淺析忠縣城區可吸入顆粒物濃度與氣象條件的關系

張君卓 李凱

（1重慶市第二十九中學 重慶 400043 2忠縣生態環境監測站 重慶 404300）

淺析忠縣城區可吸入顆粒物濃度與氣象條件的關系

張君卓1李凱2

（1重慶市第二十九中學 重慶 400043 2忠縣生態環境監測站 重慶 404300）

本文利用重慶市忠縣城區空氣自動監測站2015年的監測數據，分析了溫度、濕度、風速、氣壓、降雨量等氣象條件與可吸入顆粒物的濃度變化關系。結果表明，可吸入顆粒物濃度與溫度、降雨量呈負相關，與氣壓呈正相關。氣壓、溫度和降雨量成為影響忠縣城區可吸入顆粒物濃度變化的主要氣象條件。

可吸入顆粒物；氣象條件；污染物

引言

隨著城市化進程的加快，縣級城市的建成區面積也在逐年擴大。隨之而來的城市大氣環境污染，已經成為困擾縣級城市發展的主要環境問題。在常規大氣質量評價指標中，首要污染物基本上都是可吸入顆粒物。可吸入顆粒物污染是引起城市霧霾天氣的主要原因[1]，冬春季是城市霧霾的高發期[2]。目前，針對城市各類大氣污染現象的研究很多，污染成因、與氣候因子的關系、污染物組成及時空變化等成為研究的熱點[3-5]。本文以重慶市忠縣為例，對城區環境空氣自動監測站2015年連續一年的監測數據和氣象參數進行了分析研究，對主要污染物濃度和氣象因子特征進行了分類分析，為大氣環境污染控制與管理提供科學依據。

1 區域、數據與方法

1.1 研究區域

忠縣位于重慶市東中部，地處三峽庫區腹心地帶。境內呈“三山兩槽”地形，縣城依山傍水，是三峽庫區唯一留存的“半淹縣城”。忠縣屬亞熱帶東南季風區山地氣候，經常受到季風環流的侵襲，夏季受暖濕的熱帶海洋性氣團影響，降雨主要集中在5～10月；冬季屬于大陸性干冷氣團控制，降雨稀少[6]。常年主導風向為東北風。

環境空氣質量自動監測站位于忠縣縣城新華路移民局辦公樓頂（以下簡稱新華路自動站），全天24小時連續監測城區大氣環境質量。

1.2 監測儀器及數據

新華路自動站配置的儀器分別是：綜合氣象參數觀測儀和美國Metone公司生產的BAM-1020測量可吸入顆粒物PM10，可吸入顆粒物監測數據為2015年連續監測數據，氣象數據來源于新華路自動站。

1.3 監測數據的統計與處理

每日監測數據最小統計單位為小時值，每日中午12時至次日中午12時為一個監測日。利用SPSS13.0統計軟件對各參數進行統計分析，SigmaPlot作圖。

2 數據結果分析

2.1 污染物的時間變化趨勢

2015年忠縣城區環境空氣首要污染物為可吸入顆粒物PM10，年均值達到國家環境空氣質量二級標準。從空氣污染指數（API）看，全年空氣質量達到優良的有325天，占89%；達到污染的有40天，占11%。第5～11月空氣質量較好，均達到優良。1月空氣質量最差，占全年污染日的60.5%。

可吸入顆粒物呈現明顯的季節變化特征，1～8月可吸入顆粒物月均值呈逐月下降趨勢，9～12月呈明顯上升趨勢，以8月為最低，1月為最高（見圖2）。可吸入顆粒物日均值超標率10.4%，主要集中在12月和1～4月的冬春季。

2.2 可吸入顆粒物與氣象條件的關系

2.2.1 風速

忠縣具有三峽庫區典型亞熱帶季風氣候。冬季干旱少雨，靜風時間多，夏季多雷雨強對流天氣，風速較大。風速年均值為0.6m/s，日均值變化在0～2.5m/s之間。忠縣城區的可吸入顆粒物濃度全年月變化與風速呈中等負相關，其相關系數為-0.425（見表1）。

分時段分析，在可吸入顆粒物濃度較高的1、2、3、4、12月，其濃度月變化與風速呈顯著負相關關系，其相關系數為-0.81；而在在夏秋季的5～11月，可吸入顆粒物濃度月變化與風速呈負相關關系就較弱，其相關系數為-0.61。冬春季降雨偏少，可吸入顆粒物的稀釋擴散主要依靠空氣流動，因此風速越大，空氣流動越強，可吸入顆粒物濃度就相對降低。反之，風速小，空氣流動性差，不利于污染物擴散，易造成可吸入顆粒物污染的積聚，濃度升高。夏秋季，降雨多，風速與污染物濃度的相關性減弱。（見圖1）。

表1 可吸入顆粒物與氣象因子的相關性

2.2.2 濕度

可吸入顆粒物濃度月變化與濕度呈弱的負相關，其相關系數為-0.118，相關性不高。忠縣濕度年均值為71.5，最大值為87.3，最小值為42.7。濕度變化對污染物濃度影響不大。在夏秋季降雨量增加，濕度上升，降雨沖刷使可吸入顆粒物濃度下降；但冬季氣象條件穩定，降雨少，空氣流動性差，污染物不易擴散，當濕度增加時，顆粒物作為水汽的凝結核，易產生污染天氣（見圖2）。

2.2.3 溫度

2015年忠縣年均溫度為18.6℃，日均值變化范圍在6.6～35.0℃之間。可吸入顆粒物濃度月變化與溫度呈負相關關系，其相關系數為-0.769，相關性較好。夏秋季，地面溫度高，大氣的垂直運動加大，有利于污染物的擴散稀釋，可吸入顆粒物濃度降低；冬春季，地面溫度低時，情況相反，可吸入顆粒物濃度上升（見圖3）。

2.2.4 氣壓

可吸入顆粒物濃度月變化與氣壓呈正相關關系，其相關系數為0.661，相關性較好。氣壓和可吸入顆粒物濃度的變化趨勢大致相同。忠縣氣壓年均值98.3kPa，日均值變化范圍為96.7～100.4kPa。夏季主要受熱帶低壓影響，風速大，有利于污染物擴散；冬季主要受高壓系統控制，容易造成可吸入顆粒物污染的本地積聚，不易擴散，其濃度升高（見圖4）。

2.2.5 降雨量

可吸入顆粒物濃度月變化與降雨量呈負相關關系，其相關系數為-0.574，相關性較好。2015年忠縣年均累計降雨量1300mm，日均值范圍2.1～91.4mm。4、7、8三個月降雨量月均值大于18mm，降雨有利于稀釋大氣中可吸入顆粒物，加之夏季空氣對流強，加速空氣流動，帶動污染物迅速擴散。因此，降雨對污染物有較好的稀釋與擴散作用，使其濃度降低；冬季降雨較少，空氣對流差，易導致污染物濃度較高（見圖5）。

圖1 PM10月均濃度變化與風速的關系

圖3 PM10月均濃度變化與溫度的關系

圖2 PM10月均濃度變化與相對濕度的關系

圖4 PM10月均濃度變化與 氣壓的關系

圖5 PM10月均濃度變化與降水量的關系

結論

（1）可吸入顆粒物濃度與溫度、降雨量呈負相關，與氣壓呈正相關。與風速等氣象條件的相關性隨季節不同而不同。與濕度的相關性不強。形成這種關系的原因與當地的不同季節的氣象條件有密切關系。夏秋季太陽輻射強，氣溫較高，受熱帶低壓影響，大氣對流活動旺盛，逆溫少，大氣擴散條件好，降雨日多且降雨量大，對污染物質清除作用明顯。冬春季氣溫較低，受高壓系統控制，逆溫頻率高且強度大，靜風頻率高，大氣對流不活躍，不利于污染物擴散，導致環境空氣中污染水平整體偏高，超標較嚴重。

（2）忠縣地處三峽庫區腹心地帶，具有庫區典型的氣候特征。屬于亞熱帶季風氣候，只有當夏季暖濕的熱帶海洋性氣團到達時，才可能產生大量降雨。冬季屬于大陸性干冷氣團控制，降雨稀少，降雨主要集中在夏半年（5～10月）。氣壓、溫度和降雨量成為影響忠縣城區可吸入顆粒物濃度變化的主要氣象條件。

[1]馬廷.可吸入顆粒物時空變異性及影響因素分析[J].地理科學進展,2006,1:72-81.

[2]潘建國,曹軍驥,麥潮安,李順誠.珠海空氣中可吸入顆粒物的時空變化特征[J].環境科學研究,2003,5:41-43.

[3]桑建人,劉玉蘭.銀川市可吸入顆粒物來源解析[J].氣象科學,2005,1:40-47.

[4]劉慶陽,劉艷菊,趙強,張婷婷,張美根,王存美.2012年春季京津冀地區一次沙塵暴天氣過程中顆粒物的污染特征分析[J].環境科學,2015,8:2843-2850.

[5]芮冬梅,陳建江,馮銀廠.南京市可吸入顆粒物來源及防治對策[J].環境科學導刊,2008,1:77-79.

[6]徐之華,黃健民.長江三峽庫區氣候特征與生態環境[J].四川氣象，2002,81(3):22-24.

張君卓（2000-），女，重慶市渝中區學生，業余從事環境科學研究。

李凱（1985-），男，碩士，主要從事環境監測與管理。