西北干旱區PM10濃度特征及其與水平能見度的關系

邱雪，張明軍，王圣杰

西北師范大學地理與環境科學學院，甘肅 蘭州 730070

西北干旱區PM10濃度特征及其與水平能見度的關系

邱雪，張明軍*，王圣杰

西北師范大學地理與環境科學學院，甘肅 蘭州 730070

利用環保部門的API、PM10數據和氣象部門的能見度、相對濕度等相關數據，分析了2011─2013年西北干旱區（包括新疆、甘肅、內蒙古PM監測站點分別19個、5個、13個）PM10濃度的空間分布特征和時間變化特征，并以新疆為例，研究了其PM10濃度特征及其與水平能見度（包括全部天氣條件和晴空條件，以及干能見度、干消光系數）的關系，以期了解西北干旱區的PM10濃度狀況，為有效控制PM10污染提供科學依據。結果表明，（1）2011─2013年，整個西北干旱區的PM10濃度存在明顯的區域差異，新疆的PM10濃度明顯高于甘肅、內蒙古，且新疆和甘肅大部分城市的PM10濃度已超過國家二級質量標準。就季節分布而言，整個西北干旱區冬春季PM10濃度相對較高，秋季次之，夏季最低。（2）2011─2013年，西北干旱區絕大多數城市的 PM10濃度月變化波動都比較大，波動曲線基本呈現出“M”型、“U”型、“N”型和“n”型4種。（3）PM10濃度與水平能見度呈負相關關系。為了降低分析誤差，我們將PM10數值以100 μg·m-3為步長進行了分組，分析了 PM10濃度距平與水平能見度的關系，得出當PM10濃度為負距平時，能見度距平多為正值，且對應的水平能見度比相應氣象條件下的平均值高，而當PM10濃度為正距平時，能見度距平多為負值，且對應的水平能見度比相應氣象條件下的平均值低。

PM10；西北干旱區；新疆；水平能見度

大氣可吸入顆粒物（PM10）指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于10 μm的顆粒物（中華人民共和國環境保護部，2012），是影響城市大氣環境質量的重要污染物之一（安俊嶺等，2000；Ta等，2004）。它主要來源于人類活動如工廠、家庭、交通運輸、建筑施工等產生的廢氣、煙塵、揚塵以及自然起源如火山噴發、森林火災、海水泡沫而進入大氣的火山灰、煙塵、鹽粒和被風吹起的揚塵等（朱能文，2005）。大氣可吸入顆粒物由于其對全球氣候變化、大氣能見度以及人體健康的影響已經引起科學界的廣泛重視（Dockery和Pope，1994），是近年來大氣環境研究的重要對象之一。例如，PM10對人類呼吸系統、心肺功能等的危害性已經被國內外大量流行病學和毒理學研究所證實（Fuji等，2001；魏復盛等，2000）；環境空氣中的顆粒物會引起大氣能見度降低（王淑英等，2003；宋宇等，2003），對全球氣候變化也有嚴重影響（Buseck和Posfai，1999）；此外，PM10在酸沉降、氣候強迫、大氣化學過程等方面也具有重要作用（紀飛等，2001）。趙偉等（2008）的研究結果表明，春季中國沙塵氣溶膠柱的高值區主要集中在西北地區，并且由西向東、由北向南遞減，沙塵氣溶膠的存在，一方面會導致中國大部分地區出現地面降溫，另一方面也會導致小雨降水量減少20%左右。相關研究還發現，PM10濃度與大氣能見度之間存在著一定相關性（Dayan和Levy，2005；Dayan等，2008；Chung等，2003），在中國北方，PM10濃度與能見度存在著顯著的冪函數關系（Wang等，2008）。

長期以來國家環保部門對空氣質量的重點監測城市多集中于中東部地區（Qu等，2010；郭元喜等，2012），在新疆、甘肅、內蒙古等西北部省區，每個省區一般僅有1～2個國控點，不足以代表這一區域的環境狀況，特別是新疆南部等地長期缺乏代表站點，因此有必要采用更多監測站來反映該地區的 PM10濃度特征。本研究根據各省區環保部門公布數據，分析了西北干旱區 PM10濃度時空變化特征，有助于完善對西北地區 PM10濃度變化的認識。考慮到新疆 PM10濃度較高，因此選取新疆境內數據完整的17個監測站，分析了其PM10濃度特征及其與能見度的關系，以期了解 PM10濃度的變化情況，為有效控制PM10污染提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本文使用的API及PM10濃度數據分別來自于新疆維吾爾自治區環境保護廳、甘肅省環境監測中心站、內蒙古自治區環境保護廳。其中新疆和甘肅部分城市的 PM10數據由其環保部門提供的空氣污染指數（API）換算而來。西北干旱區范圍內，新疆、甘肅、內蒙古、寧夏4省區的PM監測站點分別有19、5、13、3個（圖1）。由于寧夏環保部門提供的 PM10數據不完整，因此沒有研究該區域。鑒于數據的完整性和一致性，本文分析了西北干旱區（除寧夏外）PM10濃度2011─2013年的空間分布特征和時間變化特征，并以新疆為例研究了其PM10濃度特征及其與水平能見度的關系，相關氣象參數由中國氣象科學數據共享服務網提供，除北屯、阜康、和靜、奎屯、五家渠、昌吉外，其他13個城市均有氣象資料支持（圖1），但由于石河子、博樂、阿圖什氣象數據不完整，因此在這部分研究中也剔除了這3個站點。

圖1 西北干旱區PM10監測站分布圖Fig. 1 The distribution of PM10monitoring stations in arid northwest China

1.2 研究方法

1.2.1 PM10的換算方法

關于 PM10的換算方法已有大量描述，且被廣泛應用于早期研究（Choi等，2008；Gong等，2007；Qu等，2010）。

對于以PM10為首要污染物的時段，PM10濃度即為

式中，I為API日值，IU和IL分別為表1中API日值所在區間的上限與下限，cU和cL分別為相應區間 PM10濃度的上限與下限。就本研究區而言，在各種污染物中，PM10為首要污染物的比例遠大于其他污染物（SO2與NO2）。因此，對于無標注首要污染物的時段，亦以PM10為首要污染物計算。

表1 PM10為首要污染物情況下PM10濃度與空氣污染指數(API)的對應關系Table 1 Relationship between PM10concentration and individual Air Pollution Index (API) with PM10as primary pollutant

1.2.2 干消光系數及干能見度的計算

另外，本文中引入了一個相對訂正因子來降低相對濕度可能對不同區域產生的差異，最終獲得干消光系數（Husar和Holloway，1984），及干能見度（Rosenfeld等，2007）。

具體計算方法如下：

這里 bext為“干消光系數”，RH為相對濕度，為“濕消光系數”（未經過訂正的消光系數），可 以 利 用 Koschmieder關 系 式（Koschmieder，1926）計算獲得，其中K根據Griffing（1980）和Ozkaynak等（1985）取值1.9，V是觀測得到的能見度，單位為 km，參數 k1、k2、k3參考Che等（2007）的文獻。

干能見度即為

式中，V為水平能見度實測值，RH為相對濕度。

1.2.3 其他方法

在ArcGIS 9.3軟件中對相關的空間分布等圖進行了繪制，并運用SigmaPlot軟件分析了PM10濃度的時間變化以及 PM10與能見度（包括干能見度、干消光系數）的距平關系。

2 結果與分析

2.1 PM10濃度的空間變化特征

2.1.1 全年變化

從2011─2013年西北干旱區PM10濃度的空間分布來看（圖2），整個西北干旱區的PM10濃度存在明顯的區域差異，新疆的 PM10濃度年均值明顯高于甘肅、內蒙古。依據我國 PM10二級質量標準（GB3095-2012）年均值70 μg·m-3衡量，新疆和甘肅大部分城市已超過 PM10二級質量標準，新疆和甘肅的PM10年均值分別為114、91 μg·m-3，而內蒙古的PM10年均值僅為71 μg·m-3，略高于國家二級質量標準。就新疆而言，天山以北的 PM10濃度普遍低于天山以南，其中天山以南的8個監測站（自西向東依次為阿圖什、喀什、和田、阿克蘇、庫爾勒、和靜、吐魯番、哈密）都出現高值，PM10年均值大于100 μg·m-3。天山以北的11個監測站中也有6個站 PM10年均值超過國家二級標準，但均低于100 μg·m-3；甘肅的最高值出現在酒泉，PM10年均值為110 μg·m-3，此外甘肅的其他4個監測站PM10年均值都高于70 μg·m-3，低于100 μg·m-3，超過國家二級標準；內蒙古 PM10濃度普遍相對較低，僅烏海出現高值，其 PM10年均值為 109 μg·m-3。13個監測站點有5個未超過國家二級質量標準，自西向東分別為：巴彥浩特、二連浩特、滿洲里、阿拉爾、烏蘭浩特。除烏海外，超過國家二級質量標準的其余站點PM10年均值都低于100 μg·m-3。

圖2 2011─2013年西北干旱區PM10濃度空間分布圖Fig. 2 The spatial distribution of PM10concentrations in arid northwest China from 2011 to 2013

2.1.2 季節變化

由圖 3可看出，整個西北干旱區春季和冬季PM10濃度相對較高，秋季次之，夏季相對較低。從4個季節分別來看，PM10濃度都是新疆>甘肅>內蒙古。就新疆而言，春、秋、冬三季的 PM10均值都很高，分別為138、126、119 μg·m-3，遠遠超過國家二級標準。新疆天山以南的阿圖什、喀什、和田、阿克蘇、和靜、吐魯番在春、秋、冬三季 PM10均值均大于150 μg·m-3。夏季整個新疆PM10濃度相對較低，均值為78 μg·m-3，僅和田PM10均值大于150 μg·m-3，喀什和阿克蘇大于100 μg·m-3；甘肅的PM10濃度在冬春兩季相對較高，春季 PM10均值為 124 μg·m-3，冬季PM10均值為90 μg·m-3。春秋冬三季中，酒泉的PM10濃度均為最高，分別為160、106、108 μg·m-3；從內蒙古PM10濃度的季節分布來看，春季PM10濃度均值較高，為 86 μg·m-3，稍高于國家二級標準。除秋季外，烏海的PM10濃度均為最高值，春季時達138 μg·m-3。

2.2 PM10濃度的月變化特征

在本節中，新疆北屯由于 PM10數據不完整被剔除。

從圖4a可看出，新疆的PM10濃度月變化趨勢可分為3種類型：第一種是“M”型，包括喀什、和田、阿克蘇、和靜、庫爾勒、阿圖什、吐魯番、哈密8個監測站，它們的PM10濃度變化曲線都有兩個峰值，分別在3月份和11月份左右，即冬春季高，夏秋季低。喀什、和田、阿克蘇、吐魯番和哈密5個站，月均值最低也都高于國家二級質量標準，其中喀什、和田、阿克蘇最低值甚至超過 100 μg·m-3。第二種是“U”型，包括石河子、阜康、昌吉、奎屯、五家渠、烏蘇、伊寧和博樂8個監測站，它們的 PM10濃度月變化趨勢波動都較小，僅在冬季出現較高值，月均值全部低于100 μg·m-3。第三種是很穩定的變化趨勢，包括塔城和阿勒泰兩個站點，分別在50和39 μg·m-3左右上下波動，月均值最大也不超過二級標準70 μg·m-3。

圖3 2011─2013年西北干旱區PM10濃度季節分布圖(a，b，c，d依次為春、夏、秋、冬)Fig. 3 The Seasonal distribution of PM10concentrations in arid northwest China from 2011 to 2013 (a, b, c, d represent spring, summer, autumn, winter, respectively)

甘肅5個監測站的PM10濃度月變化都呈現出“M”型變化趨勢（圖4b），即冬春季節高于夏秋季節。其中，酒泉的月變化波動最大，最大值和最小值分別為206、66 μg·m-3。張掖和武威的PM10濃度月變化波動相對較小。5個站的PM10月均值全部高于70 μg·m-3。

圖4 2011─2013年西北干旱區PM10濃度月變化圖(a，b，c依次為新疆、甘肅、內蒙古)Fig. 4 The monthly variability of PM10concentrations in arid northwest China from 2011 to 2013 (a, b, c represent Xinjiang, Gansu, Inner Mongolia, respectively)

圖4c反映出，內蒙古的PM10濃度月變化有4種變化趨勢：第一種是“N”型，即冬春季節高于夏秋季節，包括烏海、赤峰、包頭和巴彥淖爾4個站。第二種是“n”型，即只在某一個季節呈現出最大值。其中錫林浩特、鄂爾多斯、呼和浩特、烏蘭察布和巴彥浩特都是春季 PM10濃度最大；二連浩特是冬季 PM10濃度最大；阿爾山是夏秋交際PM10濃度最大。第三種是“U”型，只有滿洲里表現出這種曲線變化，但 PM10濃度也是冬春高于夏秋。最后一種是呈現穩定變化趨勢的烏蘭浩特，其PM10月均值在40 μg·m-3上下波動。整體而言，只有烏海的 PM10濃度月最低值超過國家二級質量標準，而烏蘭浩特PM10月最高值僅為50 μg·m-3。

2.3 新疆PM10濃度特征及其與水平能見度的關系

鑒于新疆PM10濃度較高，具有很強的代表性，本節研究了 PM10與水平能見度的關系，時間段為2004─2013年，由于晴空條件下的PM10濃度能夠有效排除天氣過程的影響，更好地反映其真實水平，將降水量為0 mm、總云量小于1成的天氣定義為晴空（Gong等，2007）。考慮到和靜 PM10數據缺值較多，因此在這部分研究中，也剔除了和靜這一站點。即研究了新疆全部天氣條件下 17個城市和晴空條件下10個城市的PM10濃度變化特征及其與水平能見度的關系。

2.3.1 新疆PM10濃度的變化特征

（1）新疆PM10濃度的空間變化

從圖5可看出，無論是在全部天氣條件下，還是在晴空條件時，和田和喀什的PM10均值都最高，超過185 μg·m-3。整體而言，兩種天氣條件下，天山以北的 PM10濃度普遍低于天山以南，天山以北的塔城和阿勒泰 PM10都低于國家二級標準 70 μg·m-3。對于PM10濃度較高的天山以南城市，全部天氣條件和晴空條件時相比，PM10濃度基本不變，而阿克蘇在晴空條件時 PM10濃度有所降低；對于PM10濃度較低的天山以北城市，也同樣出現全部天氣條件和晴空條件時，PM10濃度基本不變的情況，僅烏蘇在晴空條件時有所降低。

圖5 2004─2013年新疆PM10濃度空間分布圖Fig. 5 The Spatial distribution of PM10concentration in Xinjiang from 2004 to 2013

（2）新疆PM10濃度的年際變化

從2004─2013年新疆PM10濃度的年際變化圖（圖 6）可看出：在全部天氣條件下，2004年新疆的PM10均值很高，達177 μg·m-3，2005年劇烈下降，低至100 μg·m-3，從2005─2012年，PM10一直很穩定，都維持在100 μg·m-3左右，2013年有小幅上升，PM10達到134 μg·m-3。整體而言，全部天氣條件下，除2004年外，新疆PM10濃度年際變化基本穩定。PM10波動范圍為 96～177 μg·m-3，多年均值為112 μg·m-3；晴空條件下，新疆的PM10濃度年際變化整體上呈上升趨勢，波動較大，波動范圍為49～140 μg·m-3，多年均值為102 μg·m-3。整體來看，全部天氣條件下的PM10濃度均值大于晴空條件。

圖6 2004─2013年新疆PM10濃度年際變化圖Fig. 6 The interannual variability of PM10concentrations in Xinjiang from 2004 to 2013

2.3.2 新疆PM10濃度特征與能見度（干能見度、干消光系數）的關系

為降低相對濕度可能對不同區域產生的差異，本節引入干消光系數和干能見度兩個相對訂正因子。

2004─2013年新疆全部天氣條件、晴空條件能見度，以及晴空條件干能見度均為天山以北高于天山以南，相應的晴空干消光系數為天山以北低于天山以南（圖7）。

就天山以北的4個站點而言，晴空條件下的能見度都比全部天氣條件下的要高，伊寧、塔城、烏蘇、阿勒泰的晴空能見度分別比全部天氣能見度增加了1224、1074、802、1484 m（圖7b）。經訂正后的晴空干能見度也比晴空能見度略微高些，尤其是阿勒泰增加了658 m（圖7c）。天山以北4個站點的晴空干消光系數波動范圍為0.05～0.12 m-1。緯度越高，受人類活動影響越少的站點，干消光系數越小。

圖7 2004─2013年新疆水平能見度的空間分布Fig. 7 The spatial distribution of horizontal visibility in Xinjiang from 2004 to 2013

天山以南的6個站點，晴空條件能見度與全部天氣能見度相比都減少了，即晴空能見度相對較差，這可能是由于無天氣過程影響的晴空條件下PM10濃度值較高的緣故。其中和田、喀什、庫爾勒的晴空能見度分別比全部天氣能見度減少了1093、938、897 m（圖7b）。除阿克蘇外，訂正后的晴空干能見度也比訂正前要低，尤其是吐魯番和和田分別減少了1087、736 m（圖7c）。即經過濕度訂正后的晴空干能見度還是因為 PM10的影響而較低。天山以南站點的晴空干消光系數波動范圍為0.05～0.08 m-1。

整體而言，新疆天山以北站點的晴空能見度比全部天氣能見度略微高些、經訂正后的晴空干能見度比訂正前高些。但天山以南站點的晴空能見度卻比全部天氣能見度要低、經訂正后的晴空干能見度也比訂正前低。這可能是因為人口分布較多的天山以南受PM10污染影響較多。

在分析PM10濃度與水平能見度之間的關系時，需要考慮氣象觀測站與環境監測站的差異。每日平均的 PM10濃度反映的是城市以及郊區多個監測站的平均情況，而氣象測站卻是單點記錄，而且，PM10濃度在不同時刻、不同地點的變化很大。為了降低分析誤差，我們將PM10數值以100 μg·m-3為步長進行分組，這樣處理，一是可以忽略每檔內每日PM10濃度之間的觀測誤差，二是在一定程度上將日PM10濃度的非正態分布正態化，更適合進行統計分析（郭元喜等，2012）。圖8表明，隨著PM10濃度的增長，水平能見度整體上呈現出下降的趨勢。當PM10濃度為負距平時，能見度距平多為正值，且對應的水平能見度比相應氣象條件下的平均值高，而當PM10濃度為正距平時，能見度距平多為負值，且對應的水平能見度比相應氣象條件下的平均值低。

3 結論

（1）2011─2013年，整個西北干旱區的 PM10濃度存在明顯的區域差異，新疆的 PM10濃度明顯高于甘肅、內蒙古。新疆和甘肅大部分城市的PM10濃度已超過國家二級質量標準。3省的PM10濃度最高值分別出現在喀什、酒泉和烏海。就季節分布而言，整個西北干旱區冬春季 PM10濃度相對較高，秋季次之，夏季最低。

（2）2011─2013年，絕大多數西北干旱區的PM10濃度月變化波動比較大，基本呈現出“M”型、“U”型、“N”型和“n”型4種變化趨勢，即冬春季節高于夏秋季節。

（3）隨著 PM10濃度的增長，水平能見度整體上呈現出下降的趨勢。當 PM10濃度為負距平時，能見度距平多為正值，且對應的水平能見度比相應氣象條件下的平均值高，而當 PM10濃度為正距平時，能見度距平多為負值，且對應的水平能見度比相應氣象條件下的平均值低。

圖8 2004─2013年新疆PM10濃度與能見度（全部天氣、晴空、干能見度、干消光系數）的關系Fig. 8 The relationship between PM10concentration and horizontal visibility (all weather, clear sky, dry visibility, dry extinction coefficient)in Xinjiang from 2004 to 2013)

BUSECK P R, POSFAI M. 1999. Airborne minerals and related aerosol particles: Effects on climate and the environment[J]. Proceedings of National Academy of Science USA, 96(7): 3372-3379.

CHE H Z, ZHANG X Y, LI Y, et al. 2007. Horizontal visibility trends in China 1981-2005[J]. Geophysical Research Letters, 34, L24706, doi: 10.1029/2007GL031450.

CHOI Y S, HO C H, CHEN D, et al. 2008. Spectral analysis of weekly variation in PM10 mass concentration and meteorological conditions over China[J]. Atmospheric Environment, 42(4): 655-666.

CHUNG Y S, KIM H S, JUGDER D, et al. 2003. On sand and duststorms and associated significant dustfall observed in Chongju-Chongwon, Korea during 1997-2000[J]. Water, Air and Soil Pollution: Focus, 3(2): 5-19.

DAYAN U, LEVY I. 2005. The influence of meteorological conditions and atmospheric circulation types on PM10and visibility in Tel Aviv[J]. Journal of Applied Meteorology, 44(5): 606-619.

DAYAN U, ZIV B, SHOOB T, et al. 2008. Suspended dust over southeastern Mediterranean and its relation to atmospheric circulations[J]. International Journal of Climatology, 28(7): 915-924.

DOCKERY D W, POPE C A. 1994. Acute respiratory effects of particulate air pollution[J]. Annual Review of Public Health, 15: 107-132.

FUJI T, HAYASHI S, HOGG J C, et al. 2001. Particulate matter induces cytokine expression in human bronchial epithelial cells[J]. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology, 25(3): 265-271.

GB 3095-2012. 2012. 環境空氣質量標準[S]. 北京: 中國環境科學出版社.

GONG D Y, HO C H, CHEN D, et al. 2007. Weekly cycle of aerosol-meteorology interaction over China[J]. Journal of Geophysical Research, 112, D22202, doi: 10.1029/2007JD008888.

GRIFFING G W. 1980. Relationships between the prevailing visibility, nephelometer scattering coefficient, and sunphotometer turbidity coefficient[J]. Atmospheric Environment, 14(5): 577-584.

HUSAR R B, HOLLOWAY J M. 1984. The properties and climate of atmospheric haze[C]//Ruhnke L H, Deepak A. Hygroscopic Aerosols. Hampton, Virginia, USA: Deepak Publishing.

KOSCHMIEDER H. 1926. Theorie der horizontalen Sichtweite Beit[J]. Physical Atmosphere, 12: 33-55.

MENON S, HANSEN J E, NAZARENKO L, et al. 2002. Climate effects of black carbon aerosols in China and India[J]. Science, 297(5590): 2250-2253.

OZKAYNAK H A, SCHATZ D, THURSTON G D, et al. 1985. Relationships between aerosol extinction coefficients derived from airport visual range observations and alternative measure of airborne particle mass[J]. Journal of Air Pollution Control Association, 35(11): 1176-1185.

QU W J, ARIMOTO R, ZHANG X Y, et al. 2010. Spatial distribution and interannual variation of surface PM10concentrations over eighty-six Chinese cities[J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 10(12): 5641-5662.

ROSENFELD D, DAI JIN, YU XING, et al. 2007. Inverse relations between amounts of air pollution and orographic precipitation[J]. Science, 315(5817): 1396-1399.

TA W Q, WANG T, XIAO H L, et al. 2004. Gaseous and particulate air pollution in the Lanzhou Valley, China[J]. Science of The Total Environment, 320(2-3): 163-176.

WANG Y Q, ZHANG X Y, GONG S L, et al. 2008. Surface observation of sand and dust storm in East Asia and its application in CUACE/Dust[J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 8(3): 545-553.

安俊嶺, 張仁健, 韓志偉. 2000. 北方15個大型城市總懸浮顆粒物的季節變化[J]. 氣候與環境研究, 5(1): 25-29.

郭元喜, 龔道溢, 汪文珊, 等. 2012. 中國中東部秋季 PM10時空變化及其與日氣溫的關系[J]. 地理學報, 67(9): 1155-1164.

紀飛, 蘇文穎, 秦瑜. 2001. 對流層光化學過程中的氣粒轉化研究[J]. 大氣科學, 25(2): 269-276.

宋宇, 唐孝炎, 方晨, 等. 2003. 北京市能見度下降與顆粒物污染的關系[J]. 環境科學學報, 23(4): 468-471.

王淑英, 張小玲, 徐曉峰. 2003. 北京地區大氣能見度變化規律及影響因子統計分析[J]. 氣象科技, 31(2): 109-114.

魏復盛, 胡偉, 滕恩江, 等. 2000. 空氣污染與兒童呼吸系統患病率的相關分析[J]. 中國環境科學, 20(3): 220-224.

趙偉, 劉紅年, 吳澗. 2008. 中國春季沙塵氣溶膠的輻射效應及對氣候影響的研究[J]. 南京大學學報: 自然科學, 44(6): 598-607.

朱能文. 2005. 顆粒物濃度的影響因素及變化規律[J]. 環境科學動態, (2): 16-18.

The PM10Concentration Characteristics and Its Relationship with Horizontal Visibility in Arid Northwest China

QIU Xue, ZHANG Mingjun, WANG Shengjie
College of Geography and Environmental Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China

By using the API, PM10data from meteorological departments and the visibility, humidity data from environmental departments, the spatial and temporal distribution characteristics of 19, 5, 13 PM monitoring stations in Xinjiang, Gansu, Inner Mongolia in arid northwest China in 2011─2013 is analyzed respectively. The relationship between PM10concentration and horizontal visibility(including all weather and clear sky, dry visibility and dry extinction coefficient)) in Xinjiang is researched, to realize PM10concentration situation in arid northwest China and to provide a scientific basis to control PM10pollution. The results show that: (1)From 2011─2013, there are obvious differences in PM10concentration over the whole arid northwest China, and the PM10concentration in Xinjiang is significantly higher than in Gansu, Inner Mongolia. The PM10concentration of the most cities in Xinjiang and Gansu has already exceeded the national quality standards grade 2. In terms of the seasonal distribution, the PM10concentration in spring and winter is relatively higher than in autumn over the whole arid northwest China, and in summer the lowest. (2)From 2011─2013, the PM10concentration monthly variability fluctuations of the most cities in arid northwest China are large, and the fluctuation curves are “M”, “U”, “N” and “n”, respectively. (3) PM10concentration is negatively correlated with the level of horizontal visibility. To reduce the analytical deviation, PM10data is grouped by 100 μg·m-3step, and the relationship between PM10concentration anomaly and horizontal visibility anomaly is analyzed. Visibility anomaly shows positive value if PM10concentration is negative anomaly, and the horizontal visibility is higher than mean value under the correspondingly appropriate weather conditions. Visibility anomaly shows negative value if PM10concentration is positive anomaly, and the horizontal visibility is lower than mean value under the correspondingly appropriate weather conditions.

PM10; arid northwest China; Xinjiang; horizontal visibility

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.03.010

X16

A

1674-5906（2015）03-0436-08

邱雪，張明軍，王圣杰. 西北干旱區PM10濃度特征及其與水平能見度的關系[J]. 生態環境學報, 2015, 24(3): 436-443.

QIU Xue, ZHANG Mingjun, WANG Shengjie. The PM10Concentration Characteristics and Its Relationship with Horizontal Visibility in Arid Northwest China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(3): 436-443.

國家自然科學基金項目（41161012；41461003）；全球變化國家重大科學研究計劃項目（2013CBA01801）

邱雪（1993年生），女，碩士研究生，主要研究方向為全球變化與可持續發展。E-mail：shi_zhiyou@126.com *通訊聯系人，E-mail：mjzhang2004@163.com

2015-01-04