上高縣氣象條件與空氣質量的統計分析

宋寬 高建平 周丹紅 袁媛 馬中元

摘 要：利用上高縣環保局（上高中學）PM2.5濃度、空氣質量指數、氣溫、濕度、風速、降水等資料，結合上高縣降水、溫度、風速、濕度等氣象要素，結合江西雷達拼圖資料，采用統計學、滑動平均、線性方程等方法，對上高縣2017年4月～2019年3月（二年）的逐小時AQI空氣質量指數與氣象要素之間的相關性進行研究，結果表明：1.夏天氣溫高，近地面對流活動越強，大氣層結越不穩定，污染物易于擴散，同理冬天氣溫低，對流活動越弱，大氣層結越穩定，污染物不易擴散，堆積使濃度升高。2.AQI（PM2.5）與風速呈負相關性，在風速減弱時，風速對污染物的擴散作用減弱，AQI（PM2.5）增大。在風速增大時，風速對污染物的擴散作用增加，AQI（PM2.5）下降。3.AQI（PM2.5）與降水量呈負相關性，當降水量增大時，降水對污染物的吸附沉降增大，AQI（PM2.5）下降。AQI（PM2.5）在一天當中與濕度呈正相關性。4.受到天氣過程影響時，會產生氣象要素的變化，從而影響AQI（PM2.5）的變化。當產生降水及風速增大時，對空氣質量很較好的凈化作用。副熱帶高壓控制時，大氣對流活動頻繁，對污染物有擴散作用，AQI整體良好，高壓脊控制時，大氣穩定利于污染物的積累，AQI升高，空氣質量降低。

關鍵詞：AQI;PM2.5;氣象要素;溫度;降水;風速

本文利用上高縣環保局（上高中學）PM2.5濃度、空氣質量指數、氣溫、濕度、風速、降水等資料，結合上高縣降水、溫度、風速、濕度等氣象要素，結合江西雷達拼圖資料，采用統計學、滑動平均、線性方程等方法，對上高縣2017年4月～2019年3月（二年）的逐小時AQI空氣質量指數與氣象要素之間的相關性進行研究，試圖分析上高城區氣象條件與空氣質量AQI變化規律，了解各種氣象要素與空氣質量之間的相關關系，制作氣象要素與AQI要素關系的產品圖，為上高的環境空氣質量預報工作提供參考，提高空氣質量預測預報能力，為上高大氣污染防治提供有力技術支撐。

一、資料來源

空氣資料AQI數據來源于上高縣環保局監測站2017年4月至2019年3月（二年）上高中學觀測站，數據包含：PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3、CO等要素。

氣象要素來源于上高縣氣象局自動觀測站，數據包括：氣溫、濕度、風速、降水等數據。

二、AQI與氣象要素的變化

（一）AQI年變化

由兩年AQI趨勢和AQI五次滑動日平均（圖1、圖2）可以看出AQI整體隨時間呈正態分布，夏季存在低值區，冬季存在高值區，并且夏季波動較小，冬季波動較大，這是由于大氣自凈能力在春、夏季表現出沿海地區小，內陸地區大的分布;到了秋、冬季，沿海地區大氣自凈能力增大，內陸地區則減小;自凈能力的增大有利于污染物的擴散，造成了上高地區AQI夏季降低，冬季升高的分布;同時夏天氣溫越高，近地面對流活動越強，大氣層結越不穩定，污染物易于擴散，同理冬天氣溫低，對流活動越弱，大氣層結越穩定，污染物不易擴散，堆積使濃度升高。從而造成了（圖1圖2）在冬季夏季有兩個極值區。

（二）AQI與氣象要素的變化

1.AQI與溫度的變化。整體分析：溫度與AQI呈反比關系，在溫度升高時，AQI整體呈減小趨勢，即空氣質量變好，在溫度降低時，AQI整體呈上升趨勢，即空氣質量變差。并在6～9月有明顯的低值區。同時隨著氣溫的降低，在11月至次年2月有明顯的高值區存在，AQI在年分布中，與溫度的關系呈反比。

2.AQI與濕度的變化。整體分析：濕度與AQI年變化呈正相關性，在濕度升高時，AQI對應的有所上升;在濕度降低時，AQI對應的有所降低。且在濕度與AQI的日變化中，呈現正態分布，在夜晚濕度增大，AQI也隨之增大，隨著白天濕度減小，AQI也隨之增大。

3.AQI與風速的變化。整體分析：AQI與風速呈負相關性，在冬季風速減弱時，風速對污染物的擴散作用減弱，AQI增大。在夏季風速增大時，風速對污染物的擴散作用增加，AQI下降，改善空氣。

4.AQI與降水的變化。整體分析出：降水與AQI呈負相關性，當雨季時來臨時，AQI有明顯的下降趨勢，這是降水可以吸附大氣中的大量污染物，隨降水降落到地面，從而凈化空氣。雨季結束后，降水減少，相應降水的凈化功能減弱，AQI整體明顯回升。

由此得知：AQI整體來說與氣象條件呈一定相關性，在秋冬（非雨季）AQI升高，春夏（雨季）AQI降低。同一時間段內，可能影響AQI的要素有很多，但各要素的影響程度有所不同，還需具體分析。同時，在相關性之外，還存在一些波動，這些波動是由降水天氣過程產生的，這也會在后面具體分析。

三、不同天氣形勢下PM2.5的變化

（一）副熱帶高壓時PM2.5的變化

當上高地區受副熱帶高壓控制時，最高氣溫維持在35℃以上，整體空氣質量變好，AQI（PM2.5）都在100以下，空氣質量良好。同時溫度與AQI（PM2.5）呈負相關性，在溫度升高時，AQI（PM2.5）整體呈減小趨勢，即空氣質量變好，在溫度降低時，AQI整體呈上升趨勢，即空氣質量變差。這是因為副熱帶高壓控制下午后氣溫升高，近地面對流活動越強，大氣層結越不穩定，污染物易于擴散，同理夜間氣溫降低，對流活動越弱，大氣層結越穩定，污染物不易擴散，堆積使濃度升高。

（二）高壓脊時PM2.5的變化

上高地區受高壓脊控制，氣溫回升并維持，AQI（PM2.5）逐漸升高，空氣質量變差。由于上高冬季受高壓脊控制，大氣活動穩定，自凈能力較差，污染物不易擴散，容易累積，造成AQI（PM2.5）升高空氣質量變差。AQI（PM2.5）與溫度、風速呈負相關性、與濕度呈正相關。

（三）弱冷空氣時PM2.5的變化

上高地區受到來自北方弱冷空氣影響時，整體分析：AQI（PM2.5）與氣溫、風速呈負相關正態發布，當冷空氣來臨時，風速明顯增大，AQI（PM2.5）先是有一個上升過程，然后再是一個非常大幅度下降過程，對改善空氣質量有較好幫助。這是因為冷空氣帶來偏北風，先是帶來北方的污染物積累，造成AQI（PM2.5）的升高，但隨著偏北風的持續，使得污染物得以擴散，空氣質量明顯轉好。但是冷空氣過后，偏北風速減小，對污染物的擴散作用也減小，污染物積累造成AQI（PM2.5）的回升。

（四）強冷空氣時PM2.5的變化

當上高地區受到強冷空氣影響時，氣溫明顯降低，風速增大，有降水過程。由于降水過程中，對大氣中的污染物有一個沖刷溶解的過程，有效的減少了大氣的污染物的濃度，較好的提升了空氣質量。同時風速對污染物也有一個擴散作用，但是當強冷空氣降雨過程結束，風速降低，AQI（PM2.5）會有一個回升段。

（五）中低層切變線時PM2.5的變化

當上高地區受到中低層切變線影響時，產生明顯的降水過程，風速變化不大，帶隨著降水過程，AQI（PM2.5）會有個明顯的降低過程，改善空氣質量，降水過程結束之后，AQI（PM2.5）明顯回升

由此可見，整體分析：AQI（PM2.5）與氣溫、風速、降水量呈負相關性，與濕度呈正相關性。同時當天氣系統影響上高地區時，會引起一些氣象要素的變化，從而影響天氣質量。

四、結論分析

利用上高縣環保局AQI空氣質量數據和上高縣氣象局氣象觀測數據，結合江西雷達拼圖資料，采用統計學、滑動平均、線性方程等方法，對上高縣2017年4月～2019年3月AQI空氣質量指數與氣象要素之間的相關性進行研究，結果如下：

整體分析知AQI（PM2.5）與氣溫呈現負相關性正態發布。主要原因是夏天氣溫高，近地面對流活動越強，大氣層結越不穩定，污染物易于擴散，同理冬天氣溫低，對流活動越弱，大氣層結越穩定，污染物不易擴散，堆積使濃度升高。

整體來看AQI（PM2.5）與風速呈負相關性，在風速減弱時，風速對污染物的擴散作用減弱，AQI（PM2.5）增大。在風速增大時，風速對污染物的擴散作用增加，AQI（PM2.5）下降。

整體來看AQI（PM2.5）與降水量呈負相關性，當降水量增大時，降水對污染物的吸附沉降增大，AQI（PM2.5）下降。AQI（PM2.5）在一天當中與濕度呈正相關性。

受到天氣過程影響時，會產生氣象要素的變化，從而影響AQI（PM2.5）的變化。當產生降水及風速增大時，對空氣質量很較好的凈化作用。副熱帶高壓控制時，大氣對流活動頻繁，對污染物有擴散作用，AQI整體良好，高壓脊控制時，大氣穩定利于污染物的積累，AQI升高，空氣質量降低。

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作者簡介：宋寬（1996-）男，助理工程師，從事氣象綜合業務工作。