不同影響因子對濱州低能度影響的相關(guān)性分析

湯清清,鄒美玲,王興華,萬耀軍

(濱州學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濱州 256600)

能見度是用來判斷大氣透明程度的物理量，能反應(yīng)所處地區(qū)的空氣質(zhì)量，同時與人類的生產(chǎn)生活有著緊密的關(guān)系，特別是交通出行[1-2]。據(jù)相關(guān)研究表明，大氣的污染程度與能見度有著緊密的關(guān)系而且不同氣象條件也會影響能見度比如溫度、相對濕度、風(fēng)速、等主要?dú)庀笠蜃印?/p>

濱州市位魯北平原，現(xiàn)擁有多個經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，是黃河三角洲區(qū)域內(nèi)最大的行政區(qū)。近年來，濱州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，煤炭、石油等化石燃料快速消耗。工業(yè)污染物、汽車尾氣、冬季燃煤取暖等污染源排放的污染物加重了城市的大氣污染狀況，導(dǎo)致濱州冬季霾天氣頻發(fā)，同時伴隨著城市能見度的下降，對人們的身體健康和交通出行產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響[3]。

本研究選取濱州市6個典型地區(qū)進(jìn)行空氣采樣，對顆粒物、大氣污染物、氣象因子與低能見度之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，為打好"藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)"提供一些理論依據(jù)。

1 采樣與分析

1.1 采樣地點(diǎn)

表1 采樣點(diǎn)信息

采樣時間為2018年12月1日至2019年2月28日，選取濱州學(xué)院采樣點(diǎn)進(jìn)行人工采樣監(jiān)測

1.2 樣品采集與數(shù)據(jù)分析

1.2.1 樣品采集方法

本研究采用每日三次采樣，時間為8∶ 00，12∶ 00，16∶ 00。能見度的監(jiān)測使用適用于監(jiān)測6m～80km范圍的美國Belfort公司的Model600型監(jiān)測儀，并設(shè)置模擬和數(shù)字輸出；同時使用青島嶗應(yīng)2050型大氣采樣器對顆粒物與大氣污染物進(jìn)行采樣，對總懸浮顆粒物和環(huán)境空氣綜合采樣；使用濾膜稱重法捕集環(huán)境大氣中的可吸入微粒(PM10)及細(xì)顆粒物(PM2.5)，其操作要求規(guī)范符合《環(huán)境空氣PM10和PM2.5的測定重量法》(HJ618-2011)等相關(guān)要求；；利用溶液吸收法采集空氣中各種污染性氣體成份(SO2、NOx等)，其采樣流量為16.7L/min，石英濾膜直徑為47mm；使用美國Metone公司的氣象五參數(shù)分析儀進(jìn)行氣象五參數(shù)(風(fēng)速/風(fēng)向傳感器、溫度/相對濕度傳感器、大氣壓力傳感器)的分析。

1.2.1 數(shù)據(jù)分析方法

依據(jù)地面觀測規(guī)范QX/T50-2007國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，若顆粒物、大氣污染物及氣象因子監(jiān)測項(xiàng)目若出現(xiàn)如下情況，則為異常數(shù)據(jù)：

(1)污染物濃度值為0或負(fù)值；

(2)污染物濃度低于下限值，PM10為0.010mg/m3，SO2、NO2為0.005mg/m3；

(3)某監(jiān)測點(diǎn)污染物日均值低于濱州市整體水平50%。

依據(jù)QX/T47-2007能見度觀測相關(guān)規(guī)范，在監(jiān)測過程中某一監(jiān)測點(diǎn)的每小時的檢測時間必須大于54分鐘才可記為正常數(shù)據(jù)，否則該檢測點(diǎn)該小時內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)記為異常數(shù)據(jù)應(yīng)去除;同時能見度監(jiān)測數(shù)據(jù)要在有效監(jiān)測時間內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測，某一監(jiān)測點(diǎn)的能見度數(shù)據(jù)要取一個小時內(nèi)去除異常數(shù)據(jù)之外的所有檢測值的均值；對所得的顆粒物、氣態(tài)污染物、氣象因子及能見度數(shù)據(jù)參照以上規(guī)范要求在去除異常數(shù)據(jù)之后按日、小時的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析[4]。

2 結(jié)果與討論

大氣能見度的主要影響因子除顆粒物、大氣污染物以外，還包括濕度、降水、氣溫、氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向等氣象因子[5-6]。本章通過對濱州冬季霾天氣下顆粒物(PM2.5、PM10)濃度、氣態(tài)污染物(SO2、NO2、CO、O3)和氣象因子(氣壓、溫度、濕度、風(fēng)速)與能見度相關(guān)性分析，確定濱州冬季霾天氣低能見度影響因子。

2.1 顆粒物與低能見度相關(guān)性的分析

通過收集的六個站點(diǎn)的顆粒物(PM2.5、PM10)日平均質(zhì)量濃度進(jìn)行平均，分別對PM2.5、PM10與能見度做相關(guān)性分析，得到顆粒物與能見度的相關(guān)系數(shù)和線性回歸曲線，如圖1所示。

由圖1(a)(b)可知PM2.5 、PM10日平均質(zhì)量濃度與能見度呈負(fù)相關(guān)，隨著PM2.5、PM10日平均質(zhì)量濃度的升高能見度有降低趨勢，相關(guān)性系數(shù)R2分別為為0.2058、0.103，有較好的對應(yīng)關(guān)系；但是當(dāng)顆粒物質(zhì)量濃度處于一個較低的水平時，對應(yīng)關(guān)系并不好。故PM2.5、PM10平均質(zhì)量濃度對大氣能見度有一定程度的影響[7]。

圖1 PM2.5(a)、PM10(b)日平均質(zhì)量 濃度與能見度線性回歸曲線

2.2 大氣污染物與低能見度相關(guān)性的分析

大氣中的氣態(tài)污染物主要包括SO2、NO2、CO、O3，本節(jié)利用監(jiān)測點(diǎn)所得監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別作出大氣污染物與能見度的線性回歸曲線并得到相關(guān)系數(shù)如下如所示。

圖2 大氣污染日平均質(zhì)量濃度與能見度線性回歸曲線

2.3 氣象因子與低能見度相關(guān)性的分析

2.3.1 相對濕度與低能見度的相關(guān)性

相對濕度是用來表示空氣干燥程度的物理量，指一定的溫度、空氣體積的條件下水汽含量的多少。據(jù)相關(guān)研究表明大氣相對濕度越高，越易形成霧霾天氣，從而導(dǎo)致大氣能見度下降。

圖3 相對濕度與能見度線性回歸曲線

由圖3中的線性回歸曲線可得，相對濕度與大氣能見度呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R2為0.4466，隨著相對濕度的增加能見度降低，則相對濕度對能見度有較高的線性關(guān)系，因?yàn)榭諝庵械臍馊苣z粒子在相對濕度較高的氣象條件下，在吸濕增長的作用下，其總質(zhì)量、對可見光的散射能力、吸收能力都得到了增加，從而在相對濕度較低的條件下大氣能見度較低[8-9]。

2.3.2 風(fēng)速與低能見度的相關(guān)性

圖4 風(fēng)速與能見度線性回歸曲線

風(fēng)速大小是大氣穩(wěn)定程度的重要標(biāo)識之一,風(fēng)力較大時,可直接導(dǎo)致空氣中各種污染物迅速擴(kuò)散開來,能見度上升[10]。由圖4風(fēng)速與能見度的線性回歸曲線可得，風(fēng)速與大氣能見度呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R2為0.506，隨著風(fēng)速的增加大氣能見度呈升高趨勢，原因可能是較高風(fēng)速下有利于大氣污染物的遷移與擴(kuò)散，使得能見度得以提高。

2.3.3 溫度與低能見度的相關(guān)性

一般大氣顆粒物主要發(fā)生在近地表的大氣邊界層，而溫度垂直剖面的變化，將影響大氣擴(kuò)散現(xiàn)象[11]。

圖5 日平均溫度與能見度線性回歸曲線

根據(jù)圖5的線性回歸曲線分析得地面溫度與大氣能見度呈正相關(guān)，隨著日平均溫度的升高能見度呈升高趨勢， R2為0.1025，則日平均溫度對大氣能見度的降低有一定程度的影響。當(dāng)?shù)孛鏈囟壬?近地層的對流運(yùn)動增強(qiáng),則有利于污染物向高層遷移，污染物濃度降低，水平能見度升高；當(dāng)?shù)孛鏈囟容^低時，能見度呈降低趨勢。

3 結(jié)論

本文基于能見度與顆粒物、大氣污染物、氣象五參數(shù)的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析得出濱州市大氣低能見度主要影響因子，得出各因子與能見度的相關(guān)關(guān)系及相關(guān)系數(shù)。主要結(jié)論如下:

(1)濱州冬季霾天氣下顆粒物日平均濃度與大氣能見度呈負(fù)相關(guān)，且線性相關(guān)系數(shù)PM2.5>PM10，PM2.5是造成大氣能見度降低的顆粒物因子。

(2)濱州冬季霾天氣下大氣污染物中CO、NO2、SO2日平均濃度與大氣能見度呈負(fù)相關(guān)，O3濃度與能見度呈負(fù)相關(guān)，且線性相關(guān)系數(shù)O3>CO>NO2>SO2。

(3)濱州冬季霾天氣下氣象因子都與能見度呈負(fù)相關(guān)，且氣象因子與大氣能見度線性相關(guān)系數(shù)風(fēng)速>濕度>日平均溫度。

(4)PM2.5、O3、風(fēng)速、相對濕度是濱州冬季霾天氣大氣能見度降低的主要影響因子，且線性相關(guān)系數(shù)R2風(fēng)速>相對濕度>O3>PM2.5。