包頭市冬春大氣顆粒物污染及其與氣象條件關系

摘要：大氣污染是影響城市生態建設質量與居民生活健康的重要因素，大氣中顆粒物的濃度是對大氣污染進行測評的標準之一。本文對包頭市春季、冬季的顆粒物分布特征與濃度變化進行調查，在五個不同的功能區設置觀測點，通過對PM2.5、PM10數值變化的分析，利用Spearman秩相關技術，對氣象因子中的相對濕度、氣溫、氣壓以及風速與顆粒物濃度之間的關聯性進行探究，為包頭市的大氣污染治理提供一些依據。

關鍵詞：相對濕度;空間特征;氣溫影響

中圖分類號：X51 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.093

Abstract： Air pollution is an important factor affecting the quality of urban ecological construction and the health of residents. The concentration of particulate matter in the atmosphere is one of the criteria for measuring atmospheric pollution. This paper investigates the distribution characteristics and concentration changes of particulate matter in spring and winter in Baotou City， and sets observation points in five different functional areas. Through the analysis of the numerical changes of PM2.5 and PM10， the Spearman rank correlation technique is used to measure the meteorological factors. The relative humidity， temperature， air pressure， and the correlation between wind speed and particulate matter concentration are explored to provide some basis for air pollution control in Baotou City.

Key words： Relative humidity; Spatial characteristics; Temperature influence

近幾年，包頭市在冬季與春季兩個季節連續出現霧霾天氣，空氣中的顆粒物濃度超標，不僅降低了城市的能見度，增加了交通隱患，對人們的身體也有著較大的威脅。本文通過對不同城區、不同季節顆粒物濃度變化的監測研究，對霧霾發生與氣象因素的關系進行系統的探析。

1 包頭市春季、秋季大氣污染的時間與空間特征

1.1 時間特征

1.1.1 不同時間不同區域濃度變化表現

包頭市全市顆粒物濃度變化與局部地區的監測數據曲線呈雙峰單谷特征，整體趨勢表現一致，在1月份質量最高，在2月份顆粒物濃度最低。其中PM10的數據變化曲線最明顯。不同監測區域的表現存在差異：東河地區顆粒物濃度最高，原因在于該區域的地表裸露面積較大，建筑工程數量較多;昆區與九原區表現趨同，顆粒物濃度小于東河區。昆都侖區屬于包頭市的商業區，人為活動頻繁，交通量大，汽車尾氣與生產生活廢氣排放量大，濃度相對較高。九原區臨近東河區，受風力、風向的影響，大氣污染程度較重;高新區的PM10濃度相對較低;青山區是大氣污染程度最輕的地區，由于高新區與青山區的地表裸露面積相對較低，可以適當降低空氣中的顆粒物含量，受污染影響程度輕。

1.1.2 變化原因

PM10空氣質量時間變化的原因包括：第一，進入冬季氣溫大幅度下降，需要大量燃燒化石燃料，顆粒物產生源頭增加，大氣顆粒物的排放總量大幅度提升，在一月份達到峰值。此后，春節到來，處于休假期，交通量、施工量下降，顆粒物濃度整體降低，在二月份達到最低值。第二，春季包頭市受風塵影響大，由于氣候原因擴大了揚塵、粉塵傳播的范圍，顆粒物濃度再次提升。第三，四月份的植被大部分處于抽芽期，土地裸露面積減少，顆粒物濃度降低。

2 空間特征

2.1 空間分布表現

將調查區域按照功能不同劃分為五個模塊，分別是游覽區、工業區、商業區、文化區以及交通密集區。城區功能的不同，顆粒物在大氣中的濃度也有所區別。通過包頭市不同區域的數據監測，可以發現春季、冬季包頭區域的顆粒物濃度值排列按照由高到低的順序為：工業區最高，其次是商業區，文化區處于交通密集區之前，游覽區最后。顆粒物的標尺區間濃度也存在差異，PM2.5和PM10的最小質量在兩個季節表現不同，冬季的峰值是春季最小濃度的1.3倍。冬季的標尺間段數遠高于春季段數，對研究空間顆粒濃度、污染情況有著重要的參考作用。冬季大氣細顆粒污染物高于春季，污染濃度較大，影響區域面積擴大，顆粒物分布較為密集。包頭市春季與冬季的大氣污染均超過了國家標準，影響大氣顆粒物濃度的因素包括：包頭市的地理環境與氣候條件，春冬降雨少;污染物城郊區域分布范圍、濃度不同，人為活動對污染情況的影響較大;植物覆蓋情況、地表裸露情況對大氣污染也有著較強的影響。

2.2 出現空間變化的原因

顆粒物在大氣中的濃度、分布、范圍的影響因素分為自然因素與人為因素兩種。自然因素包括地勢、氣候等，包頭市處于北方地區，與蒙古接壤，整體地勢中間高、四周低、西高東低，顆粒物濃度由于地勢的原因分布不均。與此同時，包頭市冬季供暖通常采用燃燒化石能源的方式，冬季大氣中的小顆粒污染物較多。春季受氣候影響，風塵大，大氣污染濃度也有所上升。除此之外，夏秋兩季通常是建筑施工的高峰期，工程建設與道路揚塵對顆粒物的分布、濃度也有著一定的影響。

3 氣象因素與PM2.5和PM10質量濃度的關系

3.1 氣象條件與顆粒物濃度的關聯性分析

監測區顆粒物濃度研究數據表明，氣象因素對顆粒物的分布狀態與濃度有著關鍵的影響，影響作用包括：沉降、積累、擴散、稀釋與清除等。不利的氣象條件會增加顆粒物的擴散范圍與密集程度，因此，需要對不同氣象因子對顆粒物濃度的具體影響做出判斷。通過Spearman秩相關技術，對包頭市顆粒物的大氣含量進行檢測實驗時，應該考慮冬春兩季的降雨影響，采用相對濕度作為實驗指標，降低同分率的不利影響。

3.2 不同氣象條件對顆粒物濃度的具體影響

包頭市冬春季PM2.5和PM10的質量濃度分別與氣溫和氣壓正相關，而與相對濕度和風速負相關。其中，PM2.5與風速、相對濕度和氣壓的相關程度較高（Spearman秩相關系數為0.516，P<0.01），與氣溫相關程度較低，即較細顆粒物受氣壓、風速和相對濕度影響更大，而對氣溫響應較低;PM10與氣溫、風速和氣壓的相關系數比PM2.5的大（Spearman秩相關系數為0.773，P<0.01）。

3.2.1 相對濕度與風速影響

包頭市的冬季與春氣的氣溫、氣壓、濕度、風速對顆粒物的分布與濃度都有著一定的影響。PM2.5與濕度相關性更高，空氣濕度較大，水分子與細顆粒物發生沉降反應，降低污染濃度;顆粒物如果受風速影響，可以稀釋空氣細顆粒物濃度。監測數據表明，當相對濕度較高，或者出現降水情況，受到吸濕增長的作用，一定質量的顆粒物會由于重量因素，發生自然沉降，降低密集顆粒的濃度。除此之外，大氣中水含量升高，可能會形成降雨、降雪等氣象情況，清除空氣中的顆粒物，與PM2.5和PM10的空氣濃度呈負相關。

3.2.2 氣溫與氣壓影響

包頭市冬春季氣候調查發現，城區冬春季空氣干燥，土壤濕度小，風速過大，將地面的塵粒帶到環境空氣中，形成大量浮塵、揚沙，造成了顆粒物的污染，降低空氣質量。氣壓的高低與大氣環流形勢密切相關。地面受高壓控制時，中心部位的空氣向周圍下降，阻止污染物向上擴散。在穩定高壓的控制下，大氣污染加重，顆粒物濃度較大。當地面受低壓控制時，四周高壓氣團流向中心，中心形成上升氣流，通常風力較大，有利于污染物向上擴散，顆粒物濃度較小。相關性分析表明，顆粒物濃度與氣溫呈正相關，且PM10與氣溫的相關性（Spearman秩相關系數為0.671，P<0.01）較PM2.5更加顯著，說明與溫度相關的氣象條件與日照時間對較大顆粒物在大氣中的分布影響更顯著。

4 結語

研究表明，包頭市不同城區之間的顆粒物PM2.5和PM10值存在差距，空間分布整體呈梯度形式，冬季較春季空間分布特征更明顯，人為因素與自然條件對顆粒物的分布、濃度都有著一定的影響。氣象因子中的相對濕度、風速與顆粒物濃度呈負相關;氣溫、氣壓與大氣中的污染顆粒濃度呈正相關。在開展環境治理的過程中，應該合理參考氣象因素對大氣污染狀況的影響，采取針對性的防治手段，為包頭市的綠色城市建設工程提供保障。

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收稿日期：2019-09-19

作者簡介：都仁吉雅（1983-），女，蒙古族，研究生，研究方向為決策氣象服務。