成都西部地区污染物浓度与气象条件相关性分析

汪 玲，华 明

(1.四川省都江堰市气象局，四川 都江堰 611830；2.成都市气象局，四川 成都 610000)

1 研究背景

城市化和工业化的发展带来了棘手的环境问题。污染防治工作也逐步在政界、学界及民众间成为热点和焦点问题[1～4]。大气污染物治理方法的产生立足于详实的科学研究成果，只有明确污染事件中污染物浓度变化特征、影响因子、产生机理，才能“对症下药”，针对关键问题有的放矢。经过各界共同努力，我国重点区域大气污染问题有了较明显缓解。但大气污染问题在我国不同区域依然面临着不同问题，一些城市中的重点污染物，如颗粒物浓度、臭氧浓度等存在不同程度超标现象[5～8]。颗粒物和臭氧的复合型污染问题仍是需攻克的难题。研究表明，影响大气污染物浓度的主要因素有二：一是污染排放源强，其自身排放量的大小是影响污染物浓度的关键因子；二是气象条件，气象条件是否利于排放源浓度清除、传输或二次转换是影响污染物浓度的又一关键因子[9～11]。一般而言，短期内污染源浓度不会发生变化，污染物浓度变化就受制于大气扩散条件，研究表明：大气层结稳定、静小风、无雨水和对流时大气污染物浓度扩散困难，导致一定区域一定时间内大气污染物聚集，使得浓度升高[12,13]；当大气扩散条件较好，如大风速、混合层高度高、无逆温层、无高温高湿时，大气污染物能得到较好扩散[14～16]。

成都西部地区作为成都市郊区新城，是重要工业化建设区和山地旅游和现代都市农业优势产业区。成都西部发展对于成都的发展以及当地产业结构调整具有重要意义。因此，本文对成都西部主要污染物浓度时空分布和变化特征以及气象影响因子进行了探索，为区域性大气污染防治工作提供科学参考和依据，为打赢大气污染蓝天保卫战贡献力量。

2 研究资料

本文使用的污染物浓度数据资料来源于成都市环境监测站提供的成都西部地区(崇州、都江堰、彭州、郫都、蒲江、邛崃、温江)2018年逐时NO、NO2、SO2、CO、O3、PM2.5、PM10浓度数据。气象观测资料来源于成都市气象局提供的成都西部地区(崇州、都江堰、彭州、郫都、蒲江、邛崃、温江)2018年逐时气温、相对湿度、降水量、2 min平均风向和风速等以及温江探空站提供的探空资料。

3 成都西部地区污染物浓度时间变化特征

3.1 成都西部污染物浓度年、月变化特征分析

图1为2018年成都西部NO2、O3、PM10、PM2.5逐日污染物浓度变化图，可以看出，成都西部地区春季和夏季O3浓度高，颗粒物和NO2浓度低，秋冬季则正相反。其中O3年均浓度最高是87.8 μg/m3，为都江堰，最低是54.25 μg/m3，为郫都区；NO2年均浓度以温江最高，为40.23 μg/m3，都江堰最低，为18.12 μg/m3；PM10年均浓度最高是温江，为92.65 μg/m3；最低是都江堰，为49.72 μg/m3；PM2.5年均浓度最高是崇州，为61.89 μg/m3，最低是都江堰，为29.13 μg/m3。综上可得，成都西部地区污染天气形势仍不容乐观。

图1 成都西部污染物质量浓度(PM2.5、PM10、NO2、O3)逐日变化

结合表1可见，成都西部地区细颗粒物污染较重，各个区县PM2.5/PM10比例都高于50%。最大比例67%出现在崇州。

表1 成都西部污染物年均浓度

图2是成都西部地区主要污染物包括PM2.5、PM10和O3的月浓度变化，可看出O3浓度春、夏季高，秋、冬季低，尤其在4、5、8月最高，12月最低；而颗粒物浓度月变化相反，冬、春季高，夏秋季较低，如PM10主要是12月、1月、2月较高，7月最低，PM2.5是1月最高，7月最低。

污染天气状况的重要指标就是污染物浓度超标的情况。根据我国环境空气质量标准(GB3095-2012)中规定，以日均浓度限值作为判定标准，统计成都西部地区污染物浓度超标日数，得到表2。2018年成都西部地区中温江O3超标日数最多，高达75 d；崇州PM10超标日数最多，达54 d；温江和崇州PM2.5超标日数一样，都是105 d，而NO2超标日数各区县均较少，只有温江区有6 d的超标。从结果看，都江堰空气质量最优，O3、PM2.5、PM10超标日数均为7个区市县中最低，分别是38 d、9 d和13 d。

3.2 成都西部污染物浓度日变化特征

分析质量浓度较高的污染物即PM2.5、PM10和O3日变化，由图3可看出，成都市西部地区PM2.5浓

表2 污染物质量浓度超标率统计 d

度日变化有较明显的“W”型特征，PM2.5浓度0：00～8：00逐渐减少，8：00达到第一次最低值，之后随着人们出行活动增多，浓度逐渐升高，10：00左右出现第一次最高值，随后一天内边界层对流发展相对旺盛，扩散条件变好，浓度逐渐减少，于17：00左右再次出现极低值，受夜间大气层较白天稳定及下班高峰期影响，PM2.5又开始增加，第二次极大值出现在21：00～22：00时左右。从各质量浓度值看，日均浓度最大是崇州市的PM2.5，其浓度值是都江堰的2倍以上。而PM10与PM2.5有类似的“W”型变化特征。

图3 成都西部主要大气污染物2018年浓度日变化曲线

O3在一天内的循环包含累积、抑制、光化学生成和消耗4个阶段。图3为2018年一年内每天的每个时刻求得的平均浓度，可知成都西部O3日变化也存在有相似的4个阶段。首先是0：00～5：00时，此时O3质量浓度是一天中最低时段；5：00～8：00时随着人们生产生活开始汽车排放尾气，但由于气温较低、紫外线强度很弱，SO2浓度也低，O3则是和NO反应较多，消耗较大，所以O3浓度值在该时段下降；随后8：00～16：00时，随着一天气温开始升高，太阳光线增强，O3前体物不断排放及光解，O3浓度值开始明显上升，大概在16：00到达峰值；16：00之后，由于傍晚人们出行带来更多的NO排放使得O3含量消耗，加上太阳辐射逐渐减弱也不利于O3生成，所以O3含量在16：00之后明显消耗减少。

总体上，成都西部地区大气中一天内各个时段O3含量是单峰型态势。由于白天太阳光线不断增强，气温升高，导致O3的前体物大量排放及光解，使得O3浓度逐渐上升，16：00左右出现峰值，随后由于O3不断消耗导致浓度又不断变小。

3.3 成都西部污染物浓度与气象条件相关性分析

排放的污染物多少和气象扩散条件是影响大气环境优劣的主要原因。对2018年成都西部地区环境-气象数据对各污染物与相对湿度、风和降雨量等气象条件的关系进行了分析，得出了表3。各区市县污染物和气象因子相关性不完全一致，如成都西部地区SO2质量浓度整体与湿度(除蒲江和邛崃外)为负相关，但与温度和风速相关性很弱甚至无关，不太敏感；O3浓度变化与温度及相对湿度都表现为明显正相关、负相关，其前体物即是NO2和CO质量浓度与温度为较明显负相关；颗粒物中PM2.5和PM10与温度、风速也呈明显负相关。

表3 成都西部大气污染物与气象影响因子相关系数

水可以溶解大气中气态污染物，而降雨又能将固态污染物质沉降到地面上从而降低污染物浓度。比较2018年全年降水日和非降水日各污染物质量浓度值，得出了表4，成都西部地区各污染物浓度值在降水日和非降水日有明显差异，非降水日各类污染物浓度值整体高于降水日。降水对颗粒物清除作用十分明显，崇州、彭州、郫都、蒲江的降水清除颗粒物量级高于40 μg/m3。

表4 成都西部降水日与非降水日污染物浓度对比 μg/m3

续表4

综合上述分析可知，多种因素影响着大气中污染物质量浓度，而气象条件和污染物直接的转化作用综合影响着大气中各污染物质量浓度。

4 结论

(1)O3年均浓度最高是都江堰，NO2年均浓度最高是温江；PM10年均浓度最高是温江；PM2.5年均浓度最高是崇州；成都西部地区污染较重，各个区县PM2.5/PM10比例都高于50%。

(2)O3浓度在4月、5月和8月高，11月、12月、1月低；而颗粒物浓度月变化特征相反，以12月、1月、2月较高。其中温江O3超标日数最多，崇州PM10超标日数最多，温江和崇州PM2.5超标日数都是105 d。都江堰在成都西部地区中空气质量最优，O3、PM2.5、PM10超标日数在7个区市县中最低。

(3)PM2.5日变化有较明显的“W”型特征，8:00到达第一次最低值，10:00左右出现第一次最大值，17:00左右低值再次出现，第二次极大值在21：00～22：00左右。PM2.5日均浓度最大是崇州市，是都江堰的2倍以上。PM10也有类似日变化特征。

(4)大气中一天内各个阶段O3浓度变化是单峰型。由于白天太阳光线不断增强，气温升高，导致O3前体物大量排放及光解，使得O3浓度逐渐上升，16:00左右出现峰值，由于O3不断消耗导致浓度又不断变小。

(5)SO2质量浓度整体上与湿度(除蒲江和邛崃外)为负相关，但与温度和风速相关性很弱甚至无关；O3浓度变化与温度及相对湿度为较明显正相关、负相关，其前体物也就是NO2和CO质量浓度与温度表现为较明显负相关；PM2.5和PM10与温度和风速为明显负相关。

(6)降水日和非降水日各污染物浓度值有着明显差异，非降水日各类污染物浓度值整体都比降水日高。降水对颗粒物清除作用明显，崇州、彭州、郫都、蒲江降水清除颗粒物量级高于40 μg/m3。