基于相對濕度及AQI值的哈爾濱市大氣能見度分析

齊海超，周長明，魏 帥，楊 頔

（1.黑龍江省氣象災害防御技術中心，黑龍江 哈爾濱150030；2.黑龍江省龍天防雷科技有限公司，黑龍江 哈爾濱150030）

1 引言

近年來，空氣污染成為人民生活日益關注的話題，雖然“大氣十條”等政策的實施有效降低了顆粒污染物濃度，重污染天數顯著降低，但是環境形勢依然嚴峻。隨著中國空氣質量不斷惡化，國內外有關霾污染方面的研究有很多，有關霾發生的致災因子相關研究主要集中在兩方面[1-2]：一方面是根據霾的定義分析，霾是由于氣溶膠增多或相對濕度增大引起氣溶膠吸濕增長而導致的能見度降低的現象，以能見度和相對濕度來分辨霾的方法，另一方面是根據空氣質量指數的高低判斷霾天氣發生的嚴重程度，并通過與地面氣象要素的相關關系進行系統分析。

綜上所述，不同的學者采用不同的污染物作為研究對象來研究空氣污染的時空變化特征。然而，空氣質量狀況不能由大氣污染物（如：PM2.5、SO2和NO2等）全面衡量。空氣質量預報應該基于氣象基礎信息，再疊加污染物排放情況，進行綜合預測。目前，環保部門主要用空氣質量指數AQI值作為界定污染程度的參數，氣象部門主要用霾預警信號發布大氣污染預警，兩者并沒有發布空氣污染統一標準，通過開展發布空氣污染預警的不同參數間相關性基礎研究，有助于建立調控空氣污染級別方案。

2 研究資料與方法

2.1 資料來源

哈爾濱市空氣質量指數數據來源于環保部中國環境監測總站發布的環境數據，主要選取哈爾濱市12個監測站點（見表1）六種主要污染物細顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、臭氧（O3）及AQI每個監測站點每小時濃度的數值。

表1 哈爾濱市監測點分布表

能見度及相對濕度數據來自于2015-2017年哈爾濱氣象自動站 （國家一般氣象站）1-12月全年逐小時資料。

2.2 研究方法

針對環保與氣象部門發布空氣污染預警的不同參數進行相關關系分析，選取哈爾濱市2015-2017年監測總站觀測的空氣質量指數以及同期觀測的相對濕度和能見度日均數據，并通過繪制折線圖進行對比分析空氣質量指數與能見度、相對濕度之間的關系。

綜合能見度、相對濕度及AQI值變化相關擬定濕環境及干環境定義指標[3]，通過不同干濕環境下能見度與AQI值的相關關系，找到不同空氣質量指數區間段AQI值變化對應的能見度變化趨勢，根據降低調節大氣污染物濃度分等級提高大氣能見度，從而演變為政府防御治理空氣污染時制定調控政策的依據。

3 AQI與六種污染物濃度的相關分析

空氣質量指數（AQI）是以空氣中污染物對人體造成的危害為基礎的空氣質量評價體系，定量描述空氣質量狀況的無量綱指數。其定義為主要空氣污染物的濃度及污染物所對應的空氣質量分指數IAQI中的最大值，AQI值越大，說明空氣質量越差，污染越嚴重。即：

本節通過統計分析2017年AQI及六種污染物濃度的月均值，進行相關分析，綜合得到哈爾濱市首要污染物規律如表2，可以看出經過月平均計算，哈爾濱市的首要污染物是可吸入顆粒物。但選取2017年AQI及六種污染物濃度的日均值進行統計，PM2.5占首要污染物93.3%，PM10占首要污染物4.8%，SO2占首要污染物1.1%，NO2占首要污染物0.8%，由此可以說明PM2.5并不是唯一首要污染物。

表2 2017年月平均空氣質量情況表

4 相對濕度、AQI值及能見度相關分析

大氣能見度與空氣中水分子含量、顆粒物等有較大關系。圖3顯示在不同相對濕度下大氣能見度及AQI值變化曲線圖。由圖3可知，大氣能見度隨著相對濕度的升高而呈線性下降趨勢，相關系數為0.996。平均大氣能見度在相對濕度低于20%時約18km，相對濕度在20%-79%之間，隨著相對濕度的升高，AQI值總趨勢是增長趨勢，而相對濕度大于79%時平均大氣能見度<4 m，大氣能見度與AQI值的相關性最強。綜合以上分析，在相對濕度小于40%時，大氣能見度主要受AQI值變化影響；在相對濕度大于80%時，大氣中水汽含量增加，能見度不斷下降，空氣中懸浮的顆粒物吸收大氣中水汽從而進一步降低大氣能見度。

圖3 不同相對濕度下大氣能見度及AQI值變化曲線圖

根據干濕環境定義指標，通過不同干濕環境下能見度與AQI值的相關關系，分析得到：當濕環境（RH＞80%）時，能見度隨濕度升高成線性遞減，相對濕度每升高1%，哈爾濱平均能見度降低1.5km。而干情景下（RH＜40%），能見度迅速降低的關鍵因素是AQI值升高，AQI值在0-100區間段，AQI值每升高10，哈爾濱平均能見度減低0.2km，AQI值在101-200區間段，AQI值每升高10，哈爾濱平均能見度減低0.3km，AQI值在201-300區間段，AQI值每升高10，哈爾濱平均能見度減低0.6km，AQI值在300以上，AQI值每升高10，哈爾濱平均能見度減低1.1km。

5 結論

本文的分析和討論主要利用了2015-2017年監測總站觀測哈爾濱市12個監測站點的空氣質量指數以及同期觀測的相對濕度和能見度日均數據，對比分析空氣質量指數與能見度、相對濕度之間的關系，結論如下：

（1）哈爾濱市的首要污染物是可吸入顆粒物，但PM2.5并不是唯一首要污染物。

（2）大氣能見度受空氣中水汽含量及顆粒物濃度雙重影響。

（3）通過控制不同濕度條件下，AQI值的升降，從而提升大氣能見度，主要是干環境（RH＜40%）下，不同AQI值區間段，AQI值每升高10，哈爾濱市平均能見度降低0.2-1.1km。

根據以上結論，可以通過降低調節大氣污染物濃度分等級提高大氣能見度，從而演變為防御治理空氣污染時制定調控政策的依據。