龍巖市大氣中PM10污染與地面風速的相關分析

【摘 要】 為了研究影響城市大氣環(huán)境中PM10的污染因素，本文利用2006年至2010年龍巖市的師范專科學校、環(huán)境監(jiān)測站、閩西大學和龍巖學院四個大氣點位的自動站空氣環(huán)境質量監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過方差分析和相關分析來研究龍巖市PM10污染的來源與風速的關系。結果表明，風速對龍巖市PM10污染物濃度具有顯著的影響。龍巖市冬季平均風速最大，空氣中污染物的擴散效果較好；夏、秋季節(jié)風速相對較小，空氣中污染物的濃度升高，城市空氣質量相對較差。

【關鍵詞】 風速 PM10 相關分析

1. 研究背景

近年來，隨著工業(yè)發(fā)展和城市擴張，大氣污染漸漸受到人們的關注。大氣污染以人為因素為主，包括氣態(tài)污染物和顆粒態(tài)污染物。顆粒物按照空氣動力學粒徑劃分為TSP（粒徑≤100μm）、PM10（粒徑≤10μm）和PM2.5（粒徑≤2.5μm）。PM10是目前我國城市大氣環(huán)境的首要污染物，是大氣質量狀況的決定性因素。因為PM10細小并且不受人的鼻腔阻擋，可以直接進入肺部并存留在肺的深處，對人體健康威脅較大[1]。目前，美國和歐洲的研究表明[2]，城市大氣中PM10與呼吸系統(tǒng)疾病和心臟病發(fā)病率之間存在明顯的計量-響應關系。并且，其復雜的理化組成、多相反應、眾多來源以及對人體和環(huán)境產生的多種危害，成為我國環(huán)境工作者關注的焦點問題，使其成為目前環(huán)保研究的重點領域[3]。

龍巖市在“十五”期間大力發(fā)展工業(yè)、交通和城市建設項目，致使在2001-2005年期間龍巖市PM10的年平均值范圍為0.120-0.138mg/m3，均超過空氣環(huán)境二級標準，近幾年政府控制了污染物的排放，進行了關停水泥廠等方面的環(huán)境污染治理措施，雖使得近年來龍巖市的PM10年日均濃度有所下降，但空氣污染現(xiàn)象仍沒有明顯的好轉情況，推測該區(qū)域空氣污染存在其他因素的影響，例如氣象因素[4]、城市揚塵等，這與包貞等[5]的研究結果類似。2006-2009年全市的年際日均濃度為0.096mg/m3，其中對照點的年日均濃度為0.056 mg/m3，市區(qū)的年日均濃度為0.098 mg/m3。市區(qū)PM10濃度是對照點的2倍左右，這說明龍巖市市區(qū)內的PM10污染仍然很嚴重，不容忽視。影響PM10排放的因素有很多，例如氣象、地質、地形等因素，本文主要研究風速對龍巖市PM10污染的影響。

2. 原理與方法

2.1研究區(qū)域簡介

龍巖市位于福建省西部，即閩西。新羅區(qū)為龍巖市中心城市，是市政府所在地，即本文的主要研究區(qū)域。龍巖市地處于丘陵河谷盆地，地形以低山、丘陵為主，地勢呈東高西低狀。區(qū)域氣候屬于亞熱帶季風氣候，溫暖濕潤，冬無嚴寒，夏無酷暑。小風、靜風頻率高，平均風速小，逆溫頻率高，且逆溫強度較大的污染氣象特征，不利于大氣污染物的擴散和遷移，造成局地環(huán)境空氣污染十分突出，冬、春兩季尤為明顯[6]。

2.2數(shù)據(jù)來源

本文所使用的基礎數(shù)據(jù)資料取自龍巖市大氣自動監(jiān)測站結果，監(jiān)測點位共四處，分別包括：龍巖師專（對照點）、龍巖市監(jiān)測站、閩西大學和龍巖學院。根據(jù)檢監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面性，取監(jiān)測時間段為2006年至2010年2月的逐日逐時PM10污染物濃度、氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)等為分析對象。

2.3分析方法

本文主要運用方差分析和相關分析來研究風速和龍巖市PM10污染物濃度的關系。方差分析是檢驗不同的處理所產生的效應之差異是否具有顯著性的統(tǒng)計學分析方法，并用F檢驗進行顯著性檢驗，研究風速對PM10濃度是否具有顯著性影響。相關分析是研究隨機變量之間相關性的統(tǒng)計分析方法，研究風速的不同水平與城市污染物濃度之間是否存在某種依存關系，并研究其相關方向以及程度[7]。

3. 案例分析

3.1龍巖市PM10污染與風速的統(tǒng)計分析

2006-2009年，龍巖市風速與PM10濃度月均值走勢如圖3.1所示。

圖3.1 龍巖市風速與PM10濃度月均值走勢圖

從圖中趨勢來看，龍巖市風速與PM10濃度整體呈負相關趨勢。從月份變化來看，1月、7月、9月、11月風速明顯高于其他月份，在這些月份前后，隨著風速的降低，PM10濃度值有相應上升的趨勢。

2006-2009年，龍巖市污染日與非污染日風速分布頻率如表3.1所示。

表3.1 污染日與非污染日風速分布頻率

分布頻率統(tǒng)計結果表明，風速小于2m/s時更易出現(xiàn)高濃度污染，特別是在風速小于1m/s時。所以，當靜風或風速很小(<2m /s)時，非常不利于大氣污染物的擴散，使得大量污染物在市區(qū)堆積，導致龍巖市區(qū)大氣環(huán)境質量惡化。

3.2龍巖市PM10污染與風速的方差分析

我們通過風速因素的方差分析來研究風速的不同水平是否對城市PM10污染物濃度產生顯著影響。下面通過風速與PM10濃度的年度日均值、冬季日均值、冬季小時均值三個水平范圍進行分析，分析情況如表3.2所示，其 中，當F>F0.01時，認為風速有高度顯著性影響，記為“**”；當F0.05

表3.2 風速與龍巖市PM10的方差顯著性分析

3.3龍巖市PM10污染與風速的相關分析

通過對風速因子與PM10濃度的年度日均值、冬季日均值、冬季小時均值三個水平范圍進行一元線性相關分析，來確定風速對城市PM10濃度的影響。這里用相關系數(shù)r來反映兩種變量之間的相關程度，分為正相關（r>0）、負相關（r<0）和無相關（r=0）。分析情況如表3.3所示，其中，當|r|>r0.01時，認為有高度顯著性相關，記為“**”；當r0.05<|r|

結論

通過上述三種分析方法，我們已經確定出風速對龍巖市PM10污染物濃度具有顯著的影響。通過對龍巖市2006-2009年各季節(jié)風速的

測定，得出龍巖市地面年際平均風速為 表3.3 風速與龍巖市PM10的相關性分析

1.31m/s，四季平均風速分別為1.22m/s、1.31m/s、1.34m/s、1.38m/s，全年風速大部分在0-2m/s之間。從季節(jié)的年際變化來看，冬季平均風速最大。一般情況下，污染物的濃度與風速呈現(xiàn)反比的關系。風速較大時，污染物在短時間內被輸送的范圍就較廣泛，空氣中污染物的擴散效果就較好，則冬季空氣質量較好；夏、秋季節(jié)風速相對較小，風對污染物的擴散能力有所減弱，空氣中污染物的濃度升高，則城市空氣質量較差。除2007年春、夏季節(jié)風速較低外，各年份季節(jié)的平均風速均大于1m/s。各風速季均值變化范圍：09h風速0.74-1.89m/s、21h風速0.49-1.61m/s、平均風速0.79-1.66m/s。可見，09h和21h風速普遍低于平均風速，表示在這兩個時間段可能更容易導致污染物的堆積，最終導致龍巖市區(qū)城市環(huán)境質量下降。

參考文獻：

[1]LIN C，PENG C.Characterization of indoor PM10，PM2.5，and ultrafine particles in elementary school classrooms: a review[J]．Environmental Engineering Science，2010，27(11):915-922．

[2]LI Y，GIBSON J M，JAT P，et al．Burden

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[3]朱志超，孔玲莉，夏鍇.武漢市PM10源解析及其對策研究.環(huán)境科學與技術[J].2009年9月.第32卷 第9期:64-67.

[4]徐鵬煒，徐喬根，蔡菊珍.杭州城市可吸入顆粒物污染與氣象條件關系的分級評價和BP神經網絡評估[J].環(huán)境污染與防治. 第31卷 第6期，2009年6月:92-95.

[5]包貞，馮銀廠，焦荔，等.杭州市大氣PM2.5和PM10污染特征及來源解析[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2010，26(2):44-48.

[6]林康.龍巖中心城市大氣污染現(xiàn)狀分析及治理對策[J].能源與環(huán)境，2008(3)：113-116.

[7]ZHOU De-ping ，QI Ying ，GAN Lu-lin ，

GAO Jie .Analysis on PM10 Pollution and Meteorological Conditions in Changchun City[J].Meteorological and Environmental Research 2010，1(6):53-56.

（作者單位：杜靜文，長春市環(huán)境監(jiān)測中心站；李延莉，吉林省環(huán)境信息中心）