能見(jiàn)度與NO_x、NO₂日變化關(guān)系分析研究

李大年 余家燕 劉海立

摘 要：NO2和NO是大氣中主要的含氮污染物，我們通常將二者統(tǒng)稱(chēng)為氮氧化物（NOx）。研究發(fā)現(xiàn)，NO2氣體對(duì)可見(jiàn)光會(huì)產(chǎn)生吸收作用，因此本研究對(duì)NO2和NOx的日變化特征進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。氮氧化物的人為源主要是燃料的燃燒過(guò)程所產(chǎn)生的污染。因此燃燒污染源也可分為流動(dòng)燃燒污染源和固定燃燒污染源，城市大氣中的NOx約1/3來(lái)自固定源的排放，而來(lái)自汽車(chē)等流動(dòng)污染源的排放高達(dá)2/3。

關(guān)鍵詞：環(huán)境空氣；能見(jiàn)度；NOx、NO2；PM2.5

中圖分類(lèi)號(hào)：X-651 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）11-0068-02

Abstract： NO2 and NO are the main nitrogen pollutants in the atmosphere. It is found that NO2 gas absorbs visible light， so the diurnal variation characteristics of NO2 and NOx are briefly analyzed in this study. The main anthropogenic source of nitrogen oxides is the pollution caused by the combustion of fuel. Therefore， combustion pollution sources can also be divided into flow combustion sources and fixed combustion sources. About 1/3 of NOx in the urban atmosphere comes from the emissions from fixed sources， while the emissions from mobile sources such as automobiles are as high as 2/3.

Keywords： ambient air； visibility； NOx； NO2； PM2.5

利用重慶大氣超級(jí)站的Model 6000能見(jiàn)度傳感器所測(cè)的高時(shí)間分辨率的能見(jiàn)度資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析了近五年大氣能見(jiàn)度的變化，并著重分析了觀測(cè)期間的能見(jiàn)度變化。在討論過(guò)程中，四季劃分分別為：春季（3、4、5月）；夏季（6、7、8月）；秋季（9、10、11月）和冬季（12、1、2月）。

根據(jù)重慶市大氣超級(jí)站2011～2015年五年能見(jiàn)度的觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，五年的平均能見(jiàn)度為6120m，其中2011年為5390m，2012年為4423m，2013年為7040m，2014年為6119m，2015年能見(jiàn)度最好為7632m。與2012年相比，最近幾年重慶市能見(jiàn)度得到較大幅度提高，并且在2015年達(dá)到7632m，較2012年上升了73%左右。

1 能見(jiàn)度與NOx、NO2日變化關(guān)系

圖1和2是重慶市主城區(qū)2014年觀測(cè)期間NO2和NOx濃度日變化趨勢(shì)圖。觀測(cè)期間，NOx的小時(shí)平均濃度為76？滋g/m3，NO2的小時(shí)平均濃度為48？滋g/m3。圖中可以發(fā)現(xiàn)NOx和NO2呈現(xiàn)明顯的雙峰型，并且在上午06：00至24：00過(guò)程中，可以明顯看到能見(jiàn)度與NO2和NOx都呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性，在上午10：00至下午16：00過(guò)程中，NO2和NOx都出現(xiàn)驟降過(guò)程，這期間能見(jiàn)度也有很明顯的上升過(guò)程，并且在NO2和NOx濃度降到最低值的時(shí)候，能見(jiàn)度達(dá)到最高值。此后由于下班高峰期，車(chē)流量增加，導(dǎo)致大氣中的NO2和NOx濃度開(kāi)始上升，能見(jiàn)度開(kāi)始下降。

2 能見(jiàn)度與PM10、PM2.5、NO2及NOx的相關(guān)性分析

為了表示PM10、PM2.5、NO2及NOx的濃度與大氣能見(jiàn)度的關(guān)系，將2014年的四個(gè)季度大氣能見(jiàn)度的數(shù)據(jù)與各影響因子進(jìn)行相關(guān)性分析，得到了能見(jiàn)度與各影響因子的相關(guān)系數(shù)。可以發(fā)現(xiàn)，能見(jiàn)度與PM10、PM2.5、NO2及NOx呈明顯的負(fù)相關(guān)，而PM10-PM2.5（PM10與PM2.5的濃度差，代表粒徑介于2.5？滋m和10？滋m之間的氣溶膠的質(zhì)量濃度）與能見(jiàn)度呈現(xiàn)較弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

從圖中可以看出，顆粒物與氣態(tài)污染物相比，對(duì)能見(jiàn)度的影響顯著，其中冬季PM10和PM2.5對(duì)能見(jiàn)度的影響最大，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了-0.62和-0.61；春季、夏季和秋季PM2.5對(duì)能見(jiàn)度的影響大于PM10，其中春季PM2.5與能見(jiàn)度的相關(guān)性達(dá)到了-0.63，而PM10與能見(jiàn)度的相關(guān)系數(shù)僅為-0.43，春季粒徑處于2.5～10？滋m之間的細(xì)顆粒濃度與能見(jiàn)度的相關(guān)系數(shù)為-0.16，說(shuō)明在春季對(duì)能見(jiàn)度產(chǎn)生影響的主要還是小于2.5？滋m的細(xì)顆粒物，而處于2.5～10？滋m之間的細(xì)顆粒物對(duì)能見(jiàn)度的影響有限；夏季顆粒物對(duì)能見(jiàn)度的影響沒(méi)有其他三個(gè)季節(jié)明顯，可能是因?yàn)橄募绢w粒物濃度本身較低，對(duì)能見(jiàn)度的影響有限，夏季2.5～10？滋m之間的細(xì)顆粒物與能見(jiàn)度的相關(guān)系數(shù)僅為-0.02，說(shuō)明夏季粒徑在2.5～10？滋m之間的細(xì)顆粒物幾乎對(duì)能見(jiàn)度沒(méi)有影響；秋季PM10和PM2.5與能見(jiàn)度相關(guān)系數(shù)分別為-0.45和-0.53，對(duì)能見(jiàn)度的影響僅次于冬季。

與顆粒物相比，氣態(tài)污染物NO2及NOx對(duì)能見(jiàn)度的影響有限，并且在四個(gè)季節(jié)中對(duì)能見(jiàn)度的影響幾乎不變，NO2在四個(gè)季節(jié)中與能見(jiàn)度的相關(guān)系數(shù)在-0.19～-0.36之間，NOx在四個(gè)季節(jié)中與能見(jiàn)度的相關(guān)系數(shù)在-0.32～-0.36之間。總體而言，氣態(tài)污染物對(duì)能見(jiàn)度的影響雖然沒(méi)有細(xì)顆粒的影響大，但是大氣能見(jiàn)度也會(huì)隨NO2和NOx濃度的升高而降低，NO2和NOx在一定程度上也會(huì)影響大氣能見(jiàn)度。

3 PM2.5化學(xué)組分與能見(jiàn)度的相關(guān)性分析

根據(jù)以上研究可知細(xì)顆粒物（PM2.5）是導(dǎo)致重慶市主城區(qū)能見(jiàn)度降低的主要因素。研究表明，顆粒物中的不同化學(xué)組分具有不同的消光特性，水溶性組分約占城市大氣PM2.5質(zhì)量的30%以上，本研究中水溶性離子大約占城市大氣PM2.5質(zhì)量的43.5%，因此，研究細(xì)顆粒物中水溶性離子對(duì)能見(jiàn)度的影響有著重要的作用，對(duì)于改善空氣質(zhì)量，提高大氣能見(jiàn)度有著積極的作用。

本研究于2014年夏季開(kāi)始，按季度進(jìn)行采樣，采樣時(shí)間為期一年，采樣過(guò)程中使用mini PMTM小流量采樣器和Partisol 2000i 顆粒物采樣器采集了PM2.5樣品，并通過(guò)戴安600離子色譜儀分析了PM2.5顆粒物中的NH4+、Na+、Mg2+、Ca+、K+和SO42-、NO3-、Cl-、F-等無(wú)機(jī)水溶性離子，電感耦合等離子質(zhì)譜儀分析PM2.5中鋁（Al）、硅（Si）、硫（S）、銅（Cu）、鉻（Cr）、砷（As）等無(wú)機(jī)元素的的含量，并利用美國(guó)沙漠研究所的DRI Medel 2001A型熱光分析儀分析PM2.5顆粒物中的OC、EC濃度，獲得了重慶市主城區(qū)具有代表性的數(shù)據(jù)。本研究重點(diǎn)針對(duì)PM2.5中濃度相對(duì)較大或?qū)δ芤?jiàn)度的影響相對(duì)較大的化學(xué)組分展開(kāi)討論。

表1是2014年重慶市主城區(qū)觀測(cè)期間的能見(jiàn)度與PM2.5中的主要化學(xué)組分的相關(guān)系數(shù)，全年觀測(cè)中能見(jiàn)度與PM2.5中的主要化學(xué)組分都呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。由表可知，NH4+、SO42-和OC是影響春季能見(jiàn)度的主要組分，與能見(jiàn)度的相關(guān)系數(shù)分別為-0.48、-0.47和-0.42；夏季NH4+、K+、EC和 OC是影響能見(jiàn)度的主要組分，其中EC和OC與能見(jiàn)度的相關(guān)系數(shù)分別為-0.72和-0.57；秋冬季PM2.5中的主要化學(xué)組分與能見(jiàn)度的相關(guān)系數(shù)都比較高，表明在高濃度的情況下，任何一種化學(xué)組分濃度的升高都會(huì)對(duì)能見(jiàn)度產(chǎn)生較大的影響，都會(huì)使能見(jiàn)度明顯下降。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）重慶市主城區(qū)2011～2015五年的平均能見(jiàn)度為6120m，其中2011年為5390m，2012年為4423m，2013年為7040m，2014年為6119m，2015為7632m。

（2）2014年夏季至2015年春季重慶市主城區(qū)能見(jiàn)度平均值為7296m，全年只有2014年的7、8和9月份以及2015年的3、4和5月份能見(jiàn)度高于全年平均值；2014年冬季（12、1、2月）的能見(jiàn)度全年最差，分別為4634m，3712m和6356m，平均值為4900m；秋季能見(jiàn)度平均值為6639m；夏季的7、8月份能見(jiàn)度為全年最高，分別為10524m和8700m，平均值為9612m；2015年春季能見(jiàn)度平均值為8803m。

（3）重慶市主城區(qū)能見(jiàn)度變化較為明顯，呈現(xiàn)明顯的“一峰一谷”型，在上午9：00能見(jiàn)度最低，下午17：00能見(jiàn)度最高。

（4）2014夏季至2015年春季期間0：00至上午11：00期間PM2.5和PM10對(duì)能見(jiàn)度的影響較弱，上午11：00至0：00期間，能見(jiàn)度與PM2.5和PM10呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性；能見(jiàn)度與NOx和NO2呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性。

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