玉溪市大氣中PM2.5與氣象參數的相關性研究

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玉溪市大氣中PM2.5與氣象參數的相關性研究

周曉芳，魯廣秋，李澤淵，陳松濤，王淑凡
(玉溪師范學院資源環境學院，云南 玉溪 653100)

以玉溪師范學院校園的空氣質量為研究對象，選擇校園中具有代表性的6個監測點，于2016年2—4月采集PM2.5樣品進行測定和分析，同時與玉溪市2016年1—12月的PM2.5含量做對比。結果表明，玉溪師范學院PM2.5濃度在34～71 μg/m3，AQI在49～95，與玉溪市2016年2—4月AQI相比略高，但總體環境空氣質量為良好。PM2.5濃度與氣象參數的相關性分析結果說明， PM2.5濃度隨時間變化趨勢平穩；PM2.5濃度與氣溫呈正相關，與濕度呈負相關。

PM2.5；氣象參數；相關分析；玉溪

霧霾問題的出現使空氣污染倍受關注。大氣中空氣動力學直徑≤2.5μm的顆粒物稱為PM2.5，也稱細顆粒物[1,2]。PM2.5可直接吸入至支氣管和肺泡中，由其引發的空氣污染及健康風險近年來得到國內外的廣泛研究[3-6]。有研究表明，PM2.5除了對人類健康有極大影響外，還對云層形成、大氣輻射、大氣光化學反應等影響全球氣候變化的因素起著重要作用[7-9]。

玉溪市地處云南省滇中地區，屬中亞熱帶半濕潤冷冬高原季風氣候，環境舒適，氣候宜人。坐落在玉溪市市區的玉溪師范學院，是一所以“環境友好和資源節約”為建設理念，“創新、協調、綠色、開放、共享”為發展指引的綠色校園。本文以玉溪市PM2.5為研究對象，通過收集玉溪市2016年PM2.5月平均值、溫濕度等參數，監測玉溪師范學院校園內人員活動較多的教室、宿舍樓、交通要道等典型場所的PM2.5濃度，比較監測區域與玉溪市整體環境空氣中PM2.5的含量，對校園環境空氣質量作出評價，并積累當地環境空氣中PM2.5的背景基數。同時運用統計學軟件分析了玉溪市PM2.5濃度與氣溫、濕度等氣象參數的相關性[10,11]，以期為保護當地環境空氣質量和規劃建設綠色城市提供一定的參考。

1 實驗部分

1.1 采樣點和時間

選擇玉溪師范學院教室、宿舍樓、主要交通要道等典型場所作為采樣點，共布設6個監測點位。采樣時間為2016年2—4月，每個監測點連續采樣5d。

1.2 儀器和采樣方法

儀器：2050型空氣/智能TSP綜合采樣器(山東青島嶗應)；PM2.5采樣頭；DV215CD型十萬分之一位分析天平(美國奧豪斯)；DHG-9240A型電熱恒溫干燥箱(上海一恒科技有限公司)；直徑90mm玻璃纖維濾膜。

采樣方法依據《環境空氣顆粒物(PM2.5)手工監測方法(重量法)技術規范》[12]，以中流量100mL/min為采樣流量，每個樣品采樣時間為24h，同時觀測并記錄海拔、溫/濕度等參數。

1.3 樣品處理與測定

按編號將濾膜置于恒溫干燥箱中，于25℃下平衡24h，然后稱量濾膜質量，記錄采樣前濾膜質量，精確至0.01mg。

平衡好的濾膜裝于PM2.5采樣頭中，按設定時間進行樣品采集。完成采樣后將塵膜按平衡采樣前濾膜的相同條件平衡24h，然后稱量塵膜質量，并記錄(精確至0.01mg)。

PM2.5顆粒物濃度按下式計算：

式中：w1為采樣后塵膜質量，mg；w0為采樣前塵膜質量，mg；V為標準狀態下的采樣體積，L。

表1 玉溪師院校園內各監測點地理及氣象參數

表2 玉溪師院校園內PM2.5監測結果

表3 玉溪市2016年1—12月PM2.5月平均值

注：表中數據源自中國空氣質量在線監測分析平臺[15]。

表4 玉溪師院校園內與玉溪市同月份PM2.5比較結果

表5 PM2.5與溫度的統計分析系數

表6 PM2.5與濕度的統計分析系數

2 結果與討論

2.1 玉溪師范學院PM2.5監測結果

2.1.1 各采樣點地理及氣象參數

對各監測點進行海拔、氣溫和濕度的測量，結果見表1。由表1可知，監測點的海拔范圍在1663～1768m，海拔最大相差105m。氣溫和濕度通過每小時測量記錄后取平均值。氣溫范圍9.0～23.5℃，最大溫差14.5℃；濕度42.0%～66.0%，最大濕度差值24.0%。

2.1.2 玉溪師范學院PM2.5監測結果與玉溪市PM2.5月平均值

玉溪師院校園內PM2.5監測結果如表2所示，PM2.5平均濃度范圍在34～71μg/m3。根據《HJ 633-2012環境空氣質量指數(AQI)技術規定(試行)》規定[13]，計算出空氣質量指數(AQI)，再依據我國的《GB3095-2012環境空氣質量標準》評價校園內的空氣質量狀況[14]。結果顯示2016年2—4月，玉溪師范學院校園空氣質量平均為Ⅱ級，空氣質量狀況為良。

收集玉溪市2016年1—12月PM2.5的數據可知，2016年玉溪市PM2.5的濃度范圍在11～37μg/m3。2—4月較高，濃度值>30μg/m3，空氣質量指數(AQI)為54～62，空氣質量等級Ⅱ級，空氣質量狀況為良。其余月份空氣質量等級均為Ⅰ級，空氣質量狀況為優。故選擇2—4月的玉溪市PM2.5月平均值與本文中監測的玉溪師范學院校園大氣中PM2.5作比較。

把2016年2—4月實際監測得到的玉溪師范學院校園大氣中PM2.5的含量與玉溪市同月份PM2.5含量進行比較，結果如表4所示。玉溪師范學院校園大氣中PM2.5的含量略高于同月份玉溪市PM2.5的整體濃度水平，但均符合我國環境空氣質量標準中的Ⅱ級空氣質量，空氣質量狀況良好。在2—4月玉溪市PM2.5的含量出現高峰值的原因可能與春節期間大量燃放煙花爆竹、并且此期間降水量較少、空氣濕度較低有關。

2.2 PM2.5濃度與氣溫的相關性分析

如圖1中所示，各監測點PM2.5濃度與氣溫存在明顯的正相關，這是因為氣溫能夠影響顆粒物質的形成。有研究表明，較高的溫度會促進光化學反應，從而影響顆粒物初級粒子的形成。

通過比較表5中一元線性回歸方程與Spearman變量相關分析的相關系數R2，對PM2.5濃度與氣溫的相關性做進一步分析[15,16]。線性相關系數R2范圍0.023～0.867，Spearman分析的R2范圍為0.300～1.000，Spearman分析相關系數R2比線性相關的R2要高，再次表明PM2.5濃度與氣溫有顯著的正相關性，PM2.5濃度隨氣溫的升高有逐漸升高的趨勢。

2.3 PM2.5濃度與濕度的相關性分析

PM2.5濃度與濕度分別進行線性回歸分析與Spearman相關分析，結果如圖2及表6所示。

各監測點PM2.5濃度與濕度存在一定線性相關性，相關系數R2為0.107～0.771，而二者間Spearman分析的相關系數R2均<0，說明PM2.5濃度與濕度存在顯著的負相關，即隨著濕度的增加，PM2.5的濃度逐漸減小。

3 結論

本文通過對玉溪師范學院校園大氣顆粒物PM2.5進行實時監測，以及收集玉溪市2016年1—12月PM2.5的相關數據進行對比分析，結果表明：玉溪市2016年PM2.5的濃度范圍在11～37μg/m3，其中2—4月PM2.5含量較高，在此期間，玉溪師范學院校園大氣中PM2.5濃度在34～71μg/m3。玉溪市2016年空氣質量只有2—4月為良，其余時間均為優。通過對校園PM2.5濃度與氣溫、濕度的相關性分析可知，PM2.5濃度與氣溫呈正相關，與濕度呈負相關，即隨氣溫升高，濕度下降，PM2.5濃度會有所上升。所以，通過控制氣溫和空氣濕度可以在一定范圍內起到調節PM2.5含量的作用。

地處滇中地區的玉溪是“中國十佳休閑宜居生態城市”之一，并且是國家環境保護重點城市之一，近年來以保護撫仙湖為主的生態建設，使得玉溪市整體環境空氣質量得到保護，一直以來空氣質量狀況均為優。未來隨著海綿城市的建設，公共區域綠化面積、樹木和花草的種植面積的增加，再加上有效收集雨水等自然降水資源，將能達到增加空氣相對濕度、減少空氣污染，調節氣候，保護玉溪生態環境的目的。

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InvestigatingandAnalyzingtheRelationshipsbetweenMeteorologicalFactorsandParticulateMatter(PM2.5)inYuxiCity

ZHOU Xiao-fang, LU Guang-qiu, LI Ze-yuan, CHEN Song-tao, WANG Shu-fan
(College of Resources and Environment, Yuxi Normal University,Yuxi Yunnan 653100 ,China)

In order to study the correlation between atmospheric PM2.5and meteorological conditions in Yuxi city, the air quality of Yuxi Normal University campus was selected. Six representative monitoring sites were chosen. PM2.5samples were collected from February to April in 2016 for determination and analysis, and compared with the PM2.5content in Yuxi City from January to December in 2016. The results showed that the concentration of PM2.5was 34 ～ 71 μg / m3and AQI was 49 ～ 95 in Yuxi Normal College, which was slightly higher than that of AQI in February and April of 2016 in Yuxi City. However, the overall ambient air quality was good. The correlation between PM2.5concentration and meteorological parameters showed that the concentration of PM2.5tended to be stable with time changing. PM2.5concentration was positively correlated with air temperature, and negatively correlated with humidity.

PM2.5; meteorological parameters; correlation analysis; Yuxi

2017-05-08

魯廣秋，碩士，助教，研究方向：環境分析化學、環境監測。

李澤淵，玉溪師范學院資源環境學院2015級環境科學專業。

X51

A

1673-9655(2017)06-0058-06