降雨对PM2.5浓度的影响及人工降雨降低PM2.5浓度的探讨

汤天然，陈建楠，李广前，朱 彬

(1.南京信息工程大学大气科学学院，江苏 南京 210044;2.南京信息工程大学大气物理学院，江苏 南京 210044)

1 引言

大气颗粒物(particulate matter，PM)是大气中主要的空气污染物之一，也是目前对我国大多数城市空气质量造成影响的主要污染物，而其中我们将大气颗粒物中空气动力学直径小于等于2.5μm的细颗粒物(fine particulate matter)，称为PM2.5。其易导致雾霾天气造成能见度下降，并且其携带大量有毒有害物质，会对人体健康造成不良影响。同时，有研究表明空气中通过呼吸进入人体内的微量污染物，潜在危害要比饮用含有等量污染物的水和食物更大［1］。大气中PM2.5浓度不但与污染源有关，气象条件也对PM2.5浓度变化有重要的影响［2－6］。研究表明当污染源相对稳定时，气象条件是影响PM2.5的重要因素［7］，不利于颗粒物扩散和沉降的气象条件则会导致PM2.5浓度升高［8］，而有利的气象条件则会降低PM2.5浓度。在大气污染物中，水溶性有机物约占PM2.5有机物总量的20% ～80%［9］。并且，相对湿度高的空气导致颗粒物表面对气态污染物更容易吸附，使得NH3、NOx、HNO3等污染气体易于吸收或吸附在颗粒表面［10］。而水溶性有机物以及NH3、NOx、HNO3都有易溶于水的特性，所以它们与空气中不可溶的悬浮的细颗粒物，都会在降雨时随雨滴沉降到地面，即湿沉降现象。但是一些观测资料分析发现，并非所有下雨当天的PM2.5浓度必然会降低。这是因为大气稳定度、相对湿度、风速、降雨等等气象条件相互影响，并对PM2.5的污染物的扩散、输送和积聚的影响机理不同所致［11］。本文根据2013年6月份南京市逐日的PM2.5浓度观测资料，以及同期的气象数据，分析了PM2.5与降雨、风速和相对湿度之间的关系。对如何科学的选择适宜天气条件，利用人工降雨方法来降低PM2.5浓度进行探讨。

2 资料

本文应用了2013年6月份南京逐日PM2.5观测数据，来源于国家空气质量自动监测网设于南京市的9个监测点。同期的气象观测资料来自于南京市气象站。

3 结果与分析

3.1 PM2.5日变化与气象条件关系

通过分析南京市区2013年6月9个站环境监测站的PM2.5日平均变化规律(图1)，发现这9个站的日变化总体规律相近，仅仅是在站与站之间的存在极小的差值，于是将其平均后，以平均值的变化规律代表南京市该年6月的PM2.5的变化规律。并且，引入南京市6月份逐日的风速、降雨以及相对湿度的变化，与同期PM2.5浓度变化进行比较分析。

图1 南京市区九个站6月份逐日PM2.5监测值的变化

根据图2、图3、图4，我们发现，在无降雨、低风速时，南京的PM2.5浓度较高;在6月7—9日3 d的降水过程中，降雨量与PM2.5的变化呈负相关.但在6月23—25日这3 d，却发现虽然也出现降水，南京的PM2.5观测值在23、24日并没有因为降雨而减少，反而在24日有一个升高的趋势。反查6月23—24日的能见度情况发现了24日有雾霾天气(见表1)。这是在高湿、静风的天气条件下容易使空气中水汽出现过饱和而凝结成雾。因此，虽然23日的降雨对减缓PM2.5的升高有一定作用，但是降雨也导致了近地面湿度增加，在较高的相对湿度和静风的气象条件下形成了雾霾天气;另一方面，这种天气条件下细颗粒污染物不易扩散稀释，颗粒物不断累积，形成霾污染［12］。

根据图2、图3、图4及表1、表2的风速、降雨、相对湿度可见，24日由于降雨量低(2.1 mm)，夏季气温较高以及当日与前日的水汽蒸发，导致相对湿度较高(约90%)，且较小的风速(约1～3 m/s)不利于颗粒物扩散。而且由于南京工厂、车辆较多，排放较大，所以空气中的细微颗粒排放较多，导致了当时的雾霾天气及较高PM2.5浓度。而随着25日的降雨量增加(54.3 mm)，温度下降，风速加大(2～7 m/s)，不利于雾霾的生成以及PM2.5指数的降低。回溯到6月6—9日，也能发现这种规律。随着7、8日的降水，气温降低，每天的风速较大，这几天天气条件不利于霾的产生，PM2.5明显下降。

表1 南京站2013年6月23、24日气象观测资料

表2 南京站2013年6月25日气象观测资料

而随着9日气温回升，风速降低，PM2.5又有上升趋势。通过分析可知，在风速较大、气温不高的情况下，降雨可以对降低PM2.5浓度能够起到很大的促进作用。

4 结论与讨论

综上所述，降雨虽然能依靠其湿沉降作用使PM2.5减少，但在风速较小、湿度较大的时候，降雨对PM2.5浓度的影响并不显著。一般在风速较大的时候，有利于PM2.5等污染物稀释扩散，如果在这种条件下再有降雨，即使降水过后水汽蒸发导致近地面湿度增加，较大的风速和降雨的共同作用可以对当日PM2.5浓度降低起很大的促进作用。

如果应用人工增雨方法达到减少某地区PM2.5的目的，需要根据作业区的条件制定方案。夏季在风速小、温湿度大的天气条件下，用人工增雨的作用仅仅能在降水区域短时间内降低PM2.5浓度，而随着时间推移，当日的PM2.5平均浓度不仅不一定会降低，反而有可能因为大量地面水气的蒸发，气溶胶难以扩散可能导致PM2.5数值升高。如果在风速较大的时候开展人工降雨，特别有助于降低当日的PM2.5浓度，所以，如果在气温、风速条件好的情况下进行人工降雨或增雨作业，在风力促进扩散污染物的同时，污染物也因降雨得到沉降，因此可以对当日甚至未来几天的PM2.5浓度减少起到积极促进作用。

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