北京市石景山區PM.濃度變化特點及與溫、濕關系的初步探究

李輝+宋巧云+朱立+苗鳳梅+李朝+許明

摘 要：為研究近兩年來石景山地區PM2.5濃度變化特征，典型霧霾天氣過程發生時，石景山地區PM2.5濃度如何變化，與氣象要素如氣溫、相對濕度之間的關系并提高業務人員對霧霾天氣的認識和預報預警水平，本項目利用2013年6月-2015年10月的石景山區PM2.5資料分析了其時間變化特征及與相關氣象要素的關系。通過分析發現石景山區PM2.5濃度日變化在08-12、19-01時是一天中的兩個波峰，這與地表溫度及湍流運動有關；PM2.5濃度相對濕度呈顯著正相關，而高濃度PM2.5集中在氣溫的特定范圍內。

關鍵詞：石景山區；PM2.5；相對濕度；氣溫

中圖分類號：X16 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）33-0037-02

引言

近年來我國區域性霧霾天氣日益嚴重，持續性重霧霾天氣頻發、多發，不但給城市環境和交通帶來嚴重影響，而且嚴重威脅人民群眾的身體健康，被社會廣泛關注。劉麗偉等[4]利用大氣污染監測資料、常規氣象觀測資料及NCEP再分析資料，對2013年1月9-17日京津冀地區一次嚴重霾天氣過程特征及其氣象條件的關系進行分析，結果表明近地面較小的風速和低層相對濕度小于90%為霾的形成提供了有利條件。呂效譜等[5]分析了我國2013年1月份大范圍霧霾成因及特

點，對霧霾期間我國8個重點城市大氣細顆粒物（PM2.5）濃度、霧霾與氣象因素的關系等進行分析。結果顯示高濕、逆溫、低壓、靜風等氣象條件有利于霧霾的形成。王業宏等[6]利用山東省70個臺站1961-2005年地面氣象觀測資料，對山東省45年來霾日數時空變化的氣候特征進行了診斷分析。結果表明：霾天氣發生時能見度主要在5～10km，相對濕度主要為70%～90%；霾日數的變化與氣溫成正比，與降水量、風速呈反比。曹偉華等[7]利用北京地區高時間分辨率觀測資料對2009年11月3～8日一次持續性霧霾天氣過程中的氣象因素和氣溶膠演變特征進行分析。結果表明，相對濕度和PM2.5濃度是決定能見度大小的兩個關鍵影響因子。

近兩年來石景山地區PM2.5濃度呈現何種變化特征？典型霧霾天氣過程發生時，石景山地區PM2.5濃度如何變化？與氣象要素如氣溫、氣壓、風速、相對濕度之間的關系如何？為提高業務人員對霧霾天氣的認識和預報預警水平，本項目利用2013年6月-2015年10月的石景山區PM2.5資料分析了其時間變化特征及與相關氣象要素的關系。

1 資料與方法

1.1 資料

PM2.5數據：（1）2013年6月1日-2015年10月31日石景山區控站PM2.5濃度小時數據。

氣象數據：2013年6月1日-2015年10月31日石景山國家氣象觀測站日平均氣溫，日平均相對濕度。

1.2 方法

本研究統計分析了2013-2015年石景山地區PM2.5濃度的逐日、逐月、季節、年變化情況，并使用同時期石景山氣象要素數據，分析了PM2.5濃度與氣溫、相對濕度之間的關系，總結霧霾天氣發生發展前后氣象條件的變化情況，以期為霧霾或重污染天氣的預報預警積累經驗。

2 石景山區近兩年來PM2.5濃度變化特征

圖1是石景山一天之中各時次PM2.5濃度變化的平均情況。可知，各站PM2.5濃度在08-12、19-01時是一天中的兩個波峰，PM2.5濃度較大，其中19-01時的波峰非常明顯，峰值濃度高于最低值約20μg/m3，08-12時的波峰較小，峰值濃度較低。其中夜間的高濃度時段可能與入夜后氣溫下降，相對濕度增加有一定的關系。同時，日落后，地表溫度降低，湍流運動變弱，不利于PM2.5上下交換，擴散。日出后，地表溫度增高，遄流運動增強，利于PM2.5上下交換，擴散。

3 石景山地區PM2.5濃度變化與同時期氣象要素關系分析

3.1 石景山地區PM2.5變化特征與地面相對濕度的關系分析

由圖2可見，PM2.5與相對濕度呈顯著正相關，且相關性較強。分析PM2.5濃度與當日地面2m相對濕度發現，隨著PM2.5濃度的升高，其相對濕度閾值范圍呈減小趨勢，尤其是閾值下線減小幅度明顯。圖中顯示PM2.5濃度大于250μg/m3時，相對濕度全部在55%-90%范圍之間，也就是說相對濕度在50%以下時，基本不會出現PM2.5超過250μg/m3的情況，其中落在70%-85%之間的頻次更高。此外，圖中還顯示當相對濕度小于30%時，PM2.5濃度所有樣本均在130μg/m3以下。PM2.5濃度與相對濕度有明顯的相關關系，空氣相對濕度越大，出現高濃度污染的可能性越大。

3.2 石景山地區PM2.5變化特征與日平均氣溫的特征分析

圖4可知當平均氣溫>20℃時，PM2.5濃度<200μg/m3；當PM2.5濃度>200μg/m3時，平均氣溫主要在-3℃到20℃之間，其中日平均氣溫在4到14℃區間時，目前沒有PM2.5濃度高于260μg/m3的樣本。

圖5為PM2.5濃度與24h變溫的變化特征，分析發現，PM2.5濃度>250μg/m3時，變溫均在[-2，3]之間，其中正變溫的樣本數更多，說明變溫小，尤其是出現弱的正變溫時，更容易出現高濃度的污染天氣。同樣，當變溫絕對值小于2時，也有很多樣本是PM2.5低濃度，說明高濃度污染天氣是多種氣象要素綜合決定的結果。

4 結束語

使用2013年6月1日-2015年10月31日石景山地區PM2.5濃度數據及同時期溫、濕等氣象要素進行對比分析發現PM2.5濃度的日變化與溫度、濕度有較明顯的相關關系，具體分析結果如下：

石景山區PM2.5濃度日變化在08-12、19-01時是一天中的兩個波峰，其中19-01時的波峰非常明顯，08-12時的波峰較小。這與日落后，地表溫度降低，湍流運動變弱，不利于PM2.5上下交換、擴散有關。

與地面相對濕度的關系：PM2.5與相對濕度呈顯著正相關，且相關性較強。PM2.5濃度大于250？滋g/m3時，相對濕度全部在55%-90%范圍之間。空氣相對濕度越大，出現高濃度污染的可能性越大。

與日平均氣溫的特征分析：當PM2.5濃度>200μg/m3時，日平均氣溫主要在-3℃到20℃之間。但日平均氣溫在4到14℃區間時，目前沒有PM2.5濃度高于260μg/m3的樣本。分析與24h變溫特征關系發現，PM2.5濃度>250μg/m3時，變溫均在[-2，3]之間，其中正變溫的樣本數更多，說明變溫小，尤其是出現弱的正變溫時，更容易出現高濃度的污染天氣。

參考文獻：

[1]吳慶梅，劉卓，等.外來源影響北京地區空氣質量的典型個例分析[J].氣象與環境學報，2016，32（5）：25-31.

[2]高怡，張美根.2013年1月華北地區重霧霾過程及其成因的模擬分析[J].氣候與環境研究，2014，19（2）：140-152.

[3]楊宏斌，鄒旭東，等.大氣環境中PM2.5的研究進展與展望[J].氣象與環境學報，2012，28（3）：77-82.

[4]劉麗偉，李文才，等.京津冀地區一次嚴重霾天氣過程及其影響因素分析[J].氣象與環境學報，2015，31（3）：35-42.

[5]呂效譜，成海容，等.中國大范圍霧霾期間大氣污染特征分析[J].湖南科技大學學報（自然科學版），2013，28（3）：104-107.

[6]王業宏，盛春巖，等.山東省霾日時空變化特征及其與氣候要素的關系[J].氣候變化研究進展，2009，5（1）：24-28.

[7]曹偉華，梁旭東，李青春.北京一次持續性霧霾過程的階段性特征及影響因子分析[J].氣象學報，2013，71（5）：940-951.endprint