氣象條件對青島市大氣顆粒物濃度的影響分析

魏巍 代瑋 張韜

摘要：選取2018年1月青島市城區的連續在線監測數據，項目主要包括AQI、PM10和PM2.5濃度、氣象參數等，對顆粒物與氣象條件的關系進行了研究，結果表明：2018年1月青島市共出現重度污染3天，首要污染物為顆粒物的天數達20天，顆粒物污染形勢嚴峻；青島市冬季顆粒物污染大都發生在高空處于冷槽底部或后部、地面高壓或均壓場的情況下，西北風時顆粒物濃度最高，其次為南風、東北風時，顆粒物污染與南北風交替、靜小風密切相關；相對濕度小于80%時，顆粒物濃度與相對濕度呈顯著正相關關系，相對濕度大于95%時，兩者呈負相關關系，相對濕度在80-95%之間時，兩者關系不顯著；冬季氣溫與顆粒物濃度呈正相關，溫度越高顆粒物濃度越高。

關鍵詞：青島市；PM10；PM2.5；氣象條件

近年來，隨著我國經濟的高速發展，大氣污染問題逐漸凸顯，而目前影響我國空氣質量的首要污染物仍為顆粒物[1]。研究表明，顆粒物污染程度與風速、風向、相對濕度、降雨量等氣象條件密切相關。本文利用2018年1月青島市區的在線連續觀測數據，對冬季顆粒物與氣象條件的關系進行了分析，以期為青島市的大氣顆粒物污染防治提供科學依據。

1 數據與方法

本文大氣數據來自青島市城區14個空氣自動監測點位，氣象資料來自青島市氣象臺的伏龍山監測點位，時間選取2018年1月，此時間處于冬季供暖季期間，為重污染天氣的高發時段。方法采用風玫瑰圖法和CORREL函數法，對顆粒物濃度與氣象要素的相關性進行分析。

2 結果與討論

2.1顆粒物污染總體概況

2018年1月青島市共出現輕度污染6天，中度污染3天，重度污染3天，首要污染物為PM10和PM2.5的天數分別為8、12天，PM10和PM2.5月均濃度分別為118、66?g·m-3，分別超出國家二級標準0.7、0.9倍，顆粒物污染形勢嚴峻。

2.2天氣形勢對顆粒物濃度的影響

對天氣形勢進行分析，結果發現，青島市冬季顆粒物污染大都發生在高空處于冷槽底部或后部、地面高壓或均壓場的情況下。根據青島市氣象臺歷年的氣象資料，青島60%的霾天氣是發生在這種天氣環流形勢下。

2.3風向對顆粒物濃度的影響

2018年1月青島市區主導風向為西北風，300°-360°范圍風頻為49.7%，南風（150°-210°）風頻次之為17.2%。做風向與PM2.5濃度的聯合玫瑰圖，結果發現，風向為西北風時，顆粒物濃度最高，南風時次之，東北風時最低。青島東、南方向為黃海，通常認為來自海洋氣團較為清潔，而內陸氣團污染較重，這也是主導風向為西北風時顆粒物濃度比主導風向為南風、東北風時高的原因。此外，研究還發現，青島市的污染天氣多發生在南北風交替的時段，此時一般存在輻合，多發生靜穩天氣，不利于污染物的稀釋擴散，使得顆粒物濃度明顯升高。

2.4風速對顆粒物濃度的影響

風速是影響空氣污染物稀釋擴散的重要因素，一般而言，風速大，污染物容易稀釋擴散，顆粒物濃度較低；風速小，污染物容易累積，造成顆粒物濃度增加，污染較重[2]。研究發現，隨著風速加大，顆粒物濃度分段降低：風速0-3m·s-1，水平擴散條件差，污染物不斷累積，顆粒物維持較高濃度；風速3-7m·s-1時，顆粒物濃度較風速0-3m·s-1時有所下降，但隨風速降低趨勢不顯著；風速大于7m·s-1時，顆粒物濃度波動范圍加大。這是由于風速3-7m s-1時雖然稀釋擴散條件好轉，但也會將上游地區的污染物傳輸至本地，造成污染物濃度的短時升高，而當風速繼續增大，達到7m·s-1以上時，則易造成本地的二次揚沙污染，使得顆粒物濃度上升[3]。

2.5相對濕度對顆粒物濃度的影響

研究結果顯示，當相對濕度小于80%時，顆粒物濃度與相對濕度呈顯著正相關關系；當相對濕度大于80%時，隨著相對濕度升高，顆粒物濃度基本持平；當相對濕度大于95%時，顆粒物濃度稍有下降趨勢。這是由于隨著相對濕度升高，氣溶膠吸濕增長，使得顆粒粒徑增大，顆粒物濃度也隨之升高；同時由于吸濕，顆粒表面液相反應速度加快，促進二次氣溶膠的生成，也可導致顆粒物濃度升高。相對濕度大于80%時，多伴隨降水或霧天氣，降水對顆粒物有一定的清除作用；而通常認為霧對顆粒物有一定的清除作用，但近年來我國大部分地區冬季霧霾天氣頻發，期間污染物濃度迅速升高，這主要是由于在清潔大氣中，霧對污染起清潔作用，而在污染大氣中，霧會加重污染。

2.6氣溫對顆粒物濃度的影響

利用CORREL函數對氣溫與PM10、PM2.5濃度的相關性進行分析，結果發現，兩者相關系數為0.62、0.58，呈正相關，說明溫度越高顆粒物濃度越高，這是由于青島冬季氣溫升高多伴隨南風、有霧天氣，多靜穩、逆溫出現，不利于污染物的稀釋擴散，造成顆粒物濃度升高，而氣溫下降多伴隨冷空氣的到來，風力增大，擴散條件轉好，顆粒物濃度較低。

3結論

3.1 2018年1月青島市共出現輕度以上污染天氣12天，其中重度污染3天；首要污染物為顆粒物的天數達20天，顆粒物污染形勢嚴峻。

3.2青島市冬季顆粒物污染大都發生在高空處于冷槽底部或后部、地面高壓或均壓場的情況下。

3.3青島冬季西北風時顆粒物濃度最高，其次為南風、東北風時；顆粒物污染與南北風交替、靜小風密切相關；相對濕度小于80%時，顆粒物濃度與相對濕度呈顯著正相關關系，相對濕度大于95%時，兩者呈負相關關系，相對濕度在80-95%之間時，兩者關系不顯著；冬季氣溫與顆粒物濃度呈正相關，溫度越高顆粒物濃度越高。

參考文獻

[1]李彩霞，朱國強，李浩，等.長沙市PM10、PM2.5污染特征及其與氣象條件的關系[J].安徽農業科學，2015，43（12）：173-176.

[2]徐昶.中國特大城市氣溶膠的理化性，來源及其形成機制[D].上海：復旦大學，2010.

[3]秦福生，周巖，王淑琴，等.中國氣象學會2008年年會大氣環境監測、預報與污染物控制分會場論文集[C].北京：氣象出版社，2008：244-247.

（作者單位：青島市環境監測中心站）