非典型潮湿天气下江门市区空气质量变化趋势

林艺群 陈智飞

摘 要：随着社会经济的迅速发展，大气污染日趋严重，严重影响环境和群众身体健康。本论文采用2014年1月1日至2014年1月4日和2014年1月10日至2014年1月12日江门市空气自动监测站的数据进行综合分析。经研究发现，在潮湿天气下，江门市区空气中的二氧化硫、PM2.5与湿度有显著的相关性。

关键词：江门、潮湿天气、二氧化硫、PM2.5、湿度

随着经济社会不断发展，经济规模迅速扩大和城市化进程日渐加快，大气污染日趋严重。在大气污染的分类中，由大量极细微的干尘粒等均匀地悬浮在空中（相对湿度小于80%），排除其他自然天气过程（如降水、沙尘暴和雪暴等），使水平能见度小于10km的空气普遍浑浊现象，称为霾[1]，其中受人类活动影响显著而形成的霾又称为灰霾。灰霾已成为一种严重的灾害性天气现象[2-3]。灰霾天气的形成有两方面的原因，不利的气象条件和大气颗粒物，特别是细颗粒物PM2.5和气体污染物的增加[4]。灰霾影响大气环境质量，影响气候和能见度，影响人体健康。近年来，PM2.5受到社会各界的广泛热议。PM2.5会沉积于上、下呼吸道和肺泡中，引起鼻炎、支气管炎等病症。目前，我国的大气污染治理已到了刻不容缓的阶段。

气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物，不易被阻挡。由于体积更小，PM2.5具有更强的穿透力，可能抵达细支气管壁，并干扰肺部的气体交换，从而引发咳嗽、呼吸困难、哮喘、慢性支气管炎等呼吸系统的疾病并导致心律不齐、非致命性心脏病等心血管方面的疾病。更小的微粒会通过肺部传递影响其他器官。最小的颗粒物（直径小于等于100纳米，合0.1微米）带来的危害更为严重[5]。有证据表明这些颗粒物可以传过细胞膜到达其他器官，包括大脑。有研究指出，这些微粒可能引发脑损伤（包括老年痴呆症）。值得注意的是，柴油发动机产生的微粒直径通常在100 纳米（合0.1微米）左右。老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。

回南天（简称回南）是华南地区对一种天气现象的称呼，通常指每年春天时，气温开始回暖而湿度开始回升的现象。华南属于典型的海洋性亚热带季风气候，每年1月至4月时，从南中国海吹来的南风带着和暖而潮湿的空气，与从中国大陆北部来的寒冷气流相遇，形成静止锋，使华南地区的天气阴晴不定、非常潮湿，间中有微雨或大雾。

在华南地区特有的“回南天”潮湿天气下，能见度很低，公众首当其冲想到的是PM2.5。本论文基于江门市环境监测中心站的大气自动监测站在2014年1月1日至2014年2月28日的监测数据，研究在“回南天”潮湿天气这种特定的天气条件下，对影响PM2.5浓度的内在和外在原因进行分析，为客观评价“潮湿天气”下灰霾现象的发生提供理论依据。

1. 实验部分

1.1 监测点概况

江门市是广东省中南部的一个地级市，地处珠江三角洲西部。濒临南海，毗邻港澳，水陆方便。气候温和，少霜无雪，阳光充足，四季常青，属亚热带海洋性气候，年均气温为22°C，年均降水量约1800毫米。地势为西北高，东南低，地貌类型多样，西北多山地、低山丘陵，东南部以台地和平原为主，中部、东部为河谷和三角洲地带，南部属滨海平原、低山丘陵和台地。选取子站所处区域为居民区，监测能力完善。

1.2 仪器设备

PM2.5自动监测仪：颗粒物同步混合监测仪（SHARP）（5030型）；SO2自动监测仪：43i 型脉冲荧光分析仪。

2. 结果与分析讨论

2.1 江门市区PM2.5、二氧化硫和相对湿度的日变化特征

2014年1月1日

2014年1月2日

2014年1月3日

2014年1月4日

2014年1月10日

2014年1月11日

2014年1月12日

图2.1 江门市区PM2.5、二氧化硫和相对湿度的日变化特征

2.2 数据分析

该大气自动监测站点1月1日至1月3日风速均在1.5m/s以下，属于0-1级风，风力弱。而这3天内出现了数次的南北风向转换，湿度变化明显，具有很好的研究意义。

1月1日 空气较为干燥，在0时至8时以北风为主，各项污染物指数相对稳定；在8时至18时由北风转为西风，由于该监测站点以西工业相对较少，西风对市区内的污染物浓度起到一定的稀释作用，但由于西风风速只有1.0m/s左右，风力弱，各项污染物浓度下降不明显；18时后由西风转为南风，22时-23时湿度开始上升。

1月2日0时-8时，湿度持续上升，在这个过程中PM2.5、SO2浓度均随湿度的升高而降低。由于风速只有0.4m/s左右，不利于污染物的扩散，PM2.5浓度维持在140ug/m3左右。8时开始，工业企业开始生产，工业废气排放量增大，导致SO2浓度迅速上升。与此同时，地表温度升高，湿度下降。16时后，风向转为南风为主，湿度上升，江门市南方靠海，工业稀少，南风对市区内的污染物浓度稀释效果明显，SO2浓度显著降低，而PM2.5则随湿度增加而增加。

1月3日，0-7时，湿度基本维持在75%以上，SO2浓度保持在一个较低的水平（<25ug/m3），PM2.5则保持在100ug/m3以上。同样地，7时以后，人们进入上班时间，工业企业开始生产，废气排放量增大，SO2、PM2.5迅速上升，湿度降至50%以下，东北风。下午18时以后，风向转为南风，太阳光照强度减弱，气温降低，湿度上升65%，并呈持续增加趋势。

1月4日0-8时间，风力增强，PM2.5浓度持续降低。

该大气自动监测站点1月10日至1月12日与1月1日至1月3日的气象条件相当，其SO2与PM2.5的变化规律及趋势也相当一致。

1月10日。16时以后，湿度开始急剧上升，SO2浓度下降，PM2.5上升并保持在较高的浓度值。1-11日全天，SO2浓度与湿度呈相反的关系，湿度增大则SO2降低，湿度降低，则SO2浓度升高。PM2.5在0-8时中出现一个单峰，8时以后则持续升高；特别要说明的是，在18-19时内，风向发生了一次转变（转为北风），而且风速增强（0.8m/s），但随后则继续以南风为主，风速回复到0.4m/s，这可能是因为该监测站点正在冷暖气团相汇处，发生风向的转变导致的。20时以后则随着湿度的增大而有所上升。12日0-8时，湿度始终保持在75%以上，风速0.4m/s以下，PM2.5浓度不断升高。8时以后，风力开始增强，PM2.5显著降低。

2.3 讨论

2.3.1湿度对SO2浓度的影响

根据该自动站1月份各参数的分析，我们可以发现，在湿度60%或以上时，SO2浓度与湿度呈反比关系，这个现象在0-8时及20-24时之间尤其明显，可能的原因是大气中SO2溶解在空气中的水雾中。化石燃料燃烧排放的硫氧化物易被水吸收而形成酸雾，当湿度增大时，原来存在于大气中的气态SO2（或硫氧化物）与上升的水蒸气结合，使得气态的SO2（或硫氧化物）减少。而在8-20时之间，湿度在60%以下，空气中的水蒸气含量低，SO2与湿度没有明显的相关性。

2.3.2 湿度对PM2.5浓度的影响

湿度大的天气条件下（湿度65%以上），一般风速都不大，因为江门地区属于热带低纬地区，气候温暖湿润，一般出现温度升高的天气是在北风-南风转换的时候，这时当冷暖峰交汇（冷暖峰相互竞争时），风速减弱（通常<0.4m/s），湿度增大，而风速的减弱，极其不利于PM2.5（污染物）的分散，这是造成PM2.5（污染物）在短时间内局部升高的原因之一。

湿度对PM2.5的增加有显著作用，湿度大于70%时，空气中的小水珠为PM2.5的积聚提供了一个良容器，空气中的微小水珠把本来是气态的污染物，如SO2、NOX等，溶解在其中，并在水珠内发生物理、化学变化，使本来是气态的污染物转变为固态污染物。

大气中的气态前体污染物会通过大气化学反应生成二次颗粒物，实现由气体到粒子的相态转换。如：

其中气态硫酸来自OH自由基氧化二氧化硫SO2的气态反应[6]。盐的水合物：如xCl·yH2O、xNO3·yH2O、xSO4·yH2O，随着湿度的变化，水合物对PM2.5的影响较大，水不仅与盐化合物生成水合物，由于湿度的改变还形成了盐的微小溶液液滴。

2.3.3潮湿天气下风向对江门市空气质量的影响

风向对江门市空气质量的影响也是十分重要的。本论文探讨的风向影响是基于在潮湿天气（或湿度>65%，或称“回南天”）前后一天江门市空气质量的变化。一般来说：由北、东北风转为南风天气状况下，通常冷暖峰交汇的第一天，PM2.5尤其高，然后逐日降低。这样的天气维持2-3天，则第一天的PM2.5浓度大于第二天，第二天大于第三天，这可能的原因是，污染物随北风南下，到达江门市附近时遇上湿暖、干净的由海上吹来的南风，冷暖峰相遇，相互竞争，风速减弱，污染物积压，无法分散，再加上本地污染物的排放，所以江门市区在第一天“回南天”的早上，PM2.5均逐步上升，尤其是早上9点上班高峰时，PM2.5会迎来一个高峰，随后会逐步降低。第三天以后，如果是以南风为主导，PM2.5会继续降低，空气质量转好。如果是以北风为主，则PM2.5会有所上升。这是由于江门市周边的工业分布在北边，东边的较多。假设江门市每天产出污染物的平均浓度恒定，一般情况下，北、东北风转成南风的天气状况下天气污染物浓度较由南风，西南风转成北风的天气状况下污染物浓度高。即江门市污染物浓度受北面东北面影响较大。

3. 结论

1）江门地区属于热带低纬地区，“回南天”这种特殊的气候现象通常发生在1月和2月。当出现“回南天”的情况下，湿度逐渐增大（湿度>65%）随着湿度的上升，空气中SO2浓度将出现明显的下降，而PM2.5则随之上升。同样地，当“回南天”消失，即湿度下降（湿度<60%）时，空气中SO2浓度会有所回升，PM2.5浓度下降；

2）江门市区工业企业主要分布在北边和东边，当“回南天”出现时，风向由前一天的北、东北风转为南风时，江门市污染物浓度比由西风转为南风的浓度要高，并在“回南天”持续的2-3天内逐渐减低，因此，PM2.5的防治要从源头入手，采取综合治理策略，改善现有除尘技术和设备，严格控制工业生产所造成的粉尘污染。如出现更极端的天气状况，即AQI持续大于150，在“回南天”来临之前应对各工业企业进行通知，要求其停产或减产，以降低“回南天”天气下空气污染程度。

参考文献：

[1] 中国气象局.霾的观测和预报等级[M].北京：气象出版社，2010

[2] 高歌.1961-2005年中国霾日气候特征及变化分析[J].地理学报.2008，63（7）：761-768

[3] 姚玉刚，邹强，张仁泉，等.灰霾监测研究进展[J].环境监测与预警，2012，4（5）：14-17.

[4] Key M D， Ayers G p，Gras J L，et al.Haze in the Klang Valley of Malaysia [J].Atmospheric Chemistry and Physics，2003，3（1）：591-605.

[5] 郁琪，空气污染——轻度、中度、重度——怎么办啊，http：//blog.sina.com.cn/s/blog_4ce88ecb0101l0hz.html#cmt_2739479，2013-8-11

[6] R. Zhang， et al. .Nucleation and growth of nano particles in the atmosphere .Chem. Rev.， 2012， 112 （3）：1957–2011.