揭陽(yáng)市空氣污染特征及氣象條件分析

林巧美，陳裕強(qiáng)，陳璟，陳泳峰，梁潔華

（揭陽(yáng)市氣象局，廣東 揭陽(yáng)515599）

空氣質(zhì)量事關(guān)人民群眾的健康、福祉和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，已有很多學(xué)者和專家開展了大量的研究工作[1-17]，指出空氣污染與氣象條件關(guān)系密切，氣象條件通過影響污染物的稀釋、擴(kuò)散、傳輸和轉(zhuǎn)化過程,進(jìn)而影響污染物的時(shí)空分布。近年來，隨著城市化建設(shè)和工業(yè)化進(jìn)程的加快，揭陽(yáng)市空氣質(zhì)量在廣東省排名偏后，引起了黨政領(lǐng)導(dǎo)和公眾的關(guān)注。為貫徹落實(shí)國(guó)家大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃，進(jìn)一步推進(jìn)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警和大氣重污染應(yīng)急等工作，很有必要對(duì)揭陽(yáng)市空氣污染特征及氣象條件進(jìn)行深入的分析，本文旨在充分發(fā)揮氣象部門的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，分析揭陽(yáng)市空氣污染與氣象條件的關(guān)系,為空氣污染預(yù)報(bào)預(yù)警和防治提供參考。

1 資料來源

本項(xiàng)目選取揭陽(yáng)市氣象局環(huán)境監(jiān)測(cè)站2015年9月到2017 年8 月近2 年逐日逐時(shí)的PM2.5、PM10 觀測(cè)資料，揭陽(yáng)市氣象局觀測(cè)站2016 年逐日的風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水、氣溫等氣象資料，以及2016年地面及850hPa 天氣形勢(shì)圖，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)、現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷方法，對(duì)揭陽(yáng)市PM2.5、PM10 等大氣污染物進(jìn)行季、月、日、時(shí)的分析，總結(jié)出揭陽(yáng)市空氣污染的總體特征以及與氣象條件的關(guān)系，對(duì)今后空氣污染氣象條件及空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警有很好的參考作用。

2 PM2.5和PM10的濃度變化特征

2.1 季節(jié)變化特征

從表1可以看出，揭陽(yáng)市PM2.5和PM10質(zhì)量濃度分布具有明顯季節(jié)變化，表現(xiàn)出冬春季偏高，夏秋季偏低的特征，其中冬季最高，PM2.5 和PM10 質(zhì)量濃度分別達(dá)到37.1 ug/m3和70.3 ug/m3，夏季濃度最低，分別為12.9 ug/m3和44.0 ug/m3。

表1 2015年9月～2017年8月揭陽(yáng)市各季PM2.5和PM10平均質(zhì)量濃度（ug/m3）

2.2 月際變化特征

從圖1 可以看出，質(zhì)量濃度具有明顯的月際變化,而且變化趨勢(shì)具有一致性，質(zhì)量濃度的最高值出現(xiàn)在3月份，分別達(dá)到46.7ug/m3和91.7ug/m3，主要是3月份處于大氣環(huán)流從冬季向春季轉(zhuǎn)換過渡階段，此時(shí)冷空氣活動(dòng)開始減弱，靜穩(wěn)的天氣形勢(shì)增多，不利于污染物擴(kuò)散。而最低值則出現(xiàn)在6 月份，分別為8.1ug/m3和39.1ug/m3，主要是夏季太陽(yáng)輻射強(qiáng)、溫度高、大氣對(duì)流活動(dòng)旺盛、降水增多，有利于污染物的稀釋和擴(kuò)散，減輕了揭陽(yáng)市的空氣污染。

2.3 日變化特征

近年兩年來，揭陽(yáng)市PM2.5 和PM10 日平均質(zhì)量濃度分別為28.4 ug/m3和61.7 ug/m3，其中PM2.5 日最高濃度為114.7ug/m3（2016年12月4日），最 低 濃 度4.5ug/m3（2016 年5 月28日），PM10 日最高濃度為226.1ug/m3（2016 年3 月30 日），最 低 濃 度30.7ug/m3（2017年8月23日）。

從圖2 可以看出，揭陽(yáng)市PM2.5和PM10平均質(zhì)量濃度具有明顯的日變化,變化趨勢(shì)也具有一致性，一天之中質(zhì)量濃度出現(xiàn)兩個(gè)高峰期，最高峰出現(xiàn)在9 時(shí)前后,分別達(dá)到35.1ug/m3和72.9 ug/m3，次高峰出現(xiàn)在19～20 時(shí)，其中PM10 為72.9 ug/m3（19 時(shí)），PM2.5 為32.5 ug/m3（20 時(shí)）。每天下半夜到早晨變化平穩(wěn)，從7 時(shí)開始上升，9 時(shí)達(dá)到最高峰，10 時(shí)以后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，15 時(shí)達(dá)到最低值，PM2.5 和PM10 分別為22.5ug/m3和53.5ug/m3，之后又開始上升。

3 PM2.5、PM10 質(zhì)量濃度與氣象條件分析

大氣污染物濃度的空間分布和隨時(shí)間的變化主要取決于污染源的排放條件和污染物在大氣中擴(kuò)散的氣象條件。污染源的狀況在一定時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，大氣對(duì)污染物的擴(kuò)散能力的影響則變化很大，當(dāng)氣象條件發(fā)生變化時(shí)，同一污染源所造成的污染物濃度可相差幾倍甚至幾十倍。

3.1 PM10、PM2.5質(zhì)量濃度與風(fēng)速

有關(guān)研究指出，風(fēng)對(duì)于空氣污染物的稀釋和擴(kuò)散起著重要作用[18-19]，本文統(tǒng)計(jì)了日平均風(fēng)速U＜1.5m·s-1、1.5m·s-1≤U＜2m·s-1和U≥2.0m·s-1時(shí)，PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度對(duì)比，從表2可以看出風(fēng)速對(duì)PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度影響呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，風(fēng)速越大，對(duì)污染物的稀釋擴(kuò)散能力越強(qiáng)，PM2.5、PM10 的質(zhì)量濃度越小，風(fēng)速越小，對(duì)污染物的稀釋擴(kuò)散能力越弱，則質(zhì)量濃度越大，特別是靜風(fēng)天最不利于污染物擴(kuò)散。

圖1 PM2.5和PM10質(zhì)量濃度月際變化

圖2 PM2.5和PM10質(zhì)量濃度日變化

表2 2006年P(guān)M2.5、PM10質(zhì)量濃度與日平均風(fēng)速的關(guān)系

3.2 PM10、PM2.5質(zhì)量濃度與相對(duì)濕度

統(tǒng)計(jì)了相對(duì)濕度f(wàn)＜80%、80%≤f＜90%、f≥90%時(shí)，PM2.5 和PM10 的質(zhì)量濃度變化（見表3），可見，PM2.5 和PM10 的平均質(zhì)量濃度隨著相對(duì)濕度的增加而減小。

表3 2006年P(guān)M2.5、PM10的質(zhì)量濃度與相對(duì)濕度的關(guān)系

3.3 PM10、PM2.5質(zhì)量濃度與氣溫

由表4 可見,當(dāng)T≥25℃時(shí)，PM2.5 和PM10 的平均質(zhì)量濃度為最小，分別為18.7 ug/m3和49.2 ug/m3，當(dāng)15℃≤T＜25℃時(shí)，PM2.5和PM10的平均質(zhì)量濃度為最大，分別為39.7 ug/m3和80.4 ug/m3，當(dāng)T＜15℃時(shí)，PM2.5 和PM10 的平均質(zhì)量濃度處于中間。出現(xiàn)這種質(zhì)量濃度分布趨勢(shì),主要原因是當(dāng)T≥25℃時(shí)，揭陽(yáng)市處于夏季，層結(jié)不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生對(duì)流，此時(shí)大氣擴(kuò)散能力強(qiáng)，如果伴有降水，對(duì)空氣污染有很強(qiáng)凈化作用。當(dāng)T＜15℃時(shí)，揭陽(yáng)市處于冬季，通常受冷空氣影響，風(fēng)力較大，大氣擴(kuò)散能力較強(qiáng)。當(dāng)15℃≤T＜25℃時(shí)大多處于春季或秋季，對(duì)流較弱，冷空氣影響也弱，造成大氣擴(kuò)散能力較弱，所以濃度最高。

表4 2006年P(guān)M2.5、PM10的質(zhì)量濃度與平均氣溫的關(guān)系

3.4 PM10、PM2.5質(zhì)量濃度與降水

揭陽(yáng)市大部分的污染物以氣溶膠粒子的狀態(tài)存在于大氣中，降水對(duì)于空氣污染物具有明顯的凈化作用。從表5 可以看出PM2.5 在無降水日的平均質(zhì)量濃度為32.5 ug/m3，在降水0.1～9.9mm 時(shí)為26.7 ug/m3，下降了18%，在降水大于等于10mm時(shí)為21.5 ug/m3,下降了34%。PM10 在無降水日的平均質(zhì)量濃度為76.6 ug/m3，在降水0.1～9.9mm 時(shí)為57.0 ug/m3,下降了26%，在降水大于等于10mm時(shí)為45.8 ug/m3,下降了41%。大氣環(huán)境污染物有一個(gè)背景質(zhì)量濃度值,在遠(yuǎn)大于這個(gè)背景質(zhì)量濃度值時(shí)降水對(duì)污染物的清除效果很明顯,但是接近這個(gè)背景質(zhì)量濃度值時(shí)降水對(duì)污染物的清除效果就不明顯，其中PM10對(duì)降水反應(yīng)較PM2.5“敏感”,在同等降水量的情況下被清除得最多，出現(xiàn)這種情況的原因是PM10 相對(duì)PM2.5 更容易溶于水，濕沉降到地面。同時(shí)，對(duì)于中雨以上降水對(duì)PM10和PM2.5的清除效果較好。

表5 2006年P(guān)M2.5、PM10質(zhì)量濃度與降水的關(guān)系

3.5 PM10、PM2.5高污染濃度與天氣形勢(shì)

分析了PM2.5、PM10 日平均濃度與天氣形勢(shì)的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在污染源不變的情況下，低層（地面和850hPa）天氣形勢(shì)對(duì)PM10和PM2.5濃度變化有很大的影響，容易造成高濃度污染物的主要天氣形勢(shì)有以下幾種。

3.5.1 地面形勢(shì)

揭陽(yáng)地面一般為弱冷高壓脊、脊后槽前、變性高壓脊、低壓槽、均壓場(chǎng)控制，或者在臺(tái)灣東部近海海面有臺(tái)風(fēng)活動(dòng)，揭陽(yáng)處在臺(tái)風(fēng)外圍下沉氣流控制，在這些系統(tǒng)控制下，近地面層風(fēng)力減弱，不利于污染物擴(kuò)散，造成污染物積聚，容易產(chǎn)生高污染濃度。

3.5.2 850hPa天氣系統(tǒng)

當(dāng)揭陽(yáng)在受變性脊、低槽控制下，PM2.5 和PM10 的濃度較高，因?yàn)樵谶@些系統(tǒng)控制下，城市低層易出現(xiàn)逆溫層，逆溫層的厚度可從幾十米到幾百米，污染物不能向上擴(kuò)散，又向下蔓延堆積，從而加重了大氣污染。

4 小結(jié)

（1）揭陽(yáng)市PM2.5和PM10質(zhì)量濃度分布具有明顯季節(jié)、月際和日變化，表現(xiàn)出冬春季偏高，夏秋季偏低的特征，最高值出現(xiàn)在3月份，最低值則出現(xiàn)在6 月份，一天之中質(zhì)量濃度出現(xiàn)兩個(gè)高峰期和一個(gè)低谷，最高峰出現(xiàn)在9時(shí)前后，低谷出現(xiàn)在15時(shí)。

（2）PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度與風(fēng)速和相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)，風(fēng)速或相對(duì)濕度越大，其質(zhì)量濃度越小；降水對(duì)于空氣污染物具有明顯的凈化作用，對(duì)于中雨以上降水對(duì)PM10 和PM2.5 的清除效果更好，PM10對(duì)降水反應(yīng)較PM2.5“敏感”。

（3）容易產(chǎn)生PM10和PM2.5高質(zhì)量濃度的天氣形勢(shì)：地面為受低壓槽、脊后槽前、變性高壓脊，弱冷高壓脊、均壓場(chǎng)時(shí)等；而850hPa為變性脊或低壓槽。另外，受臺(tái)風(fēng)外圍下沉氣流控制，也容易產(chǎn)生高濃度天氣。