大庆市初冬期PM2.5与气象因素相关性研究

于振波，李广来，刘玉萍，刘 薇，贾琳琳

(黑龙江省环境科学研究院，哈尔滨 150056)

随着我国城市化进程的深入，城市环境污染问题日益突出.近年来，我国爆发了大规模的重污染天气，不仅影响到人们正常的工作和生活，而且还给人们的身体健康带来严重威胁，PM2.5污染问题受到全社会的广泛关注[1].气象因素对大气污染物的扩散、稀释和蓄积有重要作用，因此开展 PM2.5质量浓度与气象因素相关性研究意义重大.现阶段，国内相关研究主要集中于北京、上海等较为发达的地区以及各省会地区[2-5]，本文根据大庆市PM2.5质量浓度监测资料和同期气象因素观测资料，对大庆市初冬期PM2.5质量浓度与气象因素的相关性进行分析，为大气污染防治工作的开展提供科学依据.

1 资料与方法

1.1 资料

从大庆市环境监测站收集大庆市2014年10月1日～12月31日 5个国控空气质量自动监测站每日及年均大气PM2.5质量浓度监测资料，以 5个监测点逐日日均 PM2.5质量浓度值作为大庆市初冬期大气污染数据.从黑龙江省气象局收集 2014年10月1日～12月31日大庆市每日的相对湿度、气温、气压、风速等气象因素观测资料.

1.2 方法

运用 Origin7.5 将2014年初冬期大庆市PM2.5质量浓度数据和气象要素以日为单位进行平均，采用趋势分析法对 2014年初冬期大庆市PM2.5质量浓度和气象要素变化特征进行分析.

2 实验结果与讨论

2.1 2014年大庆市PM2.5质量浓度分布情况

以2014年大庆市5个国控空气质量自动监测站年均值为数据，作等值线图，具体如图1所示.

图1 2014年大庆市PM2.5质量浓度分布

从图1中可以看出，2014年大庆市PM2.5年均质量浓度不达标(二级标准值为35 μg/m3)，在全市范围内，污染最为严重的区域为大同区，由此可见，大庆市应该提升大气污染防治力度，并根据不同区的污染程度，制定有针对性的解决方案.

2.2 PM2.5质量浓度与相对湿度的相关性

2014年初冬期大庆市PM2.5质量浓度与相对湿度的变化趋势如图2所示，两者呈现正相关性，即相对湿度增加，PM2.5质量浓度也会随之增大，而且PM2.5质量浓度超标的状况均发生在相对湿度40%以上.相关研究表明，在一定的湿度范围内，相对湿度越大越有利于颗粒物的形成，相对湿度在形成颗粒物污染过程中发挥着至关重要的作用，这种情况在高湿度天气下表现更为突出[6-8].当相对湿度较大时，大气逆辐射增强，逆温状况多发，再加上雾罩的形成，会造成颗粒物不易扩散，进而造成PM2.5质量浓度的上升.

图2 PM2.5质量浓度与相对湿度变化趋势图

2.3 PM2.5质量浓度与气压的相关性

其他地区相关研究结论表明，气压高低与大气环流形势关系密切，当地面受低压控制时，四周的高压气团会向中心流动，进而在中心处形成上升气流，有利于PM2.5的纵向扩散，但是需要注意的是，在低气压场控制下，容易出现低云，这将一定程度上阻挡纵向扩散，而且低云还会增加大气逆辐射，减小气温随高度的变化，间接影响到PM2.5的扩散；在地面受高压控制时，一般风速较小，天气晴朗，中心处会形成下降气流，这样会影响到污染物的纵向扩散，所以当地面受高压控制时，PM2.5的质量浓度会显著增加[9-10].2014年初冬期大庆市PM2.5质量浓度与气压的变化趋势如图3所示，从图3中可以看出，当PM2.5质量浓度超标时，PM2.5质量浓度与气压呈现正相关性；在非污染天气下，PM2.5质量浓度与气压之间没有明显的相关性.

图3 PM2.5质量浓度与气压变化趋势图

2.4 PM2.5质量浓度与气温的相关性

2014年初冬期大庆市PM2.5质量浓度与气温的变化趋势如图4所示，从图4中可以看出，在10～11月，PM2.5质量浓度与气温呈正相关性，主要是因为此时正处于供暖前期，再加上气温还不是很低，暖空气控制着整个市辖区，温度的升高会造成污染物扩散条件变差，这就会造成PM2.5质量浓度随气温的升高而上升[11-12].进入12月份后，PM2.5质量浓度与气温呈负相关性，主要是因为随着温度的降低，为了保证居民供热，需要燃烧更多的煤，温度越低煤的消耗量就越大，而燃煤源又为大庆市的空气污染的首要来源，所以PM2.5质量浓度随气温的升高而下降.

图4 PM2.5质量浓度与气温变化趋势图

2.5 PM2.5质量浓度与风速的相关性

一般情况下，风速越大，越有利于大气污染物的扩散，相应的质量浓度值也越低；反之，质量浓度值越高[13-15].2014年初冬期大庆市PM2.5质量浓度与风速的变化趋势如图5所示.从图5中可以看出，PM2.5质量浓度超标的状况多出现在风速较低的天气，PM2.5质量浓度与风速整体上呈现负相关性，即风速越大，PM2.5质量浓度越小.

图5 PM2.5质量浓度与风速变化趋势图

3 结 语

气象因素是影响PM2.5质量浓度的重要因素之一，因为多种气象因素的综合作用使得PM2.5质量浓度与气象因素之间的关系较为复杂，2014年大庆市初冬期PM2.5质量浓度与气象因素相关性具体表现为：1)PM2.5质量浓度与相对湿度呈正相关性；2)在PM2.5质量浓度处于超标状态下，其与气压呈正相关性，在PM2.5质量浓度未超标时，其与气压无明显相关性；3)在10～11月，PM2.5质量浓度与气温呈正相关性，在12月，PM2.5质量浓度与气温呈负相关性；4)PM2.5质量浓度与风速整体上呈负相关性.

虽然气象条件在大气污染物的生成、积累和扩散过程中发挥着重要的作用，但是化石燃料燃烧、机动车尾气、扬尘等人为源的过度排放才是重污染天气发生的根源.因此应该充分研究PM2.5质量浓度与气象因素的相关性，提升空气质量预报的精准度，开展有针对性的污染减排措施.