本溪市颗粒污染物特征分析及其与气象因素的关系

刘闯 张博宇 史本岩 汪贵彬 廖晶晶 黄作顺

摘 要：通过研究2019年本溪市颗粒污染物特征及其与气象因素的相关性，结果表明，本溪市颗粒污染物浓度冬季最高，夏季最低，1月份最高，8月份最低;颗粒污染物超标主要集中在采暖期。颗粒污染物之间相关系数为0.861，颗粒物之间存在较强的内在联系。不同气象条件下颗粒污染物有所差别，与气温呈显著负相关，与湿度呈正相关;风速对颗粒污染物影响主要是稀释作用。颗粒污染物浓度随着气温变化出现2个峰值，分别在-5℃和13℃;气温在5～15℃相关性最高，且随着气温升高，浓度增加趋势更加突出;颗粒污染物随相对湿度增加而增大，且在55%～80%易发生较重污染，受相对湿度影响更为显著;颗粒污染物與风速呈负相关，且在1.4～2.0m/s较低风速区间，污染物浓度较高。

关键词：本溪市;颗粒污染物;气象因素;特征分析;相关性

中图分类号 X513;X16  文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）17-0161-03

Characteristics of Air Particulate Matter in Benxi City and Their Relationship with Meteorological Conditions

LIU Chuang1 et al.

（1Benxi City of Meteorology， Benxi 117000， China）

Abstract： According to air particulate pollutants in Benxi in 2019 and their correlation with meteorological factors. The results show that the concentration of particulate pollutants in Benxi is the highest in winter， the lowest in summer， the highest in January， and the lowest in August; the excessive concentration of particulate pollutants is mainly concentrated in the heating period. The correlation coefficient between particulate pollutants is 0.861， and there is a strong internal relationship between particulate matter. It is different from different meteorological conditions， and has a significant negative correlation with air temperature; a positive correlation with humidity; and the effect of wind speed on particulate pollutants is mainly dilution. There are two peak values of particulate pollutant concentration with temperature changes， which are -5℃ and 13℃， and the correlation between air temperature is 5～15℃， and as the temperature increases， the concentration increase trend is more prominent; with the relative humidity Increased and increased， and heavier pollution is easy to occur between 55～80， and particulate pollutants are more significantly affected by relative humidity; negatively correlated with wind speed， and in the lower wind speed range of 1.4～2.0m/s， pollutants The concentration is higher.

Key words：Benxi City ; Particulate contaminants; Meteorological factors; Characteristic analysis; Correlation

1 引言

空气污染物多指空气中固态和气态污染物质，主要有NO2、SO2、CO、O3、HC、VOCs和颗粒物等。环境中的空气污染已成为当前我国面临较为严重的环境问题之一。近年来，随着国内工业的快速发展、能源消耗的不断增长以及城市化进程的加速，大气污染问题日益突显[1-3]，NO2、SO2和颗粒物等多种污染物在大气中共存，构成了区域性大气复合污染[4-5]。其中，PM10和PM2.5对光线和高湿空气具有散射和吸收特性，造成视程障碍，同时微小颗粒通过呼吸易进入身体内部，会对心脑血管和肺功能系统产生危害。环境空气质量是人们平时和各大媒体新闻报道密切关注的话题，同时也是衡量一个城市可持续绿色发展能力和宜居程度的重要指标之一[6]。

本研究利用2019年本溪市颗粒物污染物与气象要素资料，运用统计学原理、相关性分析等方法，探讨颗粒物污染物的变化趋势及与气象要素之间的相关性，以及本溪市颗粒污染物与气象要素之间的联系，以期为管理部门决策及今后开展空气污染治理提供与参考。

2 数据来源与研究方法

本研究以本溪市2019年颗粒污染物（PM10、PM2.5）和气象因子（气温、风速、相对湿度）等小时数据为基础统计季、月值，进行颗粒物污染物特征分析和与气象因素之间相关分析等方法。季节划分如下：春季3—5月;夏季6—8月;秋季9—11月;冬季为12月至次年2月。

3 结果与分析

3.1 颗粒污染物变化特征 由图1（a）可知，各项污染物浓度冬季明显高于其他季节，夏季最低，春、秋季居中。由图1（b）可知，8月颗粒污染物浓度最低，1月为最高，与季节变化相同呈“U”型。参照环保部发布的《环境空气质量标准》（GB3095-2012）[7]，本溪市城区按照二类区为居民区、商业交通居民混合区、文化区、工业区和农村地区划分，适用于二级浓度限值PM10（24h平均）>150μg·m-3，PM2.5（24h平均）>75μg·m-3。计算得出2019年本溪市PM10污染物浓度超标天数为13d，PM2.5超标天数（35d）是PM10超标天数的2倍多，当出现PM10污染物超标时，PM2.5也出现了超标，出现了时间重叠;反观PM2.5污染物出现超标时，PM10出现了部分时间的匹配达到同时超标。这说明当出现粗颗粒污染时，伴随着细颗粒污染。污染物超标天数主要集中在供暖期（11月至次年3月），供暖期间PM10污染物浓度超标天数占全年污染天数的92.3%，而PM2.5为82.9%。出现以上情况是由于北方冬季采暖期较长，燃煤使用量超过其他季节，颗粒物等污染物排放增大累积，同时冬季气候干燥，相对湿度低，风力较弱，造成冬季污染物普遍浓度远远高于其他季节;而夏季对流天气频繁，多降水，多大风，没有了冬季的过量燃烧煤炭，利于污染物稀释。

3.2 颗粒污染物与气象因素相关性 颗粒污染物浓度与气象因素密切相关，其中PM10-PM2.5相关系数为0.861，且通过0.01显著性检验。相关分析研究选用1月代表冬季、4月代表春季、7月代表夏季、10月代表秋季小时气象数据（气温、相对湿度、能见度）等气象因素与颗粒污染物小时浓度（PM10、PM2.5）进行相关研究与分析。由表1可知，颗粒污染物均与气象因子存在显著相关，且通过了0.01显著性检验。风力越大，越有利于污染物的扩散，颗粒污染物浓度与风速呈显著负相关，风速对于去除PM2.5影响高于PM10;颗粒污染物与气温呈显著负相关，正符合污染物高浓度基本出现在一年中平均气温最低的冬季，而浓度最低值则出现在气温最高的夏季;对于相对湿度，出现相关系数PM2.5>PM10正相关现象，这是由于PM2.5对比PM10于空气湿度较为敏感。由于颗粒粒径较小，更易发生吸湿作用，产生较为严重的雾霾现象。

3.2.1 气温对颗粒污染物的影响 由图2可知，颗粒污染物出现了双峰值，分别出现在气温的-5℃和13℃，小时气温在5～15℃相关性最高，且随着气温升高，颗粒污染物浓度也有所增加趋势，与气温相关系数在-0.39～-0.48，高于相對湿度和风速与颗粒污染物的相关性。这主要是由于气温升高，大气辐射增强，颗粒污染物与其他气态污染物之间相互作用，分子活性增强变得更容易附着和化学反应变化等转化成二次污染物，加重了空气污染程度。

3.2.2 相对湿度对颗粒污染物的影响 由图3可知，颗粒污染物浓度随着相对湿度的增加而增大，在相对湿度55%～80%，污染物浓度较高，高湿度空气易造成颗粒物增重增大的同时环境中气态污染物遇高湿环境下，更易吸湿附着在颗粒物上，或促进由气态污染物向硫酸盐和硝酸盐等二次污染物的转化，加重空气污染。

3.2.3 风速对颗粒污染物的影响 风速越大，越利于污染物的扩散，随之浓度降低;反之污染物浓度越高。如图4所示，风速在1.4～2.0m/s，颗粒污染物浓度较高，与风速呈负相关，随着风速的增大，污染物浓度随之下降。

4 结论

（1）本溪市颗粒污染物浓度冬季最高，夏季最低，1月份最高，8月份最低;颗粒污染物超标主要集中在采暖期。

（2）颗粒污染物之间相关系数为0.861，颗粒物之间存在较强的内在联系，在不同气象条件下有所差别;与气温呈显著负相关，与湿度呈正相关;风速对颗粒污染物影响主要是稀释作用。

（3）颗粒污染物浓度随着气温变化出现了2个峰值，分别在-5℃和13℃，小时气温在5～15℃相关性最高，且随着气温升高，浓度增加趋势更加突出。

（4）颗粒污染物随相对湿度增加而增大，且在55%～80%易发生较重污染，颗粒污染物受相对湿度的影响更为显著。

（5）颗粒污染物与风速呈负相关，且在1.4～2.0m/s较低风速区间，污染物浓度较高。

参考文献

[1]任阵海，万本太，苏福庆，等.当前我国大气环境质量的几个特征[J].环境科学研究，2004，17（1）：1-6.

[2]Chan C K，Yao X. Air pollution in mega cities in China [J].Atmospheric Environment，2008，42（1）：1-42.

[3]王占山，潘丽波.火电厂大气污染物排放标准实施效果的数值模拟研究[J].环境科学，2014，35（3）：853-863.

[4]吴莹，吉东生，宋涛，等.夏秋季北京及河北三城市的大气污染联合观测研究[J].环境科学，2011，32（9）：2741-2749.

[5]高晋徴，朱彬，王东东，等.南京北郊O3，NO2和SO2浓度变化及长/近距离输送的影响[J].环境科学学报，2012，32（5）：1149-1159.

[6]翟萌，卢新卫，龚文姣，等.西安市近十年空气质量变化趋势及治理成效分析[J].江西农业学报，2009，21（4）：173-175.

[7]环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.环境空气质量标准（GB3095-2012）[S].北京：中国环境科学出版社，2012.

[8]刘洁，张晓玲，徐晓峰，等.北京地区SO2、NOX、O3和PM2.5变化特征的城郊对比分析[J].环境科学，2008，29（4）：1059-1065.

（责编：张宏民）