瀏陽市城區環境空氣污染特征及其與氣象因素相關性分析

(1. 瀏陽市環境保護監測站，湖南 長沙 410300；2.瀏陽市氣象局，湖南 長沙 410300)

本研究利用瀏陽城區空氣自動監測站點近年度6種污染物(PM2.5、PM10、CO、NO2、SO2、O3)監測數據，結合相應期間氣壓、溫度、濕度、風速等氣象數據，對瀏陽市城區環境空氣污染特征、變化趨勢及與氣象因素的相關性作出分析。

1 研究區概況

瀏陽位于湖南省東北部，東經113°10′24″～114°14′58″，北緯27°51′20″～28°34′06″，地處湘贛邊界，偏北，總面積5007km2。屬中亞熱帶季風濕潤氣候，有三個氣候分區：一是盆地谷地氣候區，位于瀏陽河中下游及撈刀河、南川河流域谷地盆地；二是山區臺地氣候區，位于瀏陽河上游及各水系支流發源處的200m以上山谷臺地；三是高山氣候區，位于東區山區。瀏陽城區四面環山，東南邊是天馬山，西北邊是道吾山，西邊是蕉溪嶺，瀏陽河穿城而過，平均海拔80余m，為丘陵小盆地，屬于盆地氣候區，近5a環境空氣優良率均在86%以上。

2 材料與方法

2.1 數據來源和處理

2.1.1 數據來源

近年度瀏陽市城區空氣自動監測站點監測環境空氣中PM2.5、PM10、CO、NO2、SO2、O3時均濃度值和瀏陽市氣象站風速、溫度、濕度、氣壓)每日24h逐時實測值。

2.1.2 數據處理

統計每日環境空氣中首要污染物及全年度每種污染物作為首要污染物所占比值；根據每種污染因子時均濃度值及氣象因素逐時實測值，求出其日均值和月均值，并繪制月度、季度變化折線圖，分析求出污染因子濃度同氣象因素的相關性。

2.2 研究方法

2.2.1 環境空氣質量評價方法

空氣質量綜合定性評價采用《HJ 633-2012環境空氣質量指數(AQI)技術規定(試行)》中環境空氣質量指數(AQI)計算方法和《GB 3095-2012環境空氣質量標準》進行綜合評價。

2.2.2 相關分析

研究環境空氣中污染因子濃度與氣象因素之間是否存在某種依存關系，并對相關方向以及相關程度進行探討。其計算方式見公式(1)

(1)

3 結果與分析

3.1 環境空氣首要污染物

統計近年度瀏陽市城區環境空氣中每日首要污染物及其作為首要污染物的天數，求出在全年度中所占比例，結果如圖1所示。從圖1可以看出：全年首要污染物主要為PM2.5，占全年天數的28.7%；其次為O3，占全年天數的17.5%。這表明PM2.5和O3對瀏陽市城區環境空氣污染的貢獻較大。PM2.5作為灰霾天氣的重要成分之一，對人體健康影響較大，其主要排放源為城區道路、建筑揚塵、機動車尾氣和煤煙塵。臭氧形成機理復雜、控制難度大，相關研究和實踐表明：控制臭氧污染需要按照一定比例協同削減NOX和VOCS排放，可繼續將控制環境空氣中PM2.5濃度作為瀏陽市藍天保衛戰治理的首要任務，同時加強大氣排放污染源中NOX和VOCS排放控制，扎實推進城區PM2.5、臭氧的協同控制。

3.2 污染因子月、季度變化分析

由圖2可以看出，瀏陽市城區環境空氣中SO2、O3、CO月均濃度變化趨勢較為明顯，PM2.5、PM10、NO2月均濃度變化趨勢較為接近。SO2月均濃度最高值出現在4月，為0.130mg/m3，月均濃度最低值出現在8月，為0.004mg/m3；O3月均濃度最高值出現在9月，為0.112mg/m3，月均濃度最低值出現在1月，為0.043mg/m3；PM10月均濃度最高值出現在12月，為0.085mg/m3，月均濃度最低值出現在6月，為0.022mg/m3；CO月均濃度最高值出現在5月，為2.220mg/m3，PM2.5月均濃度最高值出現在1月，為0.059mg/m3， NO2月均濃度最高值出現在2月，為0.050mg/m3，PM2.5、NO2、CO月均濃度最低值均出現在7月，分別為0.022mg/m3、0.012mg/m3、0.570mg/m3。

由圖3可以看出，瀏陽市城區環境空氣中NO2、PM2.5、PM10濃度季均值隨季度不同呈現V字形變化；環境空氣中SO2、CO濃度季均值隨季度不同呈N 字形變化；環境空氣中O3濃度季均值隨季度不同呈現∧形變化。SO2、NO2、PM2.5、CO上半年濃度相對較高；PM10、O3下半年濃度相對較高。SO2、NO2、PM2.5、CO季均濃度最低值均出現在第三季度。

3.3 瀏陽市城區氣象因素月、季度變化分析

氣象條件很大程度上能影響環境空氣中污染物質的擴散和累積。當污染源中污染物排放量一定時，氣象條件能決定污染物濃度值大小。由圖4、圖5可以看出：瀏陽城區氣溫月均值呈拋物線狀，全年7月、8月氣溫較高，平均溫度達到29.1℃、28.9℃，1月、2月、12月氣溫較低，平均氣溫分別為9.1℃、6.2℃、8.3℃；氣壓月均值呈反拋物線狀，全年6月、7月、8月氣壓較低，月均氣壓值分別為994.6hPa、993.0hPa、992.8hPa，12月、1月、2月氣壓相對較高，月均氣壓值分別為1012.9hPa、1013.8hPa、1013.9hPa；瀏陽降水充沛，境內有三大水系，分別為南川河、撈刀河、瀏陽河，全年大氣相對濕度為75%以上，月份之間有較為明顯的波動變化。其中4月和11月相對濕度最大，達88%；2月相對濕度最小，為75%；瀏陽城區為丘陵小盆地，屬于盆地氣候區，月均風速在1.1～1.7m/s，相鄰月均風速最低落差為0.1 m/s，最高落差為0.3m/s，全年風速月份之間的起伏較為平緩。

表1 污染因子濃度值與氣象因素相關分析

注：**P﹤0.01水平上顯著相關；*P﹤0.05水平上顯著相關。

3.4 污染物濃度與氣象因素相關分析

用SPSS數據分析軟件對瀏陽市城區環境空氣中6種污染物和4種氣象因素月均數值進行相關性分析，分析結果如表1所示。從表1可以看出：SO2和CO濃度月均值與4種氣象因子無顯著相關性(p﹥0.05)；NO2濃度月均值與氣溫的相關系數為-0.863，具有極顯著的負相關性(p﹤0.01)，與氣壓的相關系數為0.830，具有極顯著的正相關性(p﹤0.01)，與濕度、風速相關性不大(p﹥0.05)；PM10濃度月均值與風速的相關系數為-0.603，具有較顯著的負相關性(p﹤0.05)，與氣溫、濕度、氣壓相關性不大(p﹥0.05)；PM2.5濃度月均值與氣溫具有極顯著負相關性(p﹤0.01)，與風速具有較顯著負相關性(p﹤0.05)，相關系數分別為-0.908和-0.596，與氣壓的相關系數為0.879，具有極顯著正相關性(p﹤0.01)，與濕度相關性不大(p﹤0.05)；O3濃度月均值與濕度具有較顯著負相關性(p﹤0.05)，與氣壓具有極顯著負相關性(p﹤0.01)，相關系數分別為-0.602和-0.758，與氣溫相關系數為0.738，具有極顯著正相關性(p﹤0.01)，與濕度相關性不大(p﹥0.05)。

4 結論

(1)瀏陽市城區環境空氣中首要污染物主要為PM2.5，占全年天數的28.7%；其次為O3，占全年天數的17.5%。這表明PM2.5和O3對瀏陽市城區環境空氣污染的貢獻較大。SO2、NO2、PM10對環境空氣質量影響相對較小。

(2)瀏陽市城區環境空氣中SO2、O3、CO月均濃度變化趨勢較為明顯，PM2.5、PM10、NO2月均濃度變化趨勢較為接近。NO2、PM2.5、PM10濃度季均值隨季度不同呈現V字形變化，環境空氣中SO2、CO濃度季均值隨季度不同呈N 字形變化，環境空氣中O3濃度季均值隨季度不同呈現∧形變化，SO2、NO2、PM2.5、CO上半年濃度相對較高，PM10、O3下半年濃度相對較高，SO2、NO2、PM2.5、CO季均濃度最低值均出現在第三季度。

(3)對6種污染因子與4種氣象因素用SPSS數據分析軟件進行相關性分析，發現： NO2濃度月均值與氣溫具有極顯著的負相關性，與氣壓具有極顯著的正相關性；PM10濃度月均值與風速具有較顯著的負相關性；PM2.5濃度月均值與氣溫具有極顯著負相關性，與風速具有較顯著負相關性，與氣壓具有極顯著正相關性；O3濃度月均值與濕度具有較顯著負相關性，與氣壓具有極顯著負相關性，與氣溫具有極顯著正相關性。