寧德市消光系數、能見度與PM2.5的關系

黃德華 胡淑萍 劉翔宇

摘要 利用2019年寧德市監測站提供的逐時PM2.5質量濃度和寧德市氣象局提供的大氣能見度監測數據，探討了PM2.5與消光系數、能見度的關系。分析結果表明：（1）寧德市PM2.5質量濃度主要集中在0～50 μg/m3之間，夏秋兩季PM2.5小于春冬兩季，總體PM2.5污染不嚴重。（2）寧德市PM2.5質量濃度與大氣消光系數呈線性正相關，與大氣能見度呈乘冪負相關關系。（3）在不同相對濕度等級中，消光系數、能見度與PM2.5值關系均保持不變，表明影響大氣消光系數和能見度的因子包括大氣相對濕度與PM2.5值。

關鍵詞 消光系數；能見度；PM2.5質量濃度

中圖分類號：P427.2 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）02–0071-03

大氣顆粒物是目前主要的大氣污染物，直徑≤2.5 μm的顆粒物，稱為PM2.5[1]。從1970年開始，大氣顆粒物對光的吸收效應、消光系數和能見度的影響研究越來越受到重視，已經成為環境污染中主要的研究課題[2]。

宋丹林等[3]討論了成都城區顆粒物消光系數特征及其與PM2.5的關系，得出顆粒物散射系數的季節變化與PM2.5有明顯的差異，主要受到氣象條件和郊區污染源輸送的影響，顆粒物消光系數與PM2.5呈現較好的線性關系（R2>0.92）。姜斌彤等[4]討論得出：能見度與PM2.5的關系并不是直接的線性關系，從能見度與PM2.5的擬合曲線中說明在杭州市只有將PM2.5濃度控制在50 μg/m3內，能見度才能得到顯著提升。王京麗等[5]對北京市大氣細粒子質量濃度與能見度的定量關系進行了初探，得出能見度與PM2.5質量濃度在不同季節關系不同，在春季呈乘冪關系；冬季、夏季呈指數關系；在秋季呈對數關系。

鑒于PM2.5對城市的各種影響，分析了大氣消光系數和能見度與PM2.5質量濃度關系，再通過不同濕度等級下PM2.5質量濃度變化特點，得出寧德市大氣消光系數和能見度分別與PM2.5的關系，為今后制定改善大氣環境的對策提供參考。

1 資料來源

選取2019年全年寧德市監測站提供的逐時PM2.5質量濃度和寧德市氣象局提供的大氣能見度監測數據。經過數據篩選處理后，春季數據樣本數有354個，夏季數據樣本數有343個，秋季331個，冬季337個。

由Koschmieder定律，得出大氣消光系數和能見度存在如下相關關系：

Kext=（1）

式（1）中，Kext是近似為λ=0.55 μg時的消光系數，單位為km-1，V是能見度，通過能見度儀可直接測得的能見距離，單位為km。

2 消光系數與能見度與PM2.5質量濃度的關系

2.1 消光系數與PM2.5質量濃度的關系

不同原因引起的顆粒物污染造成大氣消光系數增長的程度是不同的。引起總消光系數上升的原因主要是細顆粒物PM2.5質量濃度的升高。

圖1為消光系數與PM2.5質量濃度的關系圖，從圖中可以看出，年消光系數集中在0～1.5 km-1之間，春、冬消光系數比夏、秋高。春、冬季PM2.5質量濃度主要集中在0～80 μg/m3，夏季的整體樣本數據在一年四季中表現為最小。寧德市PM2.5濃度值主要集中在0～50 μg/m3間，總體上該細顆粒物污染不嚴重。

從擬合的直線可一致得出，消光系數與PM2.5呈正相關關系，即消光系數越大，PM2.5質量濃度越高。

大氣消光系數的變化由污染物濃度和氣象條件共同作用的，對于不同的氣象因子來說，與大氣消光系數存在明顯相互作用的只有相對濕度，其他氣象因子與大氣消光系數相關性都較弱。當相對濕度較大時，氣溶膠粒子吸濕增長，引起總的消光效率提高（消光效率為消光系數與顆粒物質量濃度之比），導致大氣消光系數增大，當相對濕度較小時，氣溶膠粒子由于風化，引起消光效率減弱，故導致大氣消光系數減小[6-7]。因此，在不同相對濕度條件下，消光系數與PM2.5的相關關系仍待進一步驗證。

參考陳義珍等[8]在2010年提出的相對濕度分類方法，將相對濕度分為RH<70%、70%≤RH<80%、80%≤RH<90%、RH≥90% 4個分段區間，統計不同相對濕度條件的大氣環境下4個季節整體的樣本數據PM2.5在不同消光系數水平下的平均質量濃度值。

由圖2可以直觀看出：（1）在4個相對濕度等級中，隨著PM2.5質量濃度的上升，總體上消光系數呈上升趨勢；（2）相同消光系數下，高濕下的PM2.5比低濕度下對應的PM2.5值小，例如消光系數均值為0.75 km-1時，相對濕度小于70%和相對濕度在70%～80%區間的PM2.5濃度值明顯比相對濕度在80%～90%區間和大于90%區間的PM2.5濃度值大。

對4個等級中相對濕度進行對比分析，證明了在相對濕度的影響下，PM2.5濃度值與消光系數仍保持正相關關系，消光系數越高，PM2.5質量濃度值越大。由此可見，PM2.5質量濃度和相對濕度是影響大氣消光系數的重要因子。

2.2 能見度和PM2.5質量濃度的關系

顆粒物濃度不同，能見度下降程度也不同，顆粒物對可見光在0.4～0.7 μg的散射能力最強，該波段正是PM2.5的主要組成部分，而PM2.5中的炭黑對光的吸收效應起到主要作用[9]。因此，PM2.5濃度值是能見度下降的主要原因。大量研究表明，PM2.5濃度和能見度呈負相關關系。為探索本地兩者關系，作2個因子的散點關系圖。

從圖3中可以看出，夏、秋季樣本數據較為均勻分散，春、冬季樣本數據分布比較集中，能見度整體較好，低能見度較少見。與另外3個季節相比，夏季PM2.5濃度最低，主要原因是夏季降水較豐富，有利于空氣中PM2.5的沉降。

由圖3可以得出，寧德市能見度與PM2.5質量濃度值呈負相關關系，即PM2.5質量濃度越高，能見度就越低，這說明PM2.5質量濃度是影響能見度的一個重要原因。

大氣能見度的變化由氣象條件和顆粒物濃度共同作用。顆粒物濃度上升，大氣能見距離縮短，空氣濕度增大時，會使顆粒物散射消光系數增大，從而降低大氣能見度。由此可見，相對濕度是影響能見度的重要氣象因子之一。與消光系數相同，將相對濕度分成RH<70%、70%≤RH<80%、80%≤RH<90%、RH≥90%的分段區間，統計在不同濕度條件下，2019年4個季節整體的樣本數據PM2.5在不同水平能見度下的平均質量濃度值，統計結果見圖4。

從圖4中可以看出，（1）在分出的4個等級相對濕度中，PM2.5質量濃度值升高，能見度總體上呈下降趨勢。（2）能見度一定時，高濕對應的PM2.5濃度低，說明大氣相對濕度是使能見度下降的一個重要原因。

對4個相對濕度等級進行對比分析，證明了在相對濕度的影響下，能見度與PM2.5仍保持負相關關系，PM2.5質量濃度值越低，能見度越低。表明PM2.5濃度值與相對濕度是影響能見度的重要因子。

3 結論

根據2019年寧德市監測站提供的逐時PM2.5質量濃度和寧德市氣象局提供的大氣能見度監測數據，分析了寧德市大氣消光系數和能見度分別與PM2.5質量濃度值的關系，得出以下結論。

（1）寧德市無明顯PM2.5污染，主要集中在0～50 μg/m3間，夏秋兩季PM2.5小于春、冬兩季。

（2）寧德市各季節大氣消光系數與PM2.5均呈線性關系，能見度與PM2.5呈乘冪關系。

（3）在不同相對濕度等級中，大氣消光系數、能見度與PM2.5濃度值關系仍保持不變，表明寧德市影響大氣消光系數、能見度的重要因子包括大氣相對濕度與PM2.5值。

（4）城市環境質量與人們生活息息相關，分析細顆粒物PM2.5成為一項重要的工作。目前，寧德市尚無系統地對PM2.5質量濃度進行分析，從能見度、消光系數兩因子討論PM2.5質量濃度特點，對今后制定改善大氣環境的對策提供參考，同時為無監測PM2.5手段的氣象臺站提供周圍環境細顆粒物濃度測算參考。

參考文獻

[1] 祝陽，李全喜.多中心治理視閾下的PM2.5治理模式建構的思考[J].重慶工商大學學報：社會科學版，2014，31（3）： 92-97.

[2] 徐鵬煒，譚湘萍，蔡菊珍，等.杭州城市大氣消光系數和能見度的影響因子研究[J].環境污染與防治，2005（6）：410-413.

[3] 宋丹林，陶俊，張普，等.成都城區顆粒物消光系數特征及其與PM2.5的關系[J].中國科學院大學學報，2013，30（6）： 757-762.

[4] 姜斌彤，沈葉民.杭州市大氣能見度與PM2.5濃度的關系[J].資源節約與環保，2015（4）：105-106，113.

[5] 王京麗，劉旭林.北京市大氣細粒子質量濃度與能見度定量關系初探[J].氣象學報，2006（2）：221-228.

[6] 陶宗明，單會會，麻曉敏，等.近地面PM2.5質量濃度廓線反演方法及個例研究[J].激光與光電子學進展，2015，52 （11）：56-62.

[7] 韓毓，白志鵬，孫韌.顆粒物質量濃度對大氣能見度水平影響分析[J].環境監測管理與技術，2008（4）：60-61，65.

[8] 陳義珍，趙丹，柴發合，等.廣州市與北京市大氣能見度與顆粒物質量濃度的關系[J].中國環境科學，2010，30（7）：967-971.

[9] 王晨波.PM2.5濃度對能見度影響分析[J].科技信息，2013（15）：439-440.

責任編輯：黃艷飛

Relationship between Extinction Coefficient， Visibility and PM2.5 in Ningde City

Huang De-hua et al（Zherong Mete-

orological Bureau of Fujian Province， Zherong， Fujian 355300）

Abstract Based on the hourly PM2.5 mass concentration provided by Ningde Monitoring Station in 2019 and the atmospheric visibility monitoring data provided by Ningde Meteorological Bureau， this paper discusses the relationship between PM2.5 and extinction coefficient， visibility. The analysis results show that： （1） PM2.5 mass concentration in Ningde City was mainly concentrated at 0～50 μ g/m3， PM2.5 in summer and autumn was less than that in spring and winter， and the overall PM2.5 pollution was not serious. （2） The PM2.5 mass concentration in Ningde City had a linear positive correlation with the atmospheric extinction coefficient， and a power negative correlation with the atmospheric visibility. （3） In different relative humidity levels， the relationship between extinction coefficient， visibility and PM2.5 value remains unchanged， indicating that the factors affecting atmospheric extinction coefficient and visibility include atmospheric relative humidity and PM2.5 value.

Key words Extinction coefficient; Visibility; PM2.5 mass concentration

作者簡介 黃德華（1995—），男，福建莆田人，助理工程師，主要從事應用氣象研究。

收稿日期 2022-11-12