长春市PM2.5污染特征及影响因素分析

沙英琥，翟 畅

（长春大学，吉林 长春 130000）

受城市扩张、工业发展和汽车保有量增加等因素的影响，空气颗粒物已成为诸多城市空气的首要污染物。而以PM2.5为主的大气污染物对居民身体健康、气候变化及社会经济问题造成了不可忽视的影响[1]，如增加了人们患肺癌和呼吸系统疾病的风险和降低预期寿命。因此，对于PM2.5污染的研究越来越受到人们的重视。在现有研究中，PM2.5浓度变化的季节、月份及不同城市间均表现出了显著差异[2]。

以长春市为例，该市是我国东北地区典型的重工业城市，从2016～2019年，城市人口及汽车保有量分别增长了4.8%和30%[3]。因此，各种人类活动和能源消耗导致PM2.5的排放量增多。为了进一步探究潜在因素对PM2.5造成的影响，本文通过分析长春市近5年PM2.5浓度的变化趋势，及其与气象因子和社会经济因素的关系，揭示了各类因素对其产生的不同影响，从而为缓解大气污染、提高人居环境质量提供有效措施。

1 研究方法

1.1 研究区域概况

长春市是吉林省省会，位于东北地区中心地带属北温带大陆性季风气候，夏季高温多雨，秋季和春季天气干燥，降雨量少[4]。本次研究区域位于长春市绕城高速公路以内（43°05’－45°15’N；124°18’－127°05’）。

1.2 数据来源

长春市2016年1月～2020年12月每小时PM2.5浓度数据均由中国环境监测总站提供；而气象数据则来自国家气象科学数据中心提供的中国地面气候资料日值数据集（V3.0）；社会经济数据收集于2015～2019年的长春市统计年鉴。

1.3 研究方法

应用SPSS 24.0（IBM，USA）对2016～2020年PM2.5浓度数据进行了统计，以探讨不同年份PM2.5浓度的差异性。同时，采用Pearson相关分析检验了PM2.5与气象因子，以及社会经济因素之间的相关性。图表使用Origin 2018软件进行绘制。

2 结果分析

2.1 长春市PM2.5污染的时间动态规律

从2016～2020年，长春市PM2.5平均浓度分别为（45.94±20.51）µg/m3、（45.76±23.15）µg/m3、（33.39±14.35）µg/m3、（38.14±22.28）µg/m3、（42.08±34.09）µg/m3，且在2018年达到最低值。但年份变化对PM2.5浓度差异的影响不显著。5年间不同季节PM2.5浓度的变化趋势一致，如图1－A所示，但表现出了较强的季节变异，呈现出冬季＞春/秋季＞夏季的季节趋势，且在夏季达到最低值，而冬季表现为浓度大幅度上升状态。

从2016～2020年，PM2.5月平均浓度变化趋势相同，均呈现出单峰单谷的变化趋势，如图1－B所示。其中，均在8月份PM2.5浓度达到最低值，分别为24.5 µg/m3、14.41 µg/m3、13.87 µg/m3、13.05 µg/m3、13.8 µg/m3；11、12月份大幅度提升，并在次年1月份达到峰值，PM2.5浓度分别为73.04 µg/m3、86.40 µg/m3、50.76 µg/m3、63.09 µg/m3、116.31 µg/m3，月平均变化与季节变化相符合。各季节与全年日变化趋势相近，表现为夜间浓度高于白天。同时，冷季PM2.5浓度在各时段均高于暖季，这与长春市季节变化相同；而冬季PM2.5浓度日变化幅度最显著（变化幅度为45～85 µg/m3），夏季PM2.5日变化不明显（变化幅度为14～20 µg/m3）。由此可以看出，各季节夜间PM2.5浓度较为稳定，而日间各时段PM2.5表现为不同程度的波动。如在早晨以及傍晚时段的PM2.5浓度呈现出上升趋势，各季节及全年平均PM2.5日变化均会在下午15时出现一个显著的最小值。

图1 长春市PM2.5不同时间尺度变化特征。

2.2 气象因子与PM2.5浓度的相关分析

气象因子与PM2.5浓度的相关分析详见表1。

表1 气象因子与PM2.5的相关性分析

由表1可以看出，降水量和平均气温与PM2.5浓度在p＜0.01水平上呈显著负相关，相关系数为－0.578、－0.740；平均气压与PM2.5浓度在p＜0.01水平上呈显著正相关，相关系数为0.683；相对湿度与PM2.5浓度在p＜0.05水平上呈显著负相关，相关系数为－0.257；但平均风速与PM2.5相关性不明显。

2.3 社会经济因素对PM2.5浓度的影响

社会经济因素与PM2.5浓度相关性普遍较弱，详见表2，其中第三产业份额与PM2.5的关系为负相关（r=－0.308）；而其他社会经济因素对PM2.5产生正面影响；用电量和汽车保有量与PM2.5显著性明显低于其他社会经济因素，说明用电量和汽车保有量对长春市PM2.5浓度变化具有较大的影响。

表2 PM2.5浓度与社会经济因素相关分析

3 讨论

3.1 时间变化对PM2.5的影响机制分析

长春市冬季PM2.5浓度明显高于其他三个季节，如图1所示，主要原因是冬季低风速、低湿度的天气条件导致大气稳定性增强，颗粒物流动性降低。而夏季PM2.5浓度显著低于其他季节的主要原因是夏季湿热多雨，即雨水对大气中的颗粒物起到了冲刷作用，同时夏季植物枝繁叶茂，滞尘效果明显。在2020年4月，PM2.5浓度异常的原因是该月4～20日之间雾霾及扬沙天气较多，PM2.5浓度最高值达到了404 µg/m3（数据来自中国地面气候资料日值数据集）。由此可以看出，长春市PM2.5浓度日变化趋势与北京市日变化一致[5]，也是日间时段早、晚高峰期人为活动增强及汽车尾气排放增多导致早晨及傍晚PM2.5浓度上升。

3.2 气象因子对PM2.5的调控作用

在本次研究中，长春市的降水量和平均气温与PM2.5呈负相关，这与江西省[6]研究结论一致，说明降雨会对大气颗粒物起到冲刷作用，降低了PM2.5浓度。而温度对PM2.5的影响主要体现在两个方面，一方面是高温会导致大气湍流加剧，加速PM2.5颗粒物的扩散；而另一方面，冬季会出现下沉逆温现象，导致大气稳定性增加，阻碍了大气颗粒物的扩散。

在本次研究中，长春市相对湿度与PM2.5浓度呈显著负相关，回归分析结果y=54.359+4.214x－0.042x2，即当相对湿度高于50%时，PM2.5会随着相对湿度的增大而降低，这也是划分不同相对湿度对PM2.5浓度造成不同影响的界限。

在已有研究中，全国大部分地区的风速都会对PM2.5产生负面影响[7]。而长春市PM2.5与平均风速相关性不显著，见表1，但平均风速仍对PM2.5浓度产生正面影响。主要原因是全年风速变化幅度较小，大气水平运动较弱，不利于颗粒物扩散。

3.3 社会经济因素对PM2.5的潜在影响

在本次研究中，汽车保有量与PM2.5浓度关系不显著，但汽车造成的尾气污染仍是不可忽视的一方面。在对我国PM2.5浓度与车辆数量的研究中表明，汽车保有量与PM2.5浓度间的关系呈正相关。因此，汽车数量及汽车尾气造成的城市空气污染仍是空气污染治理的一个重要挑战。同时，由于长春市地理位置的原因，采暖时间跨度较长，因此，煤炭消耗也是导致冬季PM2.5浓度大幅度上升的主要原因之一。

4 结论

本次研究分析了长春市PM2.5浓度的年度、季节、月份和日变化，以及PM2.5浓度与气象因素及社会经济因素的关系。结果表明：长春市PM2.5表现出较强的季节变异，冬季PM2.5浓度最高，夏季PM2.5浓度最低；PM2.5浓度与平均气压呈极显著正相关；PM2.5浓度与降水量、气温呈极显著负相关，与相对湿度呈显著负相关；但PM2.5浓度与风速、社会经济因素相关性不显著。

由此也可以看出，PM2.5污染取决于气象条件和人类活动。例如，长春市夏季和冬季的PM2.5大幅度变化原因分别是降雨和燃煤。因此，在应对空气污染时，有必要进行季节区分，即在冬季PM2.5暴发期，降低煤炭消耗，尽量应用天然气及其他清洁型能源，这非常有利于减轻城市的空气污染状况。