顆粒物污染與環(huán)境條件因素影響相關性分析

張青　黃昌前　宮正宇　尤洋　賈國山　顏魯河

摘要：綜合各類研究報道，全面分析了濕度、溫度、風速、氣壓、季節(jié)、降雨雪、日照、能見度等各種環(huán)境條件與顆粒物污染相關性。結果表明：各種環(huán)境條件因素與顆粒物濃度并非簡單呈線性關系，而受地域以及各種氣候因素相互影響呈復雜的關系，各種氣象因素在一定的閾值范圍內(nèi)才呈正或負的相關性。

關鍵詞：顆粒物；環(huán)境條件；閾值；相關性分析

中圖分類號：X513

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）8008403

1引言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展和城市化進程的加快，城市的大氣污染問題日趨嚴重，大氣顆粒物成為影響我國環(huán)境空氣質(zhì)量的首要污染物[1～3]。由于顆粒物對環(huán)境及人體健康造成嚴重危害， 在大氣環(huán)境問題頻發(fā)以及公眾環(huán)境意識快速提高的背景下，顆粒物污染的研究受到了越來越多的關注。研究表明，顆粒物污染程度與相對濕度、風速等氣象條件密切相關[4～6]。然而在諸多研究中，其環(huán)境因素影響與顆粒物濃度的關系說法不一，沒有統(tǒng)一的認識，這種不一致的認識與研究人員所在地域和研究模式局限有關。可見，全面分析顆粒物污染與環(huán)境條件影響相關性至關重要。

2顆粒物污染與環(huán)境條件因素的相關性分析

2.1顆粒物污染與風速的相關性分析

風速是影響顆粒物稀釋擴散的至關重要的因子。一般而言，風速大，大氣污染物容易被稀釋擴散，顆粒物濃度低，大氣環(huán)境質(zhì)量較好； 風速小，容易造成顆粒物堆積，從而使顆粒物濃度增加，造成重污染天氣[7，8]。但是，不同地域風速對顆粒物的影響是不同的，沙塵的西北地區(qū)和非沙塵城市就不同，根據(jù)陳斌和慕彩蕓對北方城市研究報道，西北地區(qū)城市風速與顆粒物濃度成拋物線關系[9，10]。一般在風速2 m/s左右以下時，風速越大，顆粒物濃度越小，當風速大于2m/s時，風速越大，顆粒物濃度越大。主要由于風速越大越容易引起沙塵暴天氣，從而導致顆粒物污染加重[11]。非沙塵城市，風速越大，顆粒物越容易擴散，但是高風速也容易引起二次揚塵污染。可見，平均風速小， 顆粒物不易擴散；但是風速過大， 地面起塵也會使顆粒物污染嚴重。只有在相對適宜的風速范圍內(nèi)， 顆粒物既能很好地得以擴散， 又能達到空氣質(zhì)量最好[12]。因此，風速根據(jù)不同地域在特定閾值范圍內(nèi)與顆粒物濃度呈正或負的關系[13]。

2.2顆粒物污染與相對濕度的相關性分析

空氣的濕度是指空氣中水汽含量的多少，一般而言，在濕度較低時，出現(xiàn)顆粒物污染天氣的可能性較大。其原因是在濕度較低的情況下，城市中的土塵和建筑沙塵等極易被風帶起，容易出現(xiàn)高污染天氣[14]。當濕度大時，出現(xiàn)顆粒物污染天氣幾率變小，高濕度使空氣中的微小顆粒就不會懸浮在空氣中，產(chǎn)生濕沉降，使顆粒物濃度減小[15]。但是當相對濕度非常高但無明顯降水時，顆粒物容易積聚，原因是這種高濕度情形通常出現(xiàn)在大氣穩(wěn)定性較強的天氣條件下，風速較低，污染物不易擴散，可吸入顆粒濃度較高[16]。

2.3顆粒物污染與溫度的相關性分析

在關于氣象要素和大氣顆粒物污染物關系的研究中，多數(shù)學者認為氣溫越高，大氣層不穩(wěn)定，濃度會越低；氣溫越低，濃度會越高[17～20]。理論上來說，氣溫越高，上下層空氣產(chǎn)生對流交換，有利于顆粒物污染物的稀釋擴散。而氣溫降低，則氣層相對穩(wěn)定，不利于顆粒物污染物的稀釋擴散，濃度與氣溫在相關系數(shù)上呈負相關。可是事實上，從不同季節(jié)濃度與氣溫關系可以得出氣溫與濃度之間的關系并非是簡單的線性相關，而是存在著復雜的關系。不同的地域和時節(jié)，受其它氣候條件以及地形地貌的影響，溫度與濃度曲線會出現(xiàn)多個拐點，這個拐點稱之為氣溫閾值，在氣溫閾值兩側的濃度值隨氣溫的變化是相反的，并且在不同的季節(jié)和不同的城市，氣溫閾值是不一樣的。氣溫與濃度呈“∧”、“N”、“W”等多種關系[9]。所以顆粒物濃度與溫度的關系是復雜多變的。

2.4顆粒物污染與氣壓相關性分析

氣壓的高低與大氣環(huán)流形勢密切相關，當?shù)孛媸艿蛪嚎刂茣r， 四周高壓氣團流向中心， 中心形成上升氣流； 地面受高壓控制時， 中心部位出現(xiàn)下沉氣流， 阻止污染物向上擴散， 在穩(wěn)定高壓的控制下，大氣污染加重，顆粒物濃度較大[21，22]。夏季主要受熱帶低壓影響，風速大，有利于污染物擴散； 冬季主要受高壓系統(tǒng)控制，容易造成顆粒物污染的本地積聚，使其濃度升高[10]。

2.5顆粒物污染與降雨降雪的相關性分析

降雨和降雪對顆粒物的清除具有非常明顯的效果。當有降雨和降雪出現(xiàn)時， 顆粒物濃度顯著降低[9，23]。總體而言，由于降雨頻率大于降雪頻率，降雨對顆粒物的清除貢獻大于降雪。然而不同形態(tài)的降水形式對顆粒物清除能力不同，降雪對顆粒物清除率比降雨高。

2.6顆粒物污染與季節(jié)相關性分析

多數(shù)情況下，顆粒物濃度：冬季>春季> 秋季>夏季。在冬季冷的高壓控制下， 相對濕度較大、風速較小等不利于顆粒物擴散的氣象條件出現(xiàn)時，容易造成顆粒物濃度的積累，形成灰霾天氣，北方城市尤其明顯。而夏季當氣溫較高、風速較大（未達到揚沙的程度）時，多為不穩(wěn)定的大氣狀況， 有利于污染物的擴散[24]。北方城市冬季為采暖期，顆粒物排放量增大，且靜穩(wěn)天氣較多，不利于污染物擴散，因此顆粒物濃度較高；夏季燃煤減少，顆粒物排放量減少，加之氣溫高大氣層結不穩(wěn)定，且降水較多，對污染物清洗作用較強，因此夏季空氣質(zhì)量最好[25]。

2.7顆粒物污染與其它環(huán)境因素相關性分析

顆粒物污染程度除與氣象因素有關外，還與日照和能見度有一定的關系。夏季在日照時數(shù)很短的天氣中，近地面溫度升高幅度較小，有利于大氣擴散的混合層較薄，不利于污染物的擴散。反之，日照時數(shù)越長，地表增溫越明顯，有利形成不穩(wěn)定大氣層結，大氣混合層較厚，易于污染物擴散[14]。能見度與顆粒物濃度關系相輔相成。能見度一定程度說明大氣穩(wěn)定狀況，氣層穩(wěn)定時，水汽、雜質(zhì)、污染物多分布在低層大氣，使能見度變低，顆粒物濃度也升高。而當氣層不穩(wěn)定時，由于對流或亂流作用，將污染物等帶至高層，使近地面能見度好轉，顆粒物濃度也隨之降低 [14，26]。

3結論

顆粒物濃度與各環(huán)境因素影響在不同季節(jié)和地域中呈不同相關性，并不是簡單線性關系，而是在一定的閾值范圍內(nèi)呈正或負的關系。在研究顆粒物污染影響因素時，應根據(jù)當?shù)氐匦蔚孛惨约熬C合各種氣候條件分不同的時節(jié)去判斷環(huán)境因素的影響。

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