哈长城市群空气质量与气象条件相关性分析

张 鑫，段 琳，宋丽萍

（1.哈尔滨市气象局,黑龙江 哈尔滨150008；2.依兰县气象局，黑龙江 哈尔滨 154800)

哈长城市群空气质量与气象条件相关性分析

张 鑫1，段 琳2，宋丽萍1

（1.哈尔滨市气象局,黑龙江 哈尔滨150008；2.依兰县气象局，黑龙江 哈尔滨 154800)

利用哈长城市群中哈尔滨、长春等10个城市2015年逐日空气质量指数（AQI）和同期的常规气象资料，运用统计方法，分析了各市空气质量指数逐月变化特征，并利用 SPSS软件进一步分析探讨了AQI指数与气压、极大风速风向、气温、降水、相对湿度等气象因子的相关关系，以及哈长城市群间的空气质量指数相关性。

城市群；空气质量；气象条件

1 引言

很多学者就空气质量与气象相关性间的关系做了大量研究，各要素的助力或阻碍作用不一，但比较一致的是，气象因素是起到一定作用的，不过前提是污染源排放少变或相对稳定。本文将详细探讨哈长城市群的气象因子与空气质量相关性，这对减污治污政策的制定具有一定的指导意义。

哈长城市群以东北老工业基地为主要成员，作为全国最大的商品粮基地和重要的老工业基地，也是绿色生态的关键词。哈长城市群以哈尔滨和长春为核心，覆盖11个地级市州，黑龙江省除了哈尔滨，还包括齐齐哈尔、牡丹江 、绥化、大庆4个地市，吉林省除了长春，还包括吉林、松原等5个地方[1]。

我国大气环境污染呈现出区域性特征，区域性、复合型环境问题，特别是大气污染等问题日益严重。杨莹[1]等分析了哈尔滨市 4种大气污染物在2013年的采暖期及非采暖期浓度分布特征以及气象因子相关性；王丽渊[2]等以西昌市的空气质量为例，建立了变系数模型，并使用局部线性估计方法拟合模型，定量分析西昌市气象因素随季节变换对当地空气质量影响程度的变换；武艳娟[3]等采用灰色关联方法分析探讨了温度、相对湿度、风速等的日均值对呼和浩特市春季空气质量指数影响程度。

本文将分析气象要素对哈长城市群中各城市的空气质量指数的影响，以及城市间空气质量相关性。

2 资料来源与研究方法

2.1 资料来源

（1）空气质量指数（AQI）资料取自空气质量日报，通过环境保护部官方网站公布的《城市空气质量日报》中获得。

（2）气象要素资料来自于中国地面日值资料和月值资料。

2.2 研究方法

本文使用的分析工具是excel2010以及spss19.0；通过分析AQI指数的变化趋势、气象因素与AQI的相关性以及哈长城市群间AQI的相关性，得到相关性的具体结论，本文主要采用统计分析的方法。

3 结果分析

3.1 各城市AQI指数逐月变化趋势

从几个城市间的AQI逐月变化图（图略）可以看出，其变化趋势基本趋于一致，虽然数值不同，但也呈现出一定的变化规律，春夏总体形势较好，秋冬的数值不尽人意。

造成上述情况的原因很多，不同学者也从各自的角度进行了分析，这里将主要从春夏秋冬四季来分别说明：

春季冷空气依然活跃，风速较大，哈尔滨4月下旬采暖期结束，气温逐渐回暖，供暖燃料的消耗量减少，综合分析来看，各种自然和人为条件都较有利于污染物的扩散，空气质量相对较好。

夏季总体的AQI值较低。北方城市的夏季大颗粒的污染物排放相对稳定，不存在秸秆燃烧、采暖等外力因素的影响，同时天气因素也是夏季空气质量较好的原因之一。东北地区四季分明，以哈尔滨为例，夏季是强对流天气的主要集中时段，不稳定能量累积，产生雷雨大风等强对流天气，逆温层存在的较少，即使存在也不会持续很长时间或是逆温不明显，对污染物的扩散起到较好的推动作用，使得污染物浓度降低，空气质量较好。

秋季的气温逐渐走低，随着秋收的结束，秸秆燃烧成为大气污染的主要因素，污染物的排放量增大，使得空气质量下降，而且AQI低值会呈现出一种相对集中的状态。

冬季在太阳辐射、日照、气温等因素的影响下，大气稳定度较高，容易形成逆温层，且逆温层无论是持续时间还是强度都较别的季节稍强，不利于污染物的扩散；冬季进入采暖期后，为保证室内温度的恒定，燃料消耗是必须的，这也在另一方面加大了污染物的排放量，使空气质量明显下降。

3.2 空气质量与各气象要素的相关性分析

对哈长城市群的哈尔滨、长春等十个城市的2015年AQI指数日数据与气象要素进行Pearson相关性分析（表1），气象要素主要涉及温、压、风、湿、降水几个方面，其中根据各要素的特性，分别选取各要素的平均值、最小值、极大值、累计值等不同的要素值。

表1 哈长城市群各城市间AQI与各气象要素的相关性分析

3.2.1 降水与AQI指数的相关性分析

几个城市的AQI指数与降水均呈负相关，雨水对空气中的污染物能起到一定的冲洗和清除的作用,大气中的部分气体污染物可溶解于水,特别是不稳定的降水过程，更易于污染物的清除，尤其是污染物中的气溶胶颗粒，减小空气中的污染物浓度,提高空气质量。

3.2.2 气压与AQI指数的相关性分析

几个城市的AQI指数与气压均呈正相关，且在0.01水平（双侧）上显著相关，气压高，AQI指数越大，气压低，则AQI指数降低；还有学者进一步研究发现，在一个阶段内，特别是一个季节里面，气压的相对高低对污染物的扩散影响相反，气压较高时，气流下沉，向外辐散，利用污染物的向外扩散，从而降低污染物浓度，对此，气压与AQI的关系还需进一步研究分析。

3.2.3 气温与AQI指数的相关性分析

几个城市的AQI指数与气温均呈负相关，且在0.01水平（双侧）上显著相关，平均气温的垂直分布直接表征着大气稳定度，可影响城市垂直方向的空气对流程度，进而作用于污染物的浓度。当气温较高时，大气处于不稳定状态，夏季的气温和地表温度较高，逆温层存在的情况较少，即使存在也不会持续很长时间或是逆温不明显，利于污染物的扩散。

3.2.4 相对湿度与AQI指数的相关性分析

相对湿度对空气质量指数影响较大，将日平均相对湿度和日最小相对湿度作为两种气象要素分别提出，合适的相对湿度是空气污染发生的重要条件。从表1中可以看出，相对湿度与AQI指数没有统一的相关性，但是大部分城市的平均相对湿度和最小相对湿度呈现一致的正负相关。学者们有关湿度的看法也不统一，一方面认为湿度较大，利于污染物附着在丰富的水汽中下落，利于污染物的下沉、扩散；另一方面认为湿度加大，利于污染物与其相结合，从而不利于污染物的扩散，两种不同的说法，在后续研究中还需进一步论证。

3.2.5 风速与AQI指数的相关性分析

AQI指数与风速均呈负相关,一般情况下，风速加大，有利于污染物的输送和扩散，与空气中污染物浓度是负相关，由此可以说风场相当于污染物传输的输送带；任何因子都有一定的阈值体现，超过这个量值，可能会造成相反的效果，如果风速过大，利于上风向的颗粒物向下风向传送，反而会加重污染程度，空气质量指数上升。

各城市的气象要素与AQI之间的相关性不同，以哈尔滨为例,气压、气温、风速、降水四个气象要素与AQI指数均在0.01水平上显著相关，而长春，则只有气压、气温、降水三个气象要素与AQI指数均在0.01水平上显著相关。

4 哈长城市群之间AQI指数相关性

城市间的发展纽带不断加深,集聚力也在加强，在气象条件的影响下，各种大气污染物相互影响、相互作用，某种程度上来说，城市间的AQI也存在一些相通点，其中个别城市、地区间的相关性特别高。为更好地研究城市群间AQI指数相关性，为联防联控提供基础，利用spss软件对哈长城市群的哈尔滨、长春等十个城市间的2015年AQI指数日数据进行相关性分析。

表2 哈长城市群各城市间AQI指数的相关性分析

从表2中可以看出，哈长城市群中的这十个城市间的AQI指数均呈正相关，且在0.01水平上显著相关。哈尔滨与其他九个城市的Pearson相关性系数在0.675与0.760之间波动，除了四平和齐齐哈尔的相关系数在0.7以下外，其余几个城市间的Pearson相关性系数均在0.7以上。

哈尔滨与绥化的相关性最大（0.760），但绥化与其他几个城市的相关性均较低，可以看出哈尔滨的AQI指数与绥化相关性不大，相反，绥化的AQI受哈尔滨影响较大。

5 结论

（1）大气污染主要是由人为因素和自然因素共同造成的。降水量、风向风速、气温、气压和相对湿度都能不同程度地影响空气中 PM10、PM2.5、SO2和NO2的浓度，但是，气象因素只能是辅助、传送的作用，在污染物中间也只是利于或不利于其扩散，并不是污染的源头，要想改善空气质量，“蓝天工程”的效果达到最佳，大气污染的治理还是首要工作。大气污染、空气质量不佳的原因很多，其主要原因还是由人为因素造成的,气象因素只是个辅助作用，经济发展、工业布局等都是需要考虑的因素之一。

（2）上游改善控制，建立联防机制。本文通过分析气象要素与空气质量的相关性，以及城市间的联系性，可以看出，污染源头的改善还是有一定益处的，在其他因素无法改变的前提下，减少城市上游对下风向的影响，能在一定程度上，降低AQI指数，比如，哈尔滨与松原、吉林、长春等城市的AQI指数相关性较大，当南向风向影响时，有利于这几个上游城市对哈尔滨的污染物传输。由此可以看出，城市间的联防联控还是相当重要的。

（3）增加数据资料，建立更精细的回归方程。下一步将增加时间跨度，利用更多的数据建立气象要素与AQI的关系，从而筛选出相关系数达到极显著水平的回归方程，为研究城市群间的气象要素对空气质量的影响程度提供理论依据。

[1]杨莹等.哈尔滨市大气污染与气象因素的相关性分析[J].环境工程学报,2015,12(9):5945-5950.

[2]王丽渊等.西昌市影响空气质量的气象因素分析—基于变系数模型的研究 [J].绵阳师范学院学报,2014,33(5):98-112.

[3]武艳娟等.呼和浩特市春季气象要素与空气质量指数的灰色关联分析[J].内蒙古农业科技 2014(5):57-59.

X16

A

1002－252X(2017)03－0014－03

2017－6－1

张 鑫（1985-），女，黑龙江省鹤岗市人，成都信息工程大学，硕士生，工程师.