大氣顆粒污染物的擴散條件及濃度時空變化監測技術研究

關鍵詞：大氣顆粒污染物；擴散條件；濃度時空變化；監測

中圖分類號：X831 文獻標志碼：B

前言

大氣顆粒污染物是一種主要的空氣污染問題，對人類健康和環境質量產生嚴重影響。顆粒污染物的擴散條件和濃度時空變化的監測技術是研究此類污染問題和制定相應治理策略的重要基礎。風向、風速、溫度、濕度等天氣要素直接影響大氣顆粒污染物的輸送和分布。同時，地形位置也會對顆粒物的擴散產生重要影響。因此，在研究和監測顆粒物擴散條件時，需要綜合考慮氣象、地理和污染源等諸多因素。中國是世界上空氣污染最嚴重的國家之一，在過去的十幾年中，隨著中國經濟迅速崛起，工業快速發展和持續增加的人口數量對大氣環境產生了十分顯著的影響。尤其是大氣顆粒物污染方面，顆粒物高濃度對能見度以及氣候變化等多個方面產生了不利影響，引起了中國政府以及科學家的廣泛關注。以河北省為例，其面臨著十分嚴重的空氣污染問題，尤其是冬季更為嚴峻。霧霾現象發生頻率不斷增加，所以大力整治空氣污染已經成為當前的重中之重。以下通過調查河北省的空氣質量基本狀況，對大氣顆粒污染物擴散的主要影響因素展開分析，同時對大氣顆粒污染物濃度展開時空變化監測，為河北省環境保護工作提供一定的理論以及實踐基礎。

1大氣顆粒污染物的擴散條件分析

根據河北省2017年- 2022年的空氣質量數據可知，城市中的污染源主要是向環境中排放污染物，也是導致環境污染問題日益嚴峻的主要原因。其中，大氣污染物向大氣環境的排放形式主要有：（1）點源；（2）面源；（3）線源。

相關研究結果顯示，大氣污染物的擴散是根據研究區域氣候的條件變化而變化。即使相同區域內，氣候不同，污染物的濃度也會相差較大。

充分了解大氣污染物的物理性質和化學性質，同時還需要了解不同類型污染源的主要排放形式以及研究地區的具體氣候情況。空氣質量模式主要是采用模式計算的方式描述大氣污染物在空氣中的濃度變化情況，同時將污染源以及氣象等因素展開模式化處理，通過計算掌握大氣中污染物的具體濃度分布情況，獲取大氣顆粒污染物的擴散規律。

相關研究結果表明，在大氣顆粒污染物的擴散過程中，不僅和研究區域的污染物排放量存在關聯，同時也和溫度以及風速等因素存在密切關聯。其中，擴散系數是計算過程中一個比較重要的參數，它主要用來描述大氣邊界湍流擴散的強弱，均會隨著以上參數的變化而變化。

1.1大氣穩定度對大氣顆粒污染物擴散的影響分析

大氣穩定度是衡量空氣垂直運動情況的指標，對大氣顆粒污染物擴散具有重要影響。大氣穩定度的大小與云量和地面風速密切相關。較強的大氣穩定度會抑制顆粒物的縱向混合和垂直擴散，導致顆粒物在較低高度范圍內積聚增加，使污染物濃度無法有效地被稀釋和擴散。而較弱的大氣穩定度則有利于顆粒物的垂直混合和擴散，使污染物得以更好地稀釋和傳輸，降低濃度。當大氣處于比較穩定的狀態，大氣湍流強度相對較低，對應大氣污染物的擴散能力也較差；反之，大氣湍流強度得到進一步提升，會全面提升污染物的垂直擴散能力。

因此，了解和分析大氣穩定度對顆粒物擴散的影響，對制定相應的污染控制措施和改善空氣質量具有重要意義。

1.2風速對大氣顆粒污染物擴散的影響分析

在通常情況下，大氣中污染物的擴散速度與風速呈反比關系。當風速增大時，對應的大氣湍流強度也會變大，污染物的擴散能力也得到增強，但是污染物的濃度比較小；反之，則說明大氣顆粒污染物擴散能力下降，但是會在小范圍內造成比較嚴重的污染現狀，污染物濃度比較大。

1.3溫度

相關研究顯示，日平均氣溫和空氣污染指數兩者呈現負相關關系，空氣污染指數隨著平均氣溫的增加而下降。

1.4降水量

降水將大氣中部分污染物有效沖刷掉，使空氣質量得到一定程度提升。降水量越大，則凈化效果越顯著。

2大氣顆粒污染物濃度時空變化監測

2.1研究范圍和方法

2.1.1區域劃分

對河北省11個城市（唐山、邢臺、石家莊、邯鄲、張家口、滄州、秦皇島、承德、衡水、保定、廊坊）的大氣顆粒污染物濃度展開時空變化監測。為了精準對比不同地區的空氣質量差異，將其劃分為冀北地區、冀東地區、冀東中地區、冀南地區。

2.1.2污染數據來源

從2015年開始，環保部門開始采集河北省主要城市的各項污染物在各個監測點的空氣質量數據。將2017年-2022年的空氣質量數據作為主要數據來源展開分析。

2.1.3主要污染物確定

采用空氣質量指數（Air Quality Index，AQI）描述河北省的空氣質量狀態，根據空氣中的多種污染物（如顆粒物、臭氧、二氧化氮、二氧化硫等）濃度和其他因素（例如風速、能見度）的綜合考慮，將空氣質量劃分為幾個級別，并為每個級別分配相應的得分，從而表示空氣質量的好壞程度。通過AQI取值，劃分空氣質量指數等級如下。

根據相關規定，對不同的功能區域具有不同的環境質量要求，以下研究采用二級濃度限值。

2.2結果分析

河北省2017年-2022年大氣顆粒污染物濃度監測結果見圖1。

河北省2022年不同區域大氣顆粒污染物日均濃度月變化結果見圖2。