分析上海市大氣顆粒物與能見度的關系

摘 要：大氣能見度是衡量區域大氣環境質量的重要指標，受氣象因素和空氣污染的雙重影響。在空氣污染因素中，造成大氣能見度降低的主要原因在于空氣中懸浮的大氣顆粒物對可見光散射和吸收所產生的消光作用。大氣能見度低不僅會迫害生態環境和人居環境，還會造成人們呼吸系統發病率的急劇上升。本文對上海市大氣顆粒物的粒度粒形、PM10質量濃度、總碳質量濃度與能見度的關系進行分析。

關鍵詞：上海市 大氣顆粒物 能見度

中圖分類號：X513 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0222-02

上海市環境空氣質量執行國家《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）。近幾年來，全市環境控制質量總體保持穩定，能夠達到國家二級標準要求，連續9年環境空氣質量優良率保持在85%以上，總懸浮顆粒物濃度基本穩定在150 ug/m3，明顯低于國家二級標準要求的200 ug/m3，同時可吸入顆粒物隨之呈逐年下降趨勢。大氣顆粒物是影響大氣能見度的重要因素，不同粒度粒形、總碳質量濃度、PM10質量濃度會對大氣能見度產生不同程度的影響。

1 大氣顆粒物與能見度的關系

常規氣象數據采用上海市松江南部新城高鐵片區環境質量觀測值，觀測時段為02時、07時、14時和19時的溫度、風速、氣壓、相對濕度、能見度及天氣現象。大氣顆粒物的粒度粒形、PM10質量濃度（粒徑<10μm的顆粒物）、總碳質量濃度均采用實地采樣觀測數據。

1.1 粒度粒形與能見度的關系

1.1.1 粒度與能見度的關系

大氣顆粒物對可見光的吸收和散射直接影響到大氣能見度，其中顆粒物的散射是降低大氣能見度的關鍵因素，并且顆粒物粒徑的變化會導致其散射特性的變化。將2010年7月1—2010年7月27日期間，采集樣品中粒度為2～4μm顆粒數百分比和大于10顆粒數百分比與日均能見度做散點圖進行分析發現：大氣能見度隨2～4μm顆粒數百分比的增大而降低，兩者成負相關，相關系數為-0.550；大氣能見度隨大于10μm顆粒數百分比的增大而提高，兩者成正相關，相關系數為0.523。由此可見，2～4μm顆粒數能夠造成大氣可見度的降低，且能見度隨著顆粒數的增多而降低。

1.1.2 粒形與能見度的關系

將2010年7月1—2010年7月27日期間，采樣日大氣顆粒物形狀因子和分維度與日均能見度進行分析發現，能見度與不規則或邊緣破碎形態顆粒物的相關性不大，而與圓形或近似圓形的顆粒物相關性較大，但是相關系數沒有通過顯著性檢驗，僅為0.436。同時，能見度與分維度的相關性不大，而與1—1.1分維度的顆粒百分比呈負相關，相關系數為-0.581。

1.2 PM10濃度與能見度的關系

細小顆粒物能夠吸收和散射可見光，且其濃度與大氣透明度呈反相關，即顆粒物濃度越高，大氣能見度越低。將2010年5月—2010年8月期間，采樣樣品PM10濃度與日均能見度做散點圖進行分析可知（如圖1），能見度與PM10濃度呈負相關，能見度隨著PM10濃度的增大而降低，相關系數為-0.609。根據此次采樣數據計算得知，PM10濃度處于0.15 mg/m3左右，能夠明顯改善大氣能見度。

1.3 總碳與能見度的關系

大氣顆粒物中的元素碳能夠吸收可見光，有機碳能夠散射可見光，這使得總碳對大氣能見度的影響程度較大。將2010年7月1—2010年7月27日期間，采樣樣品PM10中總碳濃度與大氣能見度進行相關性趨勢分析（如圖2），總碳濃度與能見度成負相關，能見度隨著總碳濃度的增大而降低，相關系數為-0.652。根據此次采樣數據計算得知，總碳濃度控制在0.01～0.1 μg/m3之間，大氣能見度可保證在3～10km之間，且總碳濃度在0.03 mg/m3范圍內變化時，其對應的能見度也會出現明顯變化。

2 上海典型日粒度粒形、PM10濃度、總碳濃度與能見度的關系

2.1 浮塵天氣粒度粒形、PM10濃度、總碳濃度與能見度的關系

2011年5月1日，上海市受北方沙塵的影響區域繼續向東、向南擴散，致使空氣中的顆粒物濃度急劇上升，出現浮塵天氣，大氣能見度降低，達到輕度污染的標準，尤其在崇明縣、閘北區、虹口區等區域的浮塵天氣更為嚴重。對當日能見度與大氣顆粒物的粒度粒形、PM10濃度、總碳濃度的關系進行相關性分析發現，受沙塵天氣的影響，大氣顆粒物的粒度均值偏小，顆粒粒徑在6～10μm范圍內的變化較大，多為礦物顆粒；PM10濃度值較高，高于年均的3.5倍；總碳濃度高于年均1.2倍。由此說明，總碳濃度受PM10濃度的影響，伴隨著PM10濃度的增大而提升，進而使浮沉天氣的能見度降低。

2.2 霾天氣粒度粒形、PM10濃度、總碳濃度與能見度的關系

2011年5月17日，上海市有霾天氣，空氣質量為三級，達到輕度污染的標準，當天能見度為5～7 km。對當天能見度與粒度粒形、PM10濃度、總碳濃度的關系進行分析，受霾天氣的影響，大氣顆粒物的均值明顯減小，僅為年均值的48%，顆粒粒徑在6～10 μm范圍內的百分比明顯降低，由此可知，大氣能見度隨細小顆粒物的增多而降低；PM10濃度、總碳濃度為年均值的3倍和4倍，可見，大氣能見度隨PM10濃度、總碳濃度的增高而降低。這也是造成霾天氣能見度降低的主要因素。

3 結論

通過分析上海市松江區大氣顆粒物與能見度的關系得出以下結論：不同粒度粒形與能見度的關系不同，能見度與2～4μm顆粒數百分比成負相關，與10μm顆粒數百分比成正相關，與1—1.1分維度的顆粒百分比呈負相關；能見度與PM10濃度呈負相關；能見度與總碳濃度成負相關。當PM10濃度控制在0.15 mg/m3左右，總碳濃度控制在0.03 mg/m3范圍內時，大氣能見度能夠得到良好改善。

參考文獻

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