镇江市区PM2.5浓度特征及其与气象因子的关系

邱 坚，霍玉玲，真 诚

(镇江市环境监测中心站 大气室，江苏 镇江 212001)

镇江市区PM2.5浓度特征及其与气象因子的关系

邱 坚，霍玉玲，真 诚

(镇江市环境监测中心站 大气室，江苏 镇江 212001)

分析2016年PM2.5日平均浓度资料和对应时段地面气象资料发现，PM2.5浓度冬季最高，春季与秋季次之，夏季最低，呈明显的季节变化。镇江市区PM2.5浓度变化与地面温度、地面气压、日照时数等气象因子相关，受地面风向和风速影响明显。

PM2.5；浓度特征；气象因子

随着社会经济的高速发展，城市居民越来越关心物质生活质量，也越来越关心空气质量，特别是PM2.5(细颗粒物)污染。PM2.5粒径细小，不易被鼻腔绒毛吸附，很容易直接进入支气管，引发各种呼吸道及心血管疾病，危害健康[1-3]。

大气环境污染受气象条件影响。镇江属于北亚热带季风气候，受海陆共同影响，大气环流变化明显，气候条件优良，具有季候分明、温暖湿润、热量丰富、雨量充足的特点。就镇江市区而言，目前对空气质量的变化特征、影响因素、预报准确率等研究较少。镇江市区常年首要污染物为PM2.5，研究PM2.5的浓度变化特征及其影响因素对大气污染防控有重大意义。

1 资料来源和资料处理方法

1.1资料来源

2016年1月1日至2016年12月31日的PM2.5日平均浓度资料由镇江市环境监测中心站提供，PM2.5监测设备为武汉天虹TH-2000PM(含DHS)。相应的气象资料由镇江市气象台提供，包含常规气象监测数据(气温、气压、相对湿度、日照时数、风速、风向)、地面观测数据、地面天气形势图等。

1.2资料处理方法

分析PM2.5日平均浓度数据与相关的气象因子，研究PM2.5浓度随地面气温、地面气压、相对湿度、日照时数、风向频数和风速的变化特征，分析PM2.5≥ 75 μg·m-3时与地面不同天气条件的关系，为进一步建立镇江市区PM2.5预报模型和提高PM2.5预报准确率提供科学依据。

2 PM2.5浓度变化特征

由2016年1—12月统计资料得到PM2.5月平均浓度变化图(图1)。

由图1可见，PM2.5污染最严重的是12月，月平均浓度达到150 μg·m-3；污染日数最多的是12月，为25 d；污染程度最重日也出现在12月，日最大浓度为310 μg·m-3，成为有PM2.5累积资料以来空气污染最严重的一天。月平均浓度排在第2位的是1月，达到101 μg·m-3。7月的PM2.5月平均浓度最低，主要是因为受副热带高压的影响，强对流天气较多，不利于污染物的沉积。

冬季，地表热量向外辐射，地面温度下降，近地温度低于高空温度，出现逆温。此时密度小的空气上升，密度大的空气下沉，大气处于较稳定状态。逆温层厚度在几十至几百米不等。逆温层如罩子般阻碍气流上升，大气扩散能力下降，污染物堆积，污染程度加重。

春季，周边地区沙尘被大风吹起，且气候干燥，植被覆盖率较低，容易引起扬沙，或受周边地区施工浮尘影响，PM2.5浓度仍维持在较高水平[4]。

设土表覆盖水稻秸秆1 000 kg/667m2(处理1)、1 500 kg/667m2(处理2)2个试验处理，即每箱土表均匀覆盖水稻秸秆300 g、450 g；以不覆盖秸秆处理3为对照(CK)，每处理3次重复。

夏季，温度高，平流层温度偏差大，气流流动快，不容易产生逆温层，利于污染物的扩散。由于热岛效应，地面温度高，热空气向上移动，周围空气则向里运动，形成环流，反复交换，有利于城市上空污染物扩散和稀释，同时，降水等可以有效降低空气中的浮尘，使环境空气质量达到最优。但6月，PM2.5浓度稍有回升，主要原因是收割农作物时出现秸秆焚烧等现象。

入秋后，空气扩散条件较差，空气污染加重。

综上，镇江市区PM2.5浓度冬季最高，春季与秋季次之，夏季最低。

图1 2016年PM2.5月平均浓度变化趋势图

3 简单的气象因子对PM2.5浓度的影响

3.1天气系统

镇江市区PM2.5日平均浓度 ≥ 75 μg·m-3的污染日主要出现在冬、春两季。这一时段天气系统演变规律，即有利扩散型(强气压场)和不利扩散型(弱气压场)，与文献[5-6]中的地面天气系统类型相似。

分析秋、冬两季PM2.5浓度较高日的地面图得知，镇江市区主要处于冷空气来临前的地面弱气压场和地面锋面前均压场，此时风力不大，昼夜温差较大，不利于污染物扩散，上风向污染物逐渐向下风向蔓延，导致PM2.5浓度升高。

春季主要受沙尘暴和冷锋过境的影响。冷锋过后常伴有大风天气，远处的沙尘等颗粒物随强风而来，和蒙古气旋下潜东移、东北冷涡配合，造成PM2.5浓度上升。随着冷气团减弱并离境，地表被低气压控制，近地层呈稳定状态，大气扩散条件变差，处于弱风或静风状态，尘颗粒难以扩散或下沉，出现长时间的浮尘天气。在这种天气条件下，本地污染物不易向上扩散，导致PM2.5浓度居高不下，空气质量难以改善。

3.2地面温度、地面气压、相对湿度和日照时数

表1 PM2.5浓度与气象因子的Spearman秩相关性

3.3地面风速

风是影响边界层内污染物稀释扩散的重要因子之一。风速直接影响污染物水平传输和稀释扩散作用，风向决定污染物的移动方向分布。统计分析2016年PM2.5日平均浓度和地面日平均风速(图2)后发现，一般情况下，随着风速的提高，空气流动加剧，污染物扩散能力增强，PM2.5浓度降低；秋、冬两季平均风速不超过3 m·s-1时，PM2.5浓度一般高于75 μg·m-3，而平均风速超过3 m·s-1时，很少出现PM2.5污染日，并且随着风速的提高，污染物日平均浓度呈下降趋势。

图2 2016年PM2.5日平均浓度与风速变化图

3.4地面风向

镇江属北亚热带季风气候，冬冷夏热，季节分明，但因北临长江，地势起伏，地貌不一，加上局部天气的影响，容易形成某些特殊天气情况：春、秋、冬季的北向风力偏大；秋、冬季气温明显高于周围地区；镇江、句容、扬州、泰兴一线梅雨期的雨量和暴雨强度明显大于其他地区。

分析2016年PM2.5日平均浓度、各季风向(16风向)频数变化情况(图3)发现，镇江市区2016年度盛行风向为东风和南风，平均风速偏大，受陆向风影响的时间、深度相比海向风小而弱。镇江市区PM2.5高浓度污染日主要出现在冬季，特别是风向为西北风、北风时，风力较大，并伴随沙尘天气，空气中PM2.5浓度较高[7]。

图3 2016年风向频数和PM2.5浓度变化图

分析各季风向(8风向)频数和PM2.5浓度变化情况(表2)可以发现：

1) 春季的主导风向是东风，其中东南风频数较多。

2) 夏季，南风、西南风增多，偏东北风明显减少，主导风向和次主导风向开始转为偏东南风，说明陆向风减弱，海向风达到一定的强度，潮湿的气流开始净化空气。

3) 秋季，主导风向为偏东北风，次主导风向为偏东风，偏东北风的频数增加。

4) 冬季，主导风向为西风和北风，次主导风向为偏北风，偏东风频数明显减少，说明陆向风已占主导地位。

因此，以北风、西风为主导风向的陆向风影响时，镇江市区的PM2.5浓度有加大的趋势，以偏东风为主导风向的海向风影响时，PM2.5浓度有减小的趋势，特别是7月，以东风、南风为主的海向风最强盛，PM2.5浓度最低。

表2 四季风向频率和PM2.5浓度变化

4 结束语

1) 镇江市区PM2.5浓度呈明显的季节变化，冬季最高，春季和秋季次之，夏季最低。

2) 镇江市区PM2.5浓度受地面天气条件影响较大，当处于冷锋前、低压后部、高压前部等天气形势时，多出现PM2.5污染日。

3) 地面温度、地面气压、日照时数等气象因子对PM2.5浓度的影响较大，而相对湿度对PM2.5浓度的影响较小。

4) 地面风向、风速的变化对PM2.5浓度影响较大。当北风和西风盛行时，PM2.5污染加剧；当东风和南风盛行时，PM2.5污染较轻。

[1] 郭新彪,魏红英.大气PM2.5对健康影响的研究进展[J].科学通报,2015,58(13):1171-1177.

[2] 戴海夏,宋伟民.大气PM2.5的健康影响[J].国外医学卫生学分册,2001,28(5):299-303.

[3] 谢元博,陈娟,李巍.雾霾重污染期间北京居民对高浓度PM2.5持续暴露的健康风险及其损害价值评估[J].环境科学,2014,35(1):1-7.

[4] 郑美琴,卢振札,张民凯,等.日照市区空气污染物的时空分布特征[J].山东气象,2004(4):2l-22.

[5] 孙南.常州市区空气PM2.5污染分布和气象因素影响初探[J].环境科学与管理,2015,38(10):166-169.

[6] 郑美琴,卢振礼.日照市区PM10污染物特征及其与气象要素的关系[J].南京气象学院学报,2006,29(3):413-417.

[7] 蒲维维,赵秀娟,张小玲.北京地区夏末秋初气象要素对PM2.5污染的影响[J].应用气象学报,2011,22(6):716-723.

〔责任编辑： 卢 蕊〕

OncharacteristicsofconcentrationofPM2.5inZhenjiangcityproperandrelationshipbetweenPM2.5andmeteorologicalfactors

QIU Jian, HUO Yuling, ZHEN Chen

(Atomosphere Research Center,Zhenjiang Environment Monitoring Central Station, Zhenjiang 212000, China)

In this paper, based on the analysis of daily average concentrations of PM2.5and meteorological data of corresponding period in 2016, it is found that PM2.5concentrations in winter is highest,in spring and autumn are obviously higher than those in summer, showing obvious seasonal variation. The variation of PM2.5concentrations and its variation with meteorological elements are summarized. Based on the analysis of relationship between PM2.5concentrations and ground temperature，humidity，pressure and sunshine duration，it is found that in Zhenjiang there is no significant correlation between PM2.5concentrations and meteorological factors above-mentioned，and PM2.5concentrations are affected by the surface wind directions and wind velocity significantly.

PM2.5；characteristics of concentration；meteorological factors

2017-03-16

邱 坚(1981—)，男，江苏镇江人，高级工程师，主要从事环境监测研究；霍玉玲(1988—)，女，江苏镇江人，助理工程师，主要从事环境空气、空气预报研究。

X511

： A

：1008-8148(2017)03-0056-04