揭阳市空气污染特征及气象条件分析

林巧美，陈裕强，陈璟，陈泳峰，梁洁华

（揭阳市气象局，广东 揭阳515599）

空气质量事关人民群众的健康、福祉和经济社会可持续发展，已有很多学者和专家开展了大量的研究工作[1-17]，指出空气污染与气象条件关系密切，气象条件通过影响污染物的稀释、扩散、传输和转化过程,进而影响污染物的时空分布。近年来，随着城市化建设和工业化进程的加快，揭阳市空气质量在广东省排名偏后，引起了党政领导和公众的关注。为贯彻落实国家大气污染防治行动计划，进一步推进空气质量预报预警和大气重污染应急等工作，很有必要对揭阳市空气污染特征及气象条件进行深入的分析，本文旨在充分发挥气象部门的技术优势，分析揭阳市空气污染与气象条件的关系,为空气污染预报预警和防治提供参考。

1 资料来源

本项目选取揭阳市气象局环境监测站2015年9月到2017 年8 月近2 年逐日逐时的PM2.5、PM10 观测资料，揭阳市气象局观测站2016 年逐日的风速、相对湿度、降水、气温等气象资料，以及2016年地面及850hPa 天气形势图，采用统计学、现代气候统计诊断方法，对揭阳市PM2.5、PM10 等大气污染物进行季、月、日、时的分析，总结出揭阳市空气污染的总体特征以及与气象条件的关系，对今后空气污染气象条件及空气质量预报预警有很好的参考作用。

2 PM2.5和PM10的浓度变化特征

2.1 季节变化特征

从表1可以看出，揭阳市PM2.5和PM10质量浓度分布具有明显季节变化，表现出冬春季偏高，夏秋季偏低的特征，其中冬季最高，PM2.5 和PM10 质量浓度分别达到37.1 ug/m3和70.3 ug/m3，夏季浓度最低，分别为12.9 ug/m3和44.0 ug/m3。

表1 2015年9月～2017年8月揭阳市各季PM2.5和PM10平均质量浓度（ug/m3）

2.2 月际变化特征

从图1 可以看出，质量浓度具有明显的月际变化,而且变化趋势具有一致性，质量浓度的最高值出现在3月份，分别达到46.7ug/m3和91.7ug/m3，主要是3月份处于大气环流从冬季向春季转换过渡阶段，此时冷空气活动开始减弱，静稳的天气形势增多，不利于污染物扩散。而最低值则出现在6 月份，分别为8.1ug/m3和39.1ug/m3，主要是夏季太阳辐射强、温度高、大气对流活动旺盛、降水增多，有利于污染物的稀释和扩散，减轻了揭阳市的空气污染。

2.3 日变化特征

近年两年来，揭阳市PM2.5 和PM10 日平均质量浓度分别为28.4 ug/m3和61.7 ug/m3，其中PM2.5 日最高浓度为114.7ug/m3（2016年12月4日），最 低 浓 度4.5ug/m3（2016 年5 月28日），PM10 日最高浓度为226.1ug/m3（2016 年3 月30 日），最 低 浓 度30.7ug/m3（2017年8月23日）。

从图2 可以看出，揭阳市PM2.5和PM10平均质量浓度具有明显的日变化,变化趋势也具有一致性，一天之中质量浓度出现两个高峰期，最高峰出现在9 时前后,分别达到35.1ug/m3和72.9 ug/m3，次高峰出现在19～20 时，其中PM10 为72.9 ug/m3（19 时），PM2.5 为32.5 ug/m3（20 时）。每天下半夜到早晨变化平稳，从7 时开始上升，9 时达到最高峰，10 时以后呈现下降趋势，15 时达到最低值，PM2.5 和PM10 分别为22.5ug/m3和53.5ug/m3，之后又开始上升。

3 PM2.5、PM10 质量浓度与气象条件分析

大气污染物浓度的空间分布和随时间的变化主要取决于污染源的排放条件和污染物在大气中扩散的气象条件。污染源的状况在一定时间内相对稳定，大气对污染物的扩散能力的影响则变化很大，当气象条件发生变化时，同一污染源所造成的污染物浓度可相差几倍甚至几十倍。

3.1 PM10、PM2.5质量浓度与风速

有关研究指出，风对于空气污染物的稀释和扩散起着重要作用[18-19]，本文统计了日平均风速U＜1.5m·s-1、1.5m·s-1≤U＜2m·s-1和U≥2.0m·s-1时，PM2.5、PM10的质量浓度对比，从表2可以看出风速对PM2.5、PM10的质量浓度影响呈现负相关，风速越大，对污染物的稀释扩散能力越强，PM2.5、PM10 的质量浓度越小，风速越小，对污染物的稀释扩散能力越弱，则质量浓度越大，特别是静风天最不利于污染物扩散。

图1 PM2.5和PM10质量浓度月际变化

图2 PM2.5和PM10质量浓度日变化

表2 2006年PM2.5、PM10质量浓度与日平均风速的关系

3.2 PM10、PM2.5质量浓度与相对湿度

统计了相对湿度f＜80%、80%≤f＜90%、f≥90%时，PM2.5 和PM10 的质量浓度变化（见表3），可见，PM2.5 和PM10 的平均质量浓度随着相对湿度的增加而减小。

表3 2006年PM2.5、PM10的质量浓度与相对湿度的关系

3.3 PM10、PM2.5质量浓度与气温

由表4 可见,当T≥25℃时，PM2.5 和PM10 的平均质量浓度为最小，分别为18.7 ug/m3和49.2 ug/m3，当15℃≤T＜25℃时，PM2.5和PM10的平均质量浓度为最大，分别为39.7 ug/m3和80.4 ug/m3，当T＜15℃时，PM2.5 和PM10 的平均质量浓度处于中间。出现这种质量浓度分布趋势,主要原因是当T≥25℃时，揭阳市处于夏季，层结不稳定，容易产生对流，此时大气扩散能力强，如果伴有降水，对空气污染有很强净化作用。当T＜15℃时，揭阳市处于冬季，通常受冷空气影响，风力较大，大气扩散能力较强。当15℃≤T＜25℃时大多处于春季或秋季，对流较弱，冷空气影响也弱，造成大气扩散能力较弱，所以浓度最高。

表4 2006年PM2.5、PM10的质量浓度与平均气温的关系

3.4 PM10、PM2.5质量浓度与降水

揭阳市大部分的污染物以气溶胶粒子的状态存在于大气中，降水对于空气污染物具有明显的净化作用。从表5 可以看出PM2.5 在无降水日的平均质量浓度为32.5 ug/m3，在降水0.1～9.9mm 时为26.7 ug/m3，下降了18%，在降水大于等于10mm时为21.5 ug/m3,下降了34%。PM10 在无降水日的平均质量浓度为76.6 ug/m3，在降水0.1～9.9mm 时为57.0 ug/m3,下降了26%，在降水大于等于10mm时为45.8 ug/m3,下降了41%。大气环境污染物有一个背景质量浓度值,在远大于这个背景质量浓度值时降水对污染物的清除效果很明显,但是接近这个背景质量浓度值时降水对污染物的清除效果就不明显，其中PM10对降水反应较PM2.5“敏感”,在同等降水量的情况下被清除得最多，出现这种情况的原因是PM10 相对PM2.5 更容易溶于水，湿沉降到地面。同时，对于中雨以上降水对PM10和PM2.5的清除效果较好。

表5 2006年PM2.5、PM10质量浓度与降水的关系

3.5 PM10、PM2.5高污染浓度与天气形势

分析了PM2.5、PM10 日平均浓度与天气形势的关系，结果发现在污染源不变的情况下，低层（地面和850hPa）天气形势对PM10和PM2.5浓度变化有很大的影响，容易造成高浓度污染物的主要天气形势有以下几种。

3.5.1 地面形势

揭阳地面一般为弱冷高压脊、脊后槽前、变性高压脊、低压槽、均压场控制，或者在台湾东部近海海面有台风活动，揭阳处在台风外围下沉气流控制，在这些系统控制下，近地面层风力减弱，不利于污染物扩散，造成污染物积聚，容易产生高污染浓度。

3.5.2 850hPa天气系统

当揭阳在受变性脊、低槽控制下，PM2.5 和PM10 的浓度较高，因为在这些系统控制下，城市低层易出现逆温层，逆温层的厚度可从几十米到几百米，污染物不能向上扩散，又向下蔓延堆积，从而加重了大气污染。

4 小结

（1）揭阳市PM2.5和PM10质量浓度分布具有明显季节、月际和日变化，表现出冬春季偏高，夏秋季偏低的特征，最高值出现在3月份，最低值则出现在6 月份，一天之中质量浓度出现两个高峰期和一个低谷，最高峰出现在9时前后，低谷出现在15时。

（2）PM2.5、PM10的质量浓度与风速和相对湿度呈负相关，风速或相对湿度越大，其质量浓度越小；降水对于空气污染物具有明显的净化作用，对于中雨以上降水对PM10 和PM2.5 的清除效果更好，PM10对降水反应较PM2.5“敏感”。

（3）容易产生PM10和PM2.5高质量浓度的天气形势：地面为受低压槽、脊后槽前、变性高压脊，弱冷高压脊、均压场时等；而850hPa为变性脊或低压槽。另外，受台风外围下沉气流控制，也容易产生高浓度天气。