黄石市大气温度对空气环境质量影响研究——以2019年10月为例

张文歌,姜雯敏,袁知洋

(1.湖北省黄石市第十八中学,湖北 黄石 435000；2.湖北省黄石市第十四中学,湖北 黄石 435000；3.湖北省地质科学研究院，湖北 武汉 430000)

黄石市是湖北省东部地区重要的工业城市。随着工业发展和城镇化建设，该市近地面空气质量受到了较大环境压力[1]，除了常见的PM2.5、PM10等空气颗粒物指标，还有近地面臭氧(O3)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)等指标影响着城市居民的健康[2～4]，特别是臭氧，近大气平流层中臭氧层可以吸收太阳光中对人体有害的短波(30nm以下)光线[5]，防止这种短波光线射到地面，使人类免受紫外线的伤害。而近地面臭氧通过刺激人的呼吸道，造成人的神经中毒，对人体皮肤中的维生素E起到破坏作用，致使人的皮肤衰老。臭氧还会破坏人体的免疫机能，加速衰老等影响人类健康安全。[6，7]众多研究表明近地面臭氧浓度受大气温度和太阳辐射的强烈影响[8，9]。

黄石市作为亚热带地区受东南季风影响的湖北东部城市，每年10月份是黄石地区甚至湖北中东部地区一年中大气温度变化较大的一个月份，气温较大幅度的变化对每日空气指标的影响是否会存在显著影响,当前这一问题还存在较多争议。本文以湖北省黄石市黄石港区2019年10月份逐日空气质量数据为例，分析研究气温和空气质量指标的关系，特别是和近地面臭氧的关系，以揭示鄂东地区城市城市气温对城市空气质量影响规律，为城市近地面空气污染的干预和治理提供一定的科学参考。

一、 材料与方法

1.研究区和监测点

黄石市位于湖北省东南部，长江中游南岸，东北临长江，与黄冈市隔江相望，北接鄂州市鄂城区，西靠武汉市江夏区、鄂州市梁子湖区，西南与咸宁市咸安区、通山县为邻，东南与江西省九江市武宁县、瑞昌市接壤；全市总面积4 583平方公里，地跨东经114°31′—115°30′，北纬29°30′—30°15′之间。黄石市地处中纬度，太阳辐射季节性差别大，远离海洋，陆面多为矿山群，春夏季下垫面粗糙且增湿快，对流强，加之受东亚季风环流影响，其气候特征冬冷夏热、四季分明，光照充足，热能丰富，雨量充沛，为典型的亚热带大陆性季风气候。黄石港区是黄石市的中心城区，人口34.9万，东临长江，西临磁湖，南临西塞山，北与鄂州毗邻，面积50.6平方公里。如图1，黄石港区环境监测点由黄石生态环境局布置，符合生态环境部的环境空气质量监测点位布设技术规范(试行)(HJ 664—2013)标准，是黄石市的环境监测点中的城市点。

图1 黄石港区大气环境监测点的位置图

2.数据检测和分析方法

(1)PM2.5和PM10参照《环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统技术要求及检测方法》(HJ653-2013)、《环境空气颗粒物(PM2.5)手工监测方法(重量法)技术规范>(HJ656 - 2013)、《环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)采样器技术要求及检测方法》(HJ93-2013)、《环境空气颗检物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统安装和验收技术规范》(HJ655-2013)等进行测试分析。

(2)二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳指标参照《环境空气气态污染物(SO2、NO2、O3、CO)连续自动监测系统技术要求及检测方法XHJ654-2013)、《环境空气气态污染物(SO2、NO2、O3、CO)连续自动监测系统安装和验收技术规范》(HJ193-2013)等进行测试分析。

(3)数据统计和相关分析采用SPSS17.0统计软件。

二、 结果与分析

1.黄石港区2019年10月大气温度和质量概况

如表1、表2，2019年10月，黄石港区平均单日最低气温为24.84℃，最高气温为37℃，PM2.5最高为52ug/m3；PM10最高为171ug/m3；首要污染物出现最多的是臭氧和PM10。整个月度变异程度最大的空气指标为O38小时，也称臭氧8小时滑动平均，即以一天中浓度大的连续8小时臭氧浓度均值作为评价这一天臭氧污染水平的标准，(变异系数为0.47)：其次为二氧化氮(变异系数为0.44)，最小为一氧化碳(变异系数为0.17)。

表1 黄石港区2019年10月每日气温和大气质量指标

续表1 黄石港区2019年10月每日气温和大气质量指标

表2 黄石港区2019年10月每日气温和大气质量指标描述统计

2.黄石港区2019年10月大气温度和空气质量指标的关系分析

如图2(把图分成a、b、c、d、e、f，主要进行了黄石港区监测点2019年10月每日大气最高温度和空气六大污染物指标的线性关系分析，大气单日最大温度和8小时最大平均臭氧浓度的线性关系最为显著(R2= 0.687 4)，呈显著线性正相关，其次是二氧化硫(R2=0.420 2)，呈线性正相关，和大气PM10的关系最不显著(R2=0.127 5)，显然温度对大气颗粒物的影响较小。

图2 每日大气最高温度和空气六大污染物指标的线性关系分析组图

三、结论与讨论

1.黄石城区近地面臭氧浓度10月份变异程度比其他空气质量指标要大，近地面一氧化碳浓度变异程度最小。

2.黄石市城区10月份大气温度对近地面臭氧有显著正相关影响，其次是二氧化硫也较为显著，这一结论与林威研究臭氧对温度和光照的响应的相关结论较为一致，[9]因此高温天气，极大可能城区近地面的臭氧浓度和二氧化硫浓度较高。

综上所述，建议遭遇高温天气时，黄石城区应该及时进行近地面或者空气降温处理，对近地面的臭氧浓度和二氧化硫的浓度可以起到一定的抑制作用，或者采取生态措施改善近地面大气，比如增加城市绿植、建设带水域的城市公园、广场喷泉之类[10,11]，都可以在温度较高的夏季城市中心区起到降温的作用，保护甚至扩大城区湖泊面积来降低近城市地面温度等。