哈爾濱市PM10污染與氣象條件分析

侯飆，畢文澤，齊貴濱

（1.黑龍江省大氣探測技術保障中心，黑龍江哈爾濱 150030；2.林甸縣氣象局，黑龍江林甸 166300；3.黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江哈爾濱 150030）

哈爾濱市PM10污染與氣象條件分析

侯飆1，畢文澤2，齊貴濱3

（1.黑龍江省大氣探測技術保障中心，黑龍江哈爾濱 150030；2.林甸縣氣象局，黑龍江林甸 166300；3.黑龍江省人工影響天氣辦公室，黑龍江哈爾濱 150030）

統計分析了2006～2010年哈爾濱市的3種污染物逐日污染物指數API數據，著重統計分析了哈爾濱市主要污染物PM10的逐月和季節演變特征，并對PM10濃度與平均氣溫、能見度、降水量、相對濕度、氣壓和平均風速6個氣象要素的關系做了初步定量分析。研究結果表明：2006～ 2010年PM10濃度變化不大，空氣質量好于二級的天數趨于上升，但不明顯,PM10的季平均濃度特征是冬季>春季>秋季>夏季。PM10濃度與相對濕度，本站氣壓成正相關，與平均溫度、降水量、平均風速、能見度成負相關。冷高壓前部、高壓前部、高壓和冷鋒后部都屬于有利擴散型，一般受到這些天氣的影響，空氣質量較好，而高壓后部、低壓、均壓場以及高壓底部則不利于大氣擴散，受這些天氣影響空氣質量較差。

PM10；污染；氣象條件

1 引言

大氣污染是目前全球最為關注的環境問題，隨著中國經濟的高速發展和城市化進程不斷加快，城市地區的大氣污染問題越來越受到重視。關于可吸入顆粒物對人類的危害，國外進行了大量研究[1-2]，空氣質量≥4級屬中度空氣污染，對人們的工作、生活和健康危害很大。隨著人們對空氣質量的日益關注，控制城市大氣污染，改善城市環境質量的呼聲日益強烈。許多地方相繼開展了PM10的研究，諸如：周亞軍等[2]對廣州空氣污染指數特征及其與地面氣壓型的關系進行了研究；王淑英等對北京地區PM10污染日變化特征及氣象特征進行了研究，系統地分析了北京地區PM10污染特征及其與氣象條件的關系，總結了空氣污染≥4級的污染日的氣象條件及污染日的年、季隨不同天氣的變化特征。近5 a PM10作為哈爾濱市首要污染物的天數約占污染總天數的99%以上。認識PM10時空分布規律，研究其與氣象條件的關系，對于研究如何減輕和控制空氣污染改善空氣質量有著重要意義。

2 資料來源和資料處理方法

2.1 資料來源

采用中華人民共和國環境保護部數據中心提供的2006～2010年逐日空氣污染指數API的資料。相應的氣象資料采用了哈爾濱市氣象觀測站提供的每日相應時段的地面風速和風向觀測資料。

2.2 空氣污染指數的確定

空氣污染指數的計算方法:

基本計算式：設I為某污染物的污染指數，C為該污染物的濃度。則：

式中：C大與C小是API分級限值表（見表1）中最貼近C值的兩個值，C大為大于C的限值，C小為小于C的限值。I大與I小是API分級限值表（見表1）中最貼近I值的兩個值，I大為大于I的值，I小為小于I的值。

主要污染物的選取:各種污染物的污染分指數都計算出以后，取最大者作為該區域或城市的空氣污染指數API，該項污染物即為該區域或城市空氣中的首要污染物。

利用公式（2）和表1得到哈爾濱市PM10日均濃度數據。

利用公式（1）可得PM10濃度：

表1 空氣污染指數對應的污染物濃度限值空氣質量類別

3 PM10污染指數變化特征

2006～2010年PM10的5年平均值為0.1015 mg/m3,空氣質量等級屬于2級。其中月濃度范圍為0.0738～0.154 mg/m3，日均濃度范圍為0.02～0.6 mg/m3。年均濃度相差不大，等于或近似于0.100 mg/m3,空氣質量屬于良好。空氣質量好于2級天數趨于上升，但不明顯。PM10的季均濃度特征是冬季>春季>秋季>夏季（見圖1），表明哈爾濱市供暖期燃煤對PM10有貢獻。春季略高于秋季是因為哈爾濱春季多大風，而此時地面植被處于裸露狀態，地面揚沙，浮沉以及來至內蒙的沙塵暴對空氣影響較大。夏季是哈爾濱的雨季，雨水對氣溶膠的濕沉降作用很強，大大降低可吸入顆粒物含量，使得夏季空氣能保持十分良好的狀態。

圖1 哈爾濱PM10濃度季節變化規律

PM10最高濃度出現在11～2月，最低是6～9月，3月到4月有一個升高的過程，主要是由于4月份多沙塵天氣。總體PM10濃度特征表現為供暖期>沙塵期>降雨期。

5 a中PM10日均最大濃度值出現在2008年5月28日，為0.60，最小值出現了2次分別出現在08年和09年。空氣質量以2級為主，空氣質量2級以上天數占84.78%,污染天數占15.22%，而空氣質量為優的天數占10.30%。，5 a中重污染天數總共出現了3 d，占總天數的0.82%。總體來說，污染主要集中在冬季，其中12月和1月最多，其次是2月和11月。重污染天氣主要集中在春季，主要是春季易發沙塵暴，大風攜帶著大量沙塵，造成可吸入顆粒物驟然增加。6～8月是PM10最低的月份，很少出現污染天氣。

4 PM10污染與氣象條件的關系

研究表明PM10濃度的高低變化除了受污染源影響外，還與氣象條件密切相關。利用2010年哈爾濱市PM10濃度資料與自動氣象站地面觀測氣象要素資料，對PM10濃度與能見度、風速、相對濕度、本站氣壓、地面溫度以及降水做線性相關。表2結果表明，PM10濃度與相對濕度，本站氣壓成正相關，與平均溫度、降水量、平均風速、能見度成負相關。

表2 PM10濃度與氣象要素的相關系數及雙邊檢驗結果

一般，冷高壓尤其是高壓后部、相對濕度增大、風速減小，不利于污染物的擴散，從而降低空氣質量。而當氣溫較高，風速較大時，多為不穩定天氣，有利于污染物的擴散，使得氣溶膠干清除效果非常明顯。春季風速特別大時，容易引起沙塵暴，此時空氣質量會變得特別差，甚至會出現嚴重污染的天氣。而當有降水出現時，降水對PM10的濕清除作用明顯，城市空氣質量經常能夠達到優的標準。能見度主要是受到PM10的影響，當PM10濃度升高時，能見度會降低。

哈爾濱市≥3級的PM10污染日基本上都是在11～ 3月，統計分析該時段內天氣系統的演變，可將其分為有利于擴散型和不利于擴散型。冷高壓前部、高壓前部、高壓和冷鋒后部都屬于有利擴散型，而高壓后部、低壓、均壓場以及高壓底部則不利于大氣擴散。2008年12月8日開始，受弱低壓的影響，出現了20 d的輕度污染天氣，此次連續的空氣污染過程主要是受到不間斷的弱低壓影響，由于過程較弱，因此風力不大，同時哈爾濱市處于供暖期，使得污染物難以擴散。

5 結論與討論

（1）哈爾濱市PM10污染呈明顯季節變化，冬季由于大氣穩定，同時處于供暖季節，不利于污染物的擴散，空氣質量較差。春季略高于秋季是因為哈爾濱春季多大風，而此時地面植被處于裸露狀態，地面揚沙，浮沉以及來自內蒙的沙塵暴對空氣影響較大。

（2）PM10濃度與相對濕度，本站氣壓成正相關，與平均溫度、降水量、平均風速、能見度成負相關。

（3）冷高壓前部、高壓前部、高壓和冷鋒后部都屬于有利擴散型，一般受到這些天氣的影響，空氣質量較好，而高壓后部、低壓、均壓場以及高壓底部則不利于大氣擴散，受這些天氣影響空氣質量較差。

[1]王淑英，張小玲，程叢蘭.北京地區PM10污染日變化特征[J].氣象科技，2002。30（6）：344-348.

[2]王淑英，張小玲.北京地區PM10污染的氣象特征[J].應用氣象學報，2002，13（特刊）：177-184.

[3]周亞軍，熊亞麗.肖偉軍，等.廣州空氣污染指數特征及其與地面氣壓型的關系[J].熱帶氣象學報，2005，21（1）：93.99.

1002－252X（2011）03－0013－03

2011－6－6

侯飆（1982-），男，黑龍江省哈爾濱市人，哈爾濱工程大學，本科生，助理工程師.