气象因子对静海主要大气污染物浓度的影响分析

黄冬梅，李兴阳，戴 彤，闫 俊，冯 帅

(天津市静海区气象局 天津301600)

气象因子对静海主要大气污染物浓度的影响分析

黄冬梅，李兴阳，戴 彤，闫 俊，冯 帅

(天津市静海区气象局 天津301600)

伴随经济发展出现的大气污染问题受到日益广泛的关注。采用数理统计方法，从日、月两个尺度上研究了静海区大气污染的时间变化规律以及气象因子对大气污染物浓度的影响，结果表明静海区的污染时段主要发生在冬季。气象因子是污染物浓度变化的重要驱动因子，但气象因子对污染物的影响具有一定的尺度效应。因此需要继续做进一步的研究，全面揭示和分析城镇水平上气象因子对大气污染的影响方式和程度。

大气污染 气象因子 影响 尺度效应

0 引 言

我国长期以来过分重视城市，特别是大城市的发展，引发了环境污染、城市拥堵等一系列问题。国内学者围绕城市大气污染及其气象驱动因素做了大量研究，[1-4]但对县、区行政区的研究相对较少。[5]近年来，国家调整了发展战略，新型城镇化作为国家宏观性、战略性和基础性的规划，成为现代化建设的重要组成部分。[6]随着城镇化的发展，城镇的大气污染问题也受到了广泛的关注。本研究以天津市静海区为例，采用统计学方法研究静海区大气污染的时间变化规律，并与气象要素进行相关性分析，研究气象因子对污染物浓度的影响，为静海区减少大气污染，合理规划发展提供理论依据和技术支撑。

1 数据来源与研究方法

本研究采用2014—2015年天津市静海区的大气污染浓度数据研究其时间变化规律，结合同时期的气象数据，采用数学统计方法研究气象因子对污染物浓度的影响。污染物浓度数据来源于静海区环保局，气象数据来源于静海区气象局。

2 静海大气污染的时间变化特征

2.1 日变化特征

从静海区污染物浓度的日变化情况来看(见图1)，一年中的 SO2、NO2、CO、PM10、PM2.5浓度呈“U”形变化曲线，即冬季污染严重，夏季最轻。静海区属于暖温带大陆性季风气候，夏季炎热、多雨、多大风，湿润的条件会增强大气的沉降功能，同时大风也有利于各类污染物的扩散，因此夏季污染程度较低；冬季则受采暖的影响，污染物的来源增多，再加上空气寒冷干燥，以下沉气流为主，污染物不易扩散，因此污染程度加剧。O3浓度的变化与其他污染物正好相反，整体呈倒“U”形，夏季最高，冬季最低。这主要是因为近地表 O3的形成与太阳光照有关，夏季太阳光照强度大，加速了近地表O3的生成。

图1 静海区大气污染物的日变化特征Fig.1 Daily change features of air pollutants in Jinghai District

图2 静海区污染物的月变化特征Fig.2 Monthly change features of air pollutants in Jinghai District

2.2 月、季节变化特征

从图 2可以看出，各类污染物的月变化也是以“U”形为主(O3为倒“U”形)，与日变化的整体趋势是一致的。从整体来看，夏季空气质量最好，冬季最差，[7]四季整体都处于轻度污染的水平。

3 气象因子对静海主要大气污染物浓度影响

3.1 日尺度

日尺度上，气象因子对污染物的浓度具有明显的影响(见表 1)，平均温度、平均气压、最大风速、日照时数都是6种污染物浓度的重要驱动因子，除最大风速和 O3是显著性相关外，其余的气象要素与污染物之间都具有极显著的相关关系；降水和平均露点温度也是大部分污染物浓度的重要影响因子；平均湿度则对CO、PM10和PM2.5的浓度具有显著的影响。[8-9]

温度越高，颗粒物的布朗运动越剧烈，越有利于颗粒物的扩散，因此温度与大部分污染物都是负相关关系；温度越高，日照越强烈，越有利于 O3的形成，因此温度与 O3之间是正相关关系。气压的高低分布，会形成大气环流。当区域受低压控制时，周边高压气团低压区运动，低压气团垂直向上运动，此时产生较大风力，有利于大气中颗粒物运移扩散，所有平均气压与大部分污染之间是正相关关系；当区域受高压控制，气团稳定不易运动，不利于颗粒物扩散，同时天气晴朗，利于 O3形成，因此与 O3之间有负相关关系。日照时数、露点温度与温度之间有一定的正相关关系，因此它们对污染的影响作用与温度相似。大风有利于颗粒物的扩散，所以和污染物之间主要是负相关关系。降水的冲刷作用可以减轻大气中的污染物浓度，因此与污染物之间主要是以负相关为主。空气湿度对污染物的影响主要是正效应，空气湿度越大，污染物的浓度越大，这可能与水滴对污染物的吸附有关，其影响机理还需要做进一步的研究。另外从表 2也可以看出，O3与气象要素之间的关系和其他污染物大多是相反的，这主要是由于除了人类活动源以外，O3的形成还与太阳光照有密切关系。

表1 日尺度上气象因子与污染物浓度的关系Tab.1 Relation of meteorological factors and pollutant concentration on a daily basis

3.2 月尺度

月尺度上气象因子与污染物之间的关系与日尺度上的结果有一定的相似性(见表 2)。平均温度、平均气压、降水、最大露点温度和日照时数都是月尺度上驱动污染物变化的重要因子，其中温度、降水、最大露点温度和日照时数的增加，以及平均气压的减少，都可以显著减少空气污染，提高空气质量。月尺度上，最大风速不再是污染物的主要影响因子(仅对PM2.5有显著作用)。另外月尺度上，空气湿度与各污染物之间都没有显著的相关关系。

表2 月尺度上气象因子与污染物浓度的关系Tab.2 Relation of meteorological factors and pollutant concentration on a monthly basis

对比日、月尺度的结果可以看出，气象因子对污染物的影响具有一定的尺度效应。这种尺度效应增加了大气污染的气象效应研究的复杂性，因此有必要积累更多的观测数据，并在不同的地区进行验证，从而全面揭示气象因子对大气污染的影响方式和程度，为大气污染的防治提供科学的依据和支撑。

4 结 论

本研究利用数理统计方法，分析 2014—2015年静海区大气污染的特征以及日、月尺度上气象因子对大气污染的影响。结果表明，除了 O3是倒“U”形外，其余各污染物都呈“U”形变化，冬季污染程度高，夏季较轻。日、月尺度上气象因子都是污染物浓度变化的重要驱动因子，但气象因子对污染物的影响是具有一定的尺度效应的。因此需要做进一步的研究，全面揭示城镇水平上气象因子对大气污染的影响方式和程度。■

［1］ 唐玉翔，黄平，钱新明，等. 西安市 PM2.5污染的时空分布[J]. 安全与环境学报，2015，15(4)：368-373.

［2］ 陈永林，谢炳庚，杨勇. 全国主要城市群空气质量空间分布及影响因素分析[J]. 干旱区资源与环境，2015，29(11)：99-103.

［3］ 黄菊梅，周慧，张驰成，等. 岳阳城区空气污染的变化特征及气象影响因素[J]. 气象科技，2015，43(5)：932-938.

［4］ 翟广宇，王式功，董继元，等. 兰州市不同径粒大气颗粒物污染特征及气象因子的影响分析[J]. 生态环境学报，2015，24(1)：70-75.

［5］ 倪玉红，梅继策，任志国，等. 盱眙县空气污染特征及其气象条件分析[J]. 大气科学学报，2015，38(4)：573-576.

［6］ 邓文钱. 博士学位论文. 哲学视域中的中国新型城镇化道路[D]. 北京：中共中央党校，2014.

［7］ 陈渤黎，吴建秋，吴晶璐，等. 2012-2014年常州市空气质量与气象要素关系分析[J]. 气象与减灾研究，2015，38(3)：68-74.

［8］ 谢志英，刘浩，唐新明，等. 北京市近 12 年空气污染变化特征及其与气象要素的相关性分析[J]. 环境工程学报，2015，9(9)：4471-4478.

［9］ 贲继东. 长春市空气污染状况与气象条件相关性分析[D]. 长春：吉林大学，2012.

Effect of Meteorological Factors on Major Air Pollutants Concentration in Jinghai District

HUANG Dongmei，LI Xingyang，DAI Tong，YAN Jun，FENG Shuai
(Jinghai Meteorological Bureau，Tianjin 301600，China)

With the development of economy，urban air pollution has also been a widespread concern．Using statistical methods，this paper studies the time change regulation of air pollution and the effects of meteorological factors on atmospheric pollutant concentrations on daily and monthly scales in Jinghai District．The results show that pollution mainly occurs in winter in Jinghai District．Meteorological factors are the important driving factor of pollutant concentration，but the influence of meteorological factors on contaminants has a certain scale effect．Further research needs to be done to fully reveal the influence mode and the extent of meteorological factors on air pollution at town level.

air pollution；meteorological factors；impact；scale effect

X502

A

1006-8945(2016)11-0075-04

天津市静海区气象局科研项目(2015jhqx01)。

2016-10-12