颗粒物污染与环境条件因素影响相关性分析

张青　黄昌前　宫正宇　尤洋　贾国山　颜鲁河

摘要：综合各类研究报道，全面分析了湿度、温度、风速、气压、季节、降雨雪、日照、能见度等各种环境条件与颗粒物污染相关性。结果表明：各种环境条件因素与颗粒物浓度并非简单呈线性关系，而受地域以及各种气候因素相互影响呈复杂的关系，各种气象因素在一定的阈值范围内才呈正或负的相关性。

关键词：颗粒物；环境条件；阈值；相关性分析

中图分类号：X513

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）8008403

1引言

随着我国经济的高速发展和城市化进程的加快，城市的大气污染问题日趋严重，大气颗粒物成为影响我国环境空气质量的首要污染物[1～3]。由于颗粒物对环境及人体健康造成严重危害， 在大气环境问题频发以及公众环境意识快速提高的背景下，颗粒物污染的研究受到了越来越多的关注。研究表明，颗粒物污染程度与相对湿度、风速等气象条件密切相关[4～6]。然而在诸多研究中，其环境因素影响与颗粒物浓度的关系说法不一，没有统一的认识，这种不一致的认识与研究人员所在地域和研究模式局限有关。可见，全面分析颗粒物污染与环境条件影响相关性至关重要。

2颗粒物污染与环境条件因素的相关性分析

2.1颗粒物污染与风速的相关性分析

风速是影响颗粒物稀释扩散的至关重要的因子。一般而言，风速大，大气污染物容易被稀释扩散，颗粒物浓度低，大气环境质量较好； 风速小，容易造成颗粒物堆积，从而使颗粒物浓度增加，造成重污染天气[7，8]。但是，不同地域风速对颗粒物的影响是不同的，沙尘的西北地区和非沙尘城市就不同，根据陈斌和慕彩芸对北方城市研究报道，西北地区城市风速与颗粒物浓度成抛物线关系[9，10]。一般在风速2 m/s左右以下时，风速越大，颗粒物浓度越小，当风速大于2m/s时，风速越大，颗粒物浓度越大。主要由于风速越大越容易引起沙尘暴天气，从而导致颗粒物污染加重[11]。非沙尘城市，风速越大，颗粒物越容易扩散，但是高风速也容易引起二次扬尘污染。可见，平均风速小， 颗粒物不易扩散；但是风速过大， 地面起尘也会使颗粒物污染严重。只有在相对适宜的风速范围内， 颗粒物既能很好地得以扩散， 又能达到空气质量最好[12]。因此，风速根据不同地域在特定阈值范围内与颗粒物浓度呈正或负的关系[13]。

2.2颗粒物污染与相对湿度的相关性分析

空气的湿度是指空气中水汽含量的多少，一般而言，在湿度较低时，出现颗粒物污染天气的可能性较大。其原因是在湿度较低的情况下，城市中的土尘和建筑沙尘等极易被风带起，容易出现高污染天气[14]。当湿度大时，出现颗粒物污染天气几率变小，高湿度使空气中的微小颗粒就不会悬浮在空气中，产生湿沉降，使颗粒物浓度减小[15]。但是当相对湿度非常高但无明显降水时，颗粒物容易积聚，原因是这种高湿度情形通常出现在大气稳定性较强的天气条件下，风速较低，污染物不易扩散，可吸入颗粒浓度较高[16]。

2.3颗粒物污染与温度的相关性分析

在关于气象要素和大气颗粒物污染物关系的研究中，多数学者认为气温越高，大氣层不稳定，浓度会越低；气温越低，浓度会越高[17～20]。理论上来说，气温越高，上下层空气产生对流交换，有利于颗粒物污染物的稀释扩散。而气温降低，则气层相对稳定，不利于颗粒物污染物的稀释扩散，浓度与气温在相关系数上呈负相关。可是事实上，从不同季节浓度与气温关系可以得出气温与浓度之间的关系并非是简单的线性相关，而是存在着复杂的关系。不同的地域和时节，受其它气候条件以及地形地貌的影响，温度与浓度曲线会出现多个拐点，这个拐点称之为气温阈值，在气温阈值两侧的浓度值随气温的变化是相反的，并且在不同的季节和不同的城市，气温阈值是不一样的。气温与浓度呈“∧”、“N”、“W”等多种关系[9]。所以颗粒物浓度与温度的关系是复杂多变的。

2.4颗粒物污染与气压相关性分析

气压的高低与大气环流形势密切相关，当地面受低压控制时， 四周高压气团流向中心， 中心形成上升气流； 地面受高压控制时， 中心部位出现下沉气流， 阻止污染物向上扩散， 在稳定高压的控制下，大气污染加重，颗粒物浓度较大[21，22]。夏季主要受热带低压影响，风速大，有利于污染物扩散； 冬季主要受高压系统控制，容易造成颗粒物污染的本地积聚，使其浓度升高[10]。

2.5颗粒物污染与降雨降雪的相关性分析

降雨和降雪对颗粒物的清除具有非常明显的效果。当有降雨和降雪出现时， 颗粒物浓度显著降低[9，23]。总体而言，由于降雨频率大于降雪频率，降雨对颗粒物的清除贡献大于降雪。然而不同形态的降水形式对颗粒物清除能力不同，降雪对颗粒物清除率比降雨高。

2.6颗粒物污染与季节相关性分析

多数情况下，颗粒物浓度：冬季>春季> 秋季>夏季。在冬季冷的高压控制下， 相对湿度较大、风速较小等不利于颗粒物扩散的气象条件出现时，容易造成颗粒物浓度的积累，形成灰霾天气，北方城市尤其明显。而夏季当气温较高、风速较大（未达到扬沙的程度）时，多为不稳定的大气状况， 有利于污染物的扩散[24]。北方城市冬季为采暖期，颗粒物排放量增大，且静稳天气较多，不利于污染物扩散，因此颗粒物浓度较高；夏季燃煤减少，颗粒物排放量减少，加之气温高大气层结不稳定，且降水较多，对污染物清洗作用较强，因此夏季空气质量最好[25]。

2.7颗粒物污染与其它环境因素相关性分析

颗粒物污染程度除与气象因素有关外，还与日照和能见度有一定的关系。夏季在日照时数很短的天气中，近地面温度升高幅度较小，有利于大气扩散的混合层较薄，不利于污染物的扩散。反之，日照时数越长，地表增温越明显，有利形成不稳定大气层结，大气混合层较厚，易于污染物扩散[14]。能见度与颗粒物浓度关系相辅相成。能见度一定程度说明大气稳定状况，气层稳定时，水汽、杂质、污染物多分布在低层大气，使能见度变低，颗粒物浓度也升高。而当气层不稳定时，由于对流或乱流作用，将污染物等带至高层，使近地面能见度好转，颗粒物浓度也随之降低 [14，26]。

3结论

颗粒物浓度与各环境因素影响在不同季节和地域中呈不同相关性，并不是简单线性关系，而是在一定的阈值范围内呈正或负的关系。在研究颗粒物污染影响因素时，应根据当地地形地貌以及综合各种气候条件分不同的时节去判断环境因素的影响。

参考文献：

[1]

栋林，张加昆，李晓，等. 2001～2011 年西宁市空气质量特征及其与气象条件的关系[J].气象与环境学报，2014，30（2）：51～59.

[2]侯飙，毕文泽，齐贵滨.哈尔滨市PM10 污染与气象条件分析[J].黑龙江气象，2011，28（3）：13～15.

[3]李彩霞，朱國强，李浩，等. 长沙市PM10 、PM2.5污染特征及其与气象条件的关系[J].安徽农业科学，2015，43（ 12） ： 173～176.

[4]苏志华，王建华. 贵阳市大气颗粒物的污染特征及其影响因素分析[J].中山大学学报，2015，54（5）：77～84.

[5]龚识懿，冯加良.上海地区大气相对湿度与PM10浓度和大气能见度的相关性分析[J].环境科学研究，2012，25（6）：628～632.

[6]张浩月，王雪松，陆克定，等. 珠江三角洲秋季典型气象条件对O3 和 PM10 污染的影响[J].环境科学研究，2014，50（3）：565～576.

[7]姚琳，彭王敏子，陈胜东，等. 成都市空气质量状况与气象条件的关系分析[J].江西科学，2015，33（5）：686～689.

[8]莫雨淳， 郑凤琴， 廖国莲.南宁市PM10浓度与气象条件分析[J].气象研究与应用，2008，29（1）：55～56.

[9]陈斌.我国北方重点城市污染特征及气象成因研究[D].兰州：兰州大学，2014.

[10]慕彩芸，屠月青，冯瑶. 气象因子对哈密市大气颗粒物浓度的影响分析[J].气象与环境科学，2011，34（增刊）：75～79.

[11]秦福生，周岩，王淑琴，等.中国气象学会2008年年会大气环境监测、预报与污染物控制分会场论文集[C].北京：气象出版社，2008：244～247.

[12]申占营， 熊杰伟， 陈东，等.郑州市区PM10污染状况及相关气象条件分析[J].河南气象，2005，（1）：28～29.

[13]田刚， 樊守彬 ， 黄玉虎， 等. 风速对人为扬尘源PM10排放浓度和强度的影响[J].气象与环境科学，2008，29（10） ：2983～2986.

[14]崔兆韵.影响泰安市PM10浓度的气象条件分析[D].兰州：兰州大学，2008.

[15]莫雨淳， 郑凤琴， 廖国莲. 南宁市PM10浓度与气象条件分析[J].气象研究与应用，2008，29（1）：55～56.

[16]韩军彩，陈静，钤伟妙，等.石家庄市空气颗粒物污染与气象条件的关系[J].中国环境监测，2016，32（2）：31～37.

[17]王斌.利用空气污染指数（API）分析我国空气污染的区域时空变化特征[D].青岛：中国海洋大学，2008.

[18]祁斌.冬季空气污染与地面气象要素的关系[J].甘肃科学学报，1999，10（1）：1～4.

[19]郭勇涛，佘峰.兰州市空气质量状况及与常规气象条件的关系[J].干旱区资源与环境，2011，25（11）：100～105.

[20]宁海文，吴息.西安市区大气污染时空变化特征及其与气象条件关系[J].陕西气象，2005，2（4）：17～20.

[21]赵晨曦，王云琦，王玉杰，等.北京地区冬春PM2.5和PM10污染水平时空分布及其与气象条件的关系[J].环境科学，2014，35（2）：418～427.

[22]贺沫珺.颗粒物污染与气象因子的关系[J].环境科学与管理，2012，37（6）：91～96.

[23]刘星，黄虹，左嘉.夏季降雨对大气污染物的清除影响[J].环境污染与防治，2016，38（3）：20～24.

[24]周德平， 齐颖，甘露林，等.长春市PM10 污染与气象条件分析[J].安徽农业科学， 2010， 38（15）：8034～8036

[25]白雪，张翠艳，纪源，等.锦州市空气质量变化特征及其与气象条件关系[J].气象与环境学报，2016，32（2）：52～58.

[26]龚识懿，冯加良. 上海地区大气相对湿度与PM10浓度和大气能见度的相关性分析[J].环境科学研究，2012，25（6）：628～632.