上海市PM2.5濃度變化特征及其對氣象變化的響應研究

孫嘉文+方海羽

摘 要：該文通過統計2014年1月至2016年12月上海市PM2.5 質量濃度的日觀測數據，對上海市PM2.5 濃度變化特征及其對氣候變化的響應進行了分析。結果表明：（1）PM2.5濃度最高的季節是冬季、最低的季節是夏季；（2）PM2.5月均濃度變化，1月份超標嚴重，8月份最低。通過月距平分析，6月至10月距平值為負，空氣PM2.5月平均濃度達標；（3）PM2.5濃度與最高溫度、最低溫度、降水量、相對濕度均成負相關性關系。

關鍵詞：PM 2.5；濃度變化；氣象因素；上海市

中圖分類號 X831 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）21-0085-02

Variation Characteristics of PM2.5 Levels and the Influence of Meteorological Conditions in Shanghai

Sun Jiawen et al.

（High School Affiliated to Shanghai Jiao Tong University ，Jiading Campus，Shanghai 201821，China）

Abstract：Data of Particulate matter （PM2.5）in Shanghai city from January 2014 to December 2016 were used to study the Change characteristics and their influencing factors. The effects of temperature，relative humidity and Rainfall were included. The results showed that the seasonal variation of PM2.5 concentration was significant，the highest concentration is winter and the lowest is summer. The monthly average PM2.5 concentration reached the maximum in January，and the minimum in August.Anomalies value is negative from June to October，monthly average concentration reached the class of the national air quality standard. Further analys is related to meteorological elements found that the temperature，relative humidity and rainfall is negatively correlated with PM2.5 concentration.

Key words：PM2.5；The level of concentration；Meteorological conditions；Shanghai

近年來，隨著城市化進程的加快，空氣污染成為城市發展面對的現實情況，空氣主要污染物主要為可吸入顆粒物，特別是PM2.5（指空氣中微粒的直徑≤2.5μm，這種微粒可以直接進入肺部），不但造成霧霾天氣，還引起嚴重的健康問題，包括心血管疾病、呼吸道疾病率、肺病以及兒童的哮喘發病率的增加[1-2]。因此，對PM2.5問題已成為政府及社會各界關注的問題。

作為中國經濟最發達的城市之一的上海，因為空氣中PM2.5濃度增加，發生霧霾天氣次數增加，這不但對上海交通、城市建設等社會發展造成負面影響，而且也不利于市民的身體健康。已有相關學者對上海市的空氣污染進行了相關研究，并取得了一定的成果。例如：通過對上海工業污染源的研究，進行了PM2.5工業源譜的測定[3]；對上海市PM2.5的濃度分布、污染物來源及健康風險評估進行了研究[4-8]；針對PM2.5持續重污染過程，采用大氣化學模式進行模擬研究等[9]。相關學者的研究，為揭示上海市空氣污染現狀，構建空氣污染評價體系，以及減輕空氣污染造成的市民健康、社會經濟運行的負面影響做出有益的研究。然而，單獨針對造成霧霾天氣的大氣顆粒物PM2.5濃度的時間變化特征及與氣象變化對PM2.5濃度影響尚需進一步研究。本文主要通過對PM2.5濃度的時間變化特征分析，并通過與最高溫度、最低溫度、降水、相對濕度進行相關分析，以對上海市PM2.5濃度時間序列變化特征進行研究，為上海市空氣污染控制、減緩提供科學幫助。

1 材料與方法

1.1 數據來源 PM2.5濃度的監測數據主要來自中國國家環境監測總站。氣象數據來自國家氣象局。本研究的時間為2014年1月1日至2016年12月31日時間段內政府對大氣環境中的PM2.5發布的數據，數據為日數據。

1.2 數據處理 PM2.5收集數據即為PM2.5的日均值，再根據所得的日均值求得月均值，根據月均值求得季均值。3—5月設為春季，6—8月設為夏季，9—10月設為秋季，12月及次年1至2月為冬季。鑒于我國空氣質量標準關于PM2.5，只設有日及年標準。為研究需要，本文參考相關文獻[10]，運用公式（1），計算出月、季標準值。

[C1C2=T2T1a ] （1）

式中：C1為年國家標準，C2為日國家標準，T2為365日；T1設為1日。將PM2.5的日標準值、年標準值代入（1）式中，計算出a=-0.131。再分別帶入月、季的天數，可推出PM2.5月質量限值為48.33μg/m3，季節質量限值為41.94μg/m3。endprint

采用了Excel 200對所獲取的數據進行了統計與分析。

2 上海市PM2.5濃度時間特征分析

2.1 PM2.5濃度季節變化情況 上海市城區不同季節的PM2.5平均濃度和國家標準存在顯著性差異（如圖1所示）。根據PM2.5濃度四季變化，冬季濃度最高，是季節標準限值（41.94μg/m3）的1.67倍，達到了69.98μg/m3，遠高于春、夏、秋三季。其次是春季，平均濃度是53.84μg/m3，是標準值的1.28倍；夏季和秋季濃度最低，平均濃度分別為40.41μg/m3，38.47μg/m3，是標準值的0.96和0.91倍，達到空氣質量標準。從不同年度來看：4個季節平均濃度最高的是2015年冬季，其次為2014年冬季，最小為2016年夏季，即76.38μg/m3>66.9μg/m3>32.27μg/m3。年季節最高值與最低值相差2.37倍。

2.2 PM2.5逐月變化情況 上海市2014—2016年PM2.5月均濃度變化趨勢如圖2所示。從總體來看PM2.5月均濃度變化在不年份變化存在變異。在2015年變化趨勢呈現U分布，先下降后上升，其中1月平均濃度最高，12月次之，并且1—9月，濃度值呈快速下降趨勢，7—8月，濃度值上下波動很小，濃度值較低，10月隨著溫度的降低，濃度開始上升，10—12月出現快速升高的變化趨勢。從全年來看8月的PM2.5月均濃度份最低，低月于標準值48.33μg/m3。相對2015年，2016年月均濃度曲線相對2015年較低，達到國家標準的月份較2015年多，但是月份之間變化差異較2015年大。2014年月份變化介于2015年、2016年之間。

距平分析是時間變化的濃度相對于平均濃度偏差的一種分析方法，有正偏差和負偏差2種。距平值為正值的季節的濃度高于標準月濃度值，PM2.5表示空氣濃度超標；距平值為負值的濃度就低于標準月濃度值，表示空氣質量達標。如圖3中體現的是3年各個月的距平值。從圖3可以看出，1—5月的距平值正值較多，而且在6—10月距平值為負，空氣PM2.5月平均濃度達標。

3 上海市PM2.5濃度對氣象變化的響應

上海市氣溫四季變化明顯。由圖4可知，根據2014—2016年上海市月均最高溫度、最低溫度與月PM2.5質量標準分析得出，空氣中PM2.5濃度隨溫度降低而增加，在冬季達到全年的濃度高值；6—10月，隨著溫度的增加，而PM2.5濃度減小。二者表現為負相關關系。

上海頻臨東海，臺風在夏季經常出現，因此多風多降雨，表現為季風性氣候。根據圖5可知，月PM2.5濃度與月均降雨，同樣表現為負相關關系。由于空氣中PM2.5主要為微粒，其消除方式主要為濕沉降。在夏季，當降雨增加，PM2.5由于濕沉降而濃度減少。因冬季干燥少雨，PM2.5由于濕沉降減少而濃度增加。上海冬季相對濕度低，夏季多風多雨水，相對濕度大。如圖6所示，相對濕度與PM2.5表現為負相關性。即空氣中PM2.5濃度隨相對濕度降低而增加，在冬季達到全年的濃度高值；6—10月，隨著相對濕度的增加，而PM2.5濃度減小。

4 討論與結論

（1）PM2.5濃度的季節變化規律：濃度值從高到低依次是冬季、春季、秋季和夏季，平均濃度分別是：69.98μg/m3、53.84μg/m3、40.41μg/m3和38.47μg/m3。

（2）PM2.5月均濃度變化規律：2014—2016年PM2.5月均濃度，其中1月份超標嚴重。8月份最低，平均濃度為32.2μg/m3。通過月距平分析，6—10月距平值為負，空氣PM2.5月平均濃度達標。

（3）PM2.5濃度對氣象變化的響應：PM2.5濃度污染物PM2.5濃度隨氣溫變化顯著，且與溫度呈明顯的負相關性。同樣與月平均降水量、相對濕度的關系，表現為負相關性。原因主要是溫度高空氣對流明顯，有利于PM2.5擴散，溫度低，有利于PM2.5的聚集。通過降雨的濕沉降是PM2.5的主要清理方式。

對相對濕度而言，當空氣中水分很高，但是達不到降雨條件時，會造成空氣中PM2.5匯集，PM2.5濃度會隨著空氣中水分增加而濃度加大。雖然氣象條件影響著PM2.5的濃度分布，但是不同氣象條件對PM2.5濃度影響的程度尚不明確，因此，氣象條件對PM2.5影響的定量化研究是下一步研究的重點。

參考文獻

[1]吳明紅，陳謬璐，陳祖怡，等.多環芳烴在上海近郊大氣顆粒物（PM2.5和PM10）中的污染特征、來源及其健康風險評估[J].上海大學學報，2014，20（4）：521-529.

[2]高軍，房艷兵，張旭.灰霾天氣條件下上海地區冬季居住環境PM2.5濃度及呼吸暴露分析[J].綠色建筑，2014（01）：31-34.

[3]鄭玫，張延君，閆才青，等.上海PM2.5工業源譜的建立[J].中國環境科學，2013（08）：1354-1359.

[4]姚振坤，馮滿，呂森林，等.上海城區和臨安本底站PM2.5的物化特征及來源解析[J].中國環境科學，2010（03）：289-295.

[5]金嬋，張桂林，李愛國，等.上海地區PM10和PM2.5中鐵元素的種態研究[J].核技術，2006（06）：410-415.

[6]焦艷，張仁健，傅剛，等.上海冬季PM2.5及氣溶膠光學特性的觀測研究[J].地球環境學報，2012（05）：1097-1103.

[7]王東方.上海冬春季PM2.5中不揮發和半揮發顆粒物的濃度特征[J].中國環境科學，2013（03）：385-391.

[8]周昂，韓曉非，葛元新.上海西南郊區PM2.5污染狀況研究[J].北方環境，2013（12）：64-67.

[9]常爐予，許建明，周廣強，等.上海典型持續性PM2.5重度污染的數值模擬[J].環境科學，2016（03）：825-833.

[10]魏疆，王國華，任泉，等.烏魯木齊市大氣污染物濃度計量模型研究[J].干旱區研究，2011，28（5）：896-900. （責編：張宏民）endprint