降雨對PM2.5濃度的影響及人工降雨降低PM2.5濃度的探討

湯天然，陳建楠，李廣前，朱 彬

(1.南京信息工程大學大氣科學學院，江蘇 南京 210044;2.南京信息工程大學大氣物理學院，江蘇 南京 210044)

1 引言

大氣顆粒物(particulate matter，PM)是大氣中主要的空氣污染物之一，也是目前對我國大多數城市空氣質量造成影響的主要污染物，而其中我們將大氣顆粒物中空氣動力學直徑小于等于2.5μm的細顆粒物(fine particulate matter)，稱為PM2.5。其易導致霧霾天氣造成能見度下降，并且其攜帶大量有毒有害物質，會對人體健康造成不良影響。同時，有研究表明空氣中通過呼吸進入人體內的微量污染物，潛在危害要比飲用含有等量污染物的水和食物更大［1］。大氣中PM2.5濃度不但與污染源有關，氣象條件也對PM2.5濃度變化有重要的影響［2－6］。研究表明當污染源相對穩定時，氣象條件是影響PM2.5的重要因素［7］，不利于顆粒物擴散和沉降的氣象條件則會導致PM2.5濃度升高［8］，而有利的氣象條件則會降低PM2.5濃度。在大氣污染物中，水溶性有機物約占PM2.5有機物總量的20% ～80%［9］。并且，相對濕度高的空氣導致顆粒物表面對氣態污染物更容易吸附，使得NH3、NOx、HNO3等污染氣體易于吸收或吸附在顆粒表面［10］。而水溶性有機物以及NH3、NOx、HNO3都有易溶于水的特性，所以它們與空氣中不可溶的懸浮的細顆粒物，都會在降雨時隨雨滴沉降到地面，即濕沉降現象。但是一些觀測資料分析發現，并非所有下雨當天的PM2.5濃度必然會降低。這是因為大氣穩定度、相對濕度、風速、降雨等等氣象條件相互影響，并對PM2.5的污染物的擴散、輸送和積聚的影響機理不同所致［11］。本文根據2013年6月份南京市逐日的PM2.5濃度觀測資料，以及同期的氣象數據，分析了PM2.5與降雨、風速和相對濕度之間的關系。對如何科學的選擇適宜天氣條件，利用人工降雨方法來降低PM2.5濃度進行探討。

2 資料

本文應用了2013年6月份南京逐日PM2.5觀測數據，來源于國家空氣質量自動監測網設于南京市的9個監測點。同期的氣象觀測資料來自于南京市氣象站。

3 結果與分析

3.1 PM2.5日變化與氣象條件關系

通過分析南京市區2013年6月9個站環境監測站的PM2.5日平均變化規律(圖1)，發現這9個站的日變化總體規律相近，僅僅是在站與站之間的存在極小的差值，于是將其平均后，以平均值的變化規律代表南京市該年6月的PM2.5的變化規律。并且，引入南京市6月份逐日的風速、降雨以及相對濕度的變化，與同期PM2.5濃度變化進行比較分析。

圖1 南京市區九個站6月份逐日PM2.5監測值的變化

根據圖2、圖3、圖4，我們發現，在無降雨、低風速時，南京的PM2.5濃度較高;在6月7—9日3 d的降水過程中，降雨量與PM2.5的變化呈負相關.但在6月23—25日這3 d，卻發現雖然也出現降水，南京的PM2.5觀測值在23、24日并沒有因為降雨而減少，反而在24日有一個升高的趨勢。反查6月23—24日的能見度情況發現了24日有霧霾天氣(見表1)。這是在高濕、靜風的天氣條件下容易使空氣中水汽出現過飽和而凝結成霧。因此，雖然23日的降雨對減緩PM2.5的升高有一定作用，但是降雨也導致了近地面濕度增加，在較高的相對濕度和靜風的氣象條件下形成了霧霾天氣;另一方面，這種天氣條件下細顆粒污染物不易擴散稀釋，顆粒物不斷累積，形成霾污染［12］。

根據圖2、圖3、圖4及表1、表2的風速、降雨、相對濕度可見，24日由于降雨量低(2.1 mm)，夏季氣溫較高以及當日與前日的水汽蒸發，導致相對濕度較高(約90%)，且較小的風速(約1～3 m/s)不利于顆粒物擴散。而且由于南京工廠、車輛較多，排放較大，所以空氣中的細微顆粒排放較多，導致了當時的霧霾天氣及較高PM2.5濃度。而隨著25日的降雨量增加(54.3 mm)，溫度下降，風速加大(2～7 m/s)，不利于霧霾的生成以及PM2.5指數的降低。回溯到6月6—9日，也能發現這種規律。隨著7、8日的降水，氣溫降低，每天的風速較大，這幾天天氣條件不利于霾的產生，PM2.5明顯下降。

表1 南京站2013年6月23、24日氣象觀測資料

表2 南京站2013年6月25日氣象觀測資料

而隨著9日氣溫回升，風速降低，PM2.5又有上升趨勢。通過分析可知，在風速較大、氣溫不高的情況下，降雨可以對降低PM2.5濃度能夠起到很大的促進作用。

4 結論與討論

綜上所述，降雨雖然能依靠其濕沉降作用使PM2.5減少，但在風速較小、濕度較大的時候，降雨對PM2.5濃度的影響并不顯著。一般在風速較大的時候，有利于PM2.5等污染物稀釋擴散，如果在這種條件下再有降雨，即使降水過后水汽蒸發導致近地面濕度增加，較大的風速和降雨的共同作用可以對當日PM2.5濃度降低起很大的促進作用。

如果應用人工增雨方法達到減少某地區PM2.5的目的，需要根據作業區的條件制定方案。夏季在風速小、溫濕度大的天氣條件下，用人工增雨的作用僅僅能在降水區域短時間內降低PM2.5濃度，而隨著時間推移，當日的PM2.5平均濃度不僅不一定會降低，反而有可能因為大量地面水氣的蒸發，氣溶膠難以擴散可能導致PM2.5數值升高。如果在風速較大的時候開展人工降雨，特別有助于降低當日的PM2.5濃度，所以，如果在氣溫、風速條件好的情況下進行人工降雨或增雨作業，在風力促進擴散污染物的同時，污染物也因降雨得到沉降，因此可以對當日甚至未來幾天的PM2.5濃度減少起到積極促進作用。

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