日變化特征。

(4)大氣中一天內(nèi)各個階段O3濃度變化是單峰型。由于白天太陽光線不斷增強，氣溫升高，導致O3前體物大量排放及光解，使得O3濃度逐漸上升，16:00左右出現(xiàn)峰值，由于O3不斷消耗導致濃度又不斷變小。

(5)SO2質(zhì)量濃度整體上與濕度(除蒲江和邛崍外)為負相關(guān)，但與溫度和風速相關(guān)性很弱甚至無關(guān)；O3濃度變化與溫度及相對濕度為較明顯正相關(guān)、負相關(guān)，其前體物也就是NO2和CO質(zhì)量濃度與溫度表現(xiàn)為較明顯負相關(guān)；PM2.5和PM10與溫度和風速為明顯負相關(guān)。

(6)降水日和非降水日各污染物濃度值有著明顯差異，非降水日各類污染物濃度值整體都比降水日高。降水對顆粒物清除作用明顯，崇州、彭州、郫都、蒲江降水清除顆粒物量級高于40 μg/m3。