2016年含山縣PM.的污染特征及與氣象要素的相關性分析

劉周華+王鵬

摘 要：當前，隨著生態文明建設的深入實踐，人們的環保意識不斷提高，空氣質量作為判別環境好壞的直觀標準之一，愈發受到社會關注。該文研究了2016年含山縣大氣污染物PM2.5的變化特征，對PM2.5數據進行統計分析，分析含山縣PM2.5的污染水平，然后重點探究了PM2.5質量濃度日數據與氣象要素氣壓、氣溫、濕度、降水量、風速的相關性。結果表明：含山縣1月、2月、3月、12月的PM2.5污染較為嚴重，PM2.5日平均質量濃度與氣壓正相關，與氣溫、濕度、降水量、風速負相關。該文結論可以為當地通過氣象要素的變化分析預測空氣質量提供參考依據。

關鍵詞：含山縣；大氣污染物；PM2.5；質量濃度；污染特征；氣象要素；相關性

中圖分類號 X831 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）24-0136-04

Abstract：Currently，with deepening practice of ecological civilization construction and continuous improvement of peoples awareness of environmental protection，the air quality has been considered as one of the visible standards to judge the environment status and got more and more attention from the social public. This thesis makes research on the change characteristics of air pollutant PM2.5 in Hanshan County in 2016，and focuses on the study about the correlation between daily data of PM2.5 mass concentration and meteorological elements including atmospheric pressure，temperature，humidity，precipitation and wind speed，etc. The result shows that，the PM2.5 pollution of Hanshan County was serious in January，February，March and December，and PM2.5 daily average mass concentration is positively correlated with air pressure，but negatively correlated with temperature，humidity，precipitation and wind speed. The conclusion of this thesis can provide theoretical reference to local meteorological research center for predicting the air quality through analysis on the change of meteorological elements.

Key words：Hanshan County；Air pollutant；PM2.5；Mass concentration；Pollution characteristic；Meteorological elements；Correlation

PM2.5是環境空氣中直徑小于2.5μm的細微顆粒，具有粒徑小，面積大，活性強，易附帶有毒、有害物質的特點，又因其在大氣中停留時間長，輸送距離遠，因此對人體健康和大氣環境質量的影響非常大，是大氣污染的重要標志物。空氣中PM2.5質量濃度越高，代表空氣污染越嚴重。

當前，隨著科學發展觀的落實，生態文明建設的深入，人民的環境保護意識愈發提高，空氣質量作為與百姓生活緊密聯系的環保指標，越來越受到關注。有研究表明，PM2.5的積累、稀釋、擴散、清除受氣象要素影響較大，而且PM2.5的來源和變化特征有著較為明顯的地域差異。因此，研究含山縣大氣污染物PM2.5質量濃度與氣象要素的相關性可以為當地的PM2.5的監測、預警和污染物防治提供重要參考，對于提高氣象部門的氣象服務水平具有重要的促進作用。

本文利用含山縣2016年PM2.5質量濃度監測數據和氣象數據，對含山縣PM2.5濃度的污染水平、變化規律及與氣象要素的相關性進行了分析，以期對含山縣的空氣污染防治提供基礎信息和建議。

1 數據與處理方法

1.1 資料來源 本文研究數據來自于含山縣國家氣象觀測站2016年1月1日至2016年12月31日的監測數據。氣象數據選取了氣壓、氣溫、相對濕度、降雨量、風速的小時平均值，PM2.5質量濃度的小時平均值。

1.2 數據處理方法 根據國家GB 3095—2012《環境空氣質量標準》，環境空氣功能區分為兩類：一類區為自然保護區、風景名勝區和其他需要特殊保護的區域；二類區為居住區、商業交通居民混合區、文化區、工業區和農村地區。兩類區分別適用兩級PM2.5濃度值：PM2.5的日平均濃度一級限值為35μg/m3，二級限值為75μg/m3。使用Excel軟件對PM2.5數據總體特征進行統計分析，研究其月變化特征，根據國家GB 3095—2012《環境空氣質量標準》，分析含山縣PM2.5的污染水平。根據選取的氣象要素和PM2.5質量濃度的小時平均值進行日平均，然后使用SPSS軟件研究PM2.5與氣象要素的相關性，文中采用Spearman秩相關系數分析PM2.5與氣象要素之間的非參數相關性。endprint

2 結果與分析

2.1 PM2.5的月變化特征分析 通過對含山縣2016年1月1日至2016年12月31日的PM2.5質量濃度統計分析，根據圖1可以知道含山縣PM2.5月平均質量濃度最大的是1月，達到115.59μg/m3，其次是3月，月平均質量濃度達到100.95μg/m3。另外，2月與12月月平均質量濃度（分別為74.76μg/m3和66.34μg/m3）也明顯大于其他月份。PM2.5月平均質量濃度最小的是10月，月平均質量濃23.66μg/m3，其次是6月，為28.62μg/m3。

由表1可知，PM2.5月平均質量濃度較大的1月、2月、3月、12月所對應的超標率分別為54.8%、41.4%、64.5%、45.2%；PM2.5月平均質量濃度較小的6月、10月所對應的超標率均為0。

2.2 PM2.5質量濃度與氣象要素的相關性分析

2.2.1 PM2.5質量濃度與氣壓的相關性分析 由表2可知，2016年含山縣PM2.5日平均質量濃度與氣壓呈顯著正相關，通過了0.01的顯著性檢驗。從圖1可以看出，1、2、3、12月氣壓較高，此時含山縣受大陸高壓系統控制，氣團穩定，多晴朗天氣，內部下沉氣流不利PM2.5的擴散，造成PM2.5的堆積，質量濃度偏高。當含山縣多受低壓系統控制，氣團不穩定，垂直上升運動頻繁，多云雨天氣，有利于PM2.5的擴散與稀釋，這是造成含山縣4—10月PM2.5質量濃度較低的原因之一。夏季（6—8月）低壓對PM2.5質量濃度的影響表現的尤其明顯。

2.2.2 PM2.5質量濃度與氣溫的相關性分析 由表2可知，2016年含山縣PM2.5日平均質量濃度與氣溫呈顯著負相關，通過了0.01的顯著性檢驗。從圖3可以看出，2016年上半年PM2.5日平均質量濃度隨著氣溫的升高呈現出總體下降的趨勢，下半年則隨著氣溫的下降而逐漸升高。在PM2.5日平均質量濃度較高的1、2、3、12月，氣溫大多數在10℃以下（平均氣溫低于10℃的天數1月有29d，2月有24d，3月有12d，12月有27d），屬于以候平均氣溫劃分的冬季（含山縣境大致3月下旬入春，11月下旬入冬）。因此PM2.5日平均質量濃度與氣溫呈顯著負相關的原因可能有2個方面：一是溫度升高致使近地層大氣活躍，產生劇烈的垂直上升運動，對流運動旺盛，加快了PM2.5的擴散，導致PM2.5質量濃度降低；二是冬季氣溫低，居民取暖導致PM2.5來源增加，同時大氣層結較為穩定，空氣無法上下對流，污染物積聚就很難擴散，最終造成PM2.5質量濃度升高。

2.2.3 PM2.5質量濃度與相對濕度的相關性分析 由表2可知，2016年含山縣PM2.5日平均質量濃度與相對濕度呈顯著負相關，通過了0.01的顯著性檢驗。含山縣屬北亞熱帶溫潤性季風氣候，全年濕度較大。從圖4可以看出，含山縣冬季濕度最小，2016年有65d濕度在70%以下，1、2、3月有38d濕度在70%以下，約占全年的58.46%；夏季濕度較大，濕度大都在80%以上，與含山縣PM2.5平均質量濃度冬季高，夏季低的規律吻合。圖4中，當一天中相對濕度大于80%且是極大值時，該天中的PM2.5質量濃度屬于極小值。 整體來看，隨著相對濕度的增大，PM2.5質量濃度呈降低趨勢。出現該現象的原因可能是由于濕度增大，空氣中水汽含量增多，大氣中的PM2.5顆粒被液滴吸附沉降到地面，造成PM2.5質量濃度降低。此外，當空氣濕度大于80%時，容易形成降雨，對空氣中的顆粒物有沖刷作用，這也會造成空氣中PM2.5顆粒減少。

2.2.4 PM2.5質量濃度與降水量的相關性分析 由表2可知，2016年含山縣PM2.5日平均質量濃度與降水量呈顯著負相關，通過了0.01的顯著性檢驗。從圖5可以看到，在有降雨的情況下，PM2.5質量濃度均維持在較低水平，并且降水量越大PM2.5質量濃度越低。但當降水量達到中雨級別，即24h降雨量大于10mm后，降水對PM2.5質量濃度的影響效果基本一致，如PM2.5質量濃度最小值為4.83μg/m3，此時的降水量為46mm，但是2016年降水量最大出現在7月1日，為216.5mm，此時的PM2.5質量濃度為5.51μg/m3，差別并不是很大。這說明降水對空氣中PM2.5顆粒物的沖刷作用會明顯降低PM2.5質量濃度，但當降水達到一定強度，降水的沖刷效果將維持不變。

2.2.5 PM2.5質量濃度與風速的相關性分析 由表2可知，2016年含山縣PM2.5日平均質量濃度與風速呈顯著負相關，通過了0.01的顯著性檢驗，但相關系數0.210表明二者屬于低度相關。從圖6可以看出，PM2.5質量濃度的變化趨勢與風速的變化趨勢并無明顯的相關規律，但是當風速增大到一定程度時，PM2.5質量濃度會明顯降低。所以，風速促進PM2.5的擴散只能在達到一定等級時才能起到效果。分析圖6可知，當風速達到2m/s時，對降低PM2.5質量濃度有較為明顯的效果。

3 結論

（1）通過對含山縣2016年PM2.5日平均質量濃度統計分析，發現1月、2月、3月、12月含山縣PM2.5污染較為嚴重，而6月、10月PM2.5月平均質量濃度較小，污染跟小。

（2）通過分析含山縣2016年PM2.5日平均質量濃度與氣象要素的相關性，得出PM2.5日平均質量濃度與氣壓呈顯著正相關，與氣溫呈顯著負相關，與相對濕度呈顯著負相關，降水可以有效降低PM2.5質量濃度，較大的風速可以加大PM2.5的稀釋擴散，從而降低PM2.5質量濃度。

（3）本文的研究結論可以為含山縣的空氣質量預報提供參考，尤其在含山縣受PM2.5污染較嚴重的冬季和春季，通過氣象要素的對比分析，預測PM2.5的變化趨勢，為政府部門提供空氣污染防治方面的參考意見。

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