秦皇島市PM2.5污染特征及其對地面氣象因素的相關性分析

張冬倩，郭海川

（河北省秦皇島環(huán)境監(jiān)測中心，河北 秦皇島 066000）

目前，PM2.5是我國城市主要的大氣污染物之一，成分復雜，含有毒有害物質，嚴重影響人類身體和心理的健康、交通安全等，受到了社會各界的重視[1-2]。自2012年起，國家相繼出臺了新的《環(huán)境空氣質量標準》（GB095-2012）和《大氣污染防治行動計劃》，其對大氣污染防治提出了更高更嚴的要求[3]。秦皇島市政府制定了《秦皇島市2018年大氣污染綜合治理實施方案》，明確提出全市細顆粒物（PM2.5）2018年平均濃度要達到41μg/m3。除了污染源排放外，氣象因素是誘發(fā)PM2.5高污染事件的重要因素[4]。基于2017年秦皇島市PM2.5濃度周均值監(jiān)測數(shù)據(jù)和日均值監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用比傳統(tǒng)參數(shù)分析方法適應性更強、應用范圍更廣的Spearman秩相關系數(shù)法來研究PM2.5濃度與不同季節(jié)氣象因素的相關性，以期為轄區(qū)內(nèi)PM2.5污染防治和預警提供數(shù)據(jù)支撐[5]。

1 研究數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 研究數(shù)據(jù)

以河北省環(huán)境保護廳（http：//www.hebhb.gov.cn/）大氣數(shù)據(jù)公布平臺上發(fā)布的空氣質量日報數(shù)據(jù)為準，筆者采用2017年3月1日-2018年2月28日的PM2.5質量濃度、氣象條件等數(shù)據(jù)進行分析，并按照春夏秋冬四個季節(jié)進行數(shù)據(jù)比較。

1.2 研究方法

數(shù)據(jù)采用非參數(shù)相關分析，即Spearman秩相關系數(shù)，綜合考慮各氣象因子對PM2.5濃度分布的影響[6]。

2 研究結果與分析

秦皇島市所處地區(qū)是較為典型的北溫帶半濕潤大陸性季風氣候區(qū)，四季分明。每年的3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季，12-次年2月為冬季。

2.1 PM2.5質量濃度季節(jié)分布特征

秦皇島市PM2.5濃度季節(jié)變化特征如圖1所示。受氣象條件和人為活動的影響，PM2.5濃度季節(jié)變化特征較為明顯。由圖1可見，秦皇島市PM2.5濃度冬季最高，春、秋季次之，夏季最低。冬季北方城市燃煤采暖，以及多發(fā)的大霧天氣使得PM2.5濃度偏高；春、秋季外來風沙源貢獻了PM2.5濃度值，春季因受季風轉換影響，擴散條件較好，春季PM2.5濃度略低于秋季；夏季僅本地的道路或建筑施工的揚塵影響PM2.5濃度，且受到降雨、邊界層較高等因素影響，因此夏季PM2.5質量濃度最低。

圖1 秦皇島2017年PM2.5濃度季節(jié)變化特征

2.2 PM2.5質量濃度在不同季節(jié)的相關性

2.2.1 春季PM2.5質量濃度與氣象因子的相關性

秦皇島市春季PM2.5濃度周均值與平均氣溫呈負中等相關，與平均濕度和能見度呈負弱相關，與平均風速顯著不相關；周均值與平均氣壓、風向呈正中等相關。濃度日均值與平均氣壓呈正弱相關；與平均氣溫呈負中等相關；與平均濕度、平均風向風速顯著不相關。具體相關系數(shù)值如表1所示。當受到高壓控制時，天氣系統(tǒng)較穩(wěn)定，大氣條件不適宜污染物擴散，使得污染物濃度值升高。受低壓控制時，天氣系統(tǒng)不穩(wěn)定，大氣條件適宜污染物擴散，使得污染物濃度值降低[6]。春季平均氣溫為13.0℃，PM2.5濃度值為35.0 μg/m3。

2.2.2 夏季PM2.5質量濃度與氣象因子的相關性

夏季PM2.5濃度周均值與平均氣壓、氣溫、濕度、風向風速以及能見度均呈顯著正相關。濃度日均值與平均氣壓、能見度呈負弱相關；與平均氣溫、濕度、風向風速呈正弱相關。具體相關系數(shù)值如表2所示。夏季空氣環(huán)境受瞬時極端天氣的影響，常有氣旋或冷風過境，與夏日暖濕氣流交匯，氣象因子變化頻繁[7]。夏季降雨對顆粒物有明顯的沉降作用，秦皇島市夏季高溫多雨，有效清除了大氣中顆粒物。降水使得夏季濕度值（80.1%）最大，利于顆粒物的擴散、沉降，污染程度最小。夏季平均氣溫為24.6℃，PM2.5濃度值為 23.0 μg/m3。

2.2.3 秋季PM2.5質量濃度與氣象因子的相關性

秋季PM2.5濃度周均值與平均氣壓、氣溫、濕度、風向風速以及能見度均呈顯著正相關。濃度日均值與平均氣溫呈負弱相關，與濕度呈顯著不相關；與平均氣壓、風速、能見度呈正弱相關，與風向顯著不相關。具體相關系數(shù)值如表3所示。秋季平均氣壓較低，相對濕度較大，逆溫現(xiàn)象發(fā)生頻繁，常出現(xiàn)穩(wěn)定天氣，不適宜污染物擴散，容易形成霧霾天氣。據(jù)統(tǒng)計，有霧時細顆粒物濃度相對較高[8]。秋季平均氣溫為12.8℃，PM2.5濃度值為36.8 μg/m3。

表1 春季細顆粒物質量濃度與氣象因素的秩相關系數(shù)

表2 夏季細顆粒物質量濃度與氣象因素的秩相關系數(shù)

表3 秋季細顆粒物質量濃度與氣象因素的秩相關系數(shù)

2.2.4 冬季PM2.5質量濃度與氣象因子的相關性

冬季PM2.5濃度周均值與平均氣壓、濕度、風向風速、能見度均呈顯著正相關；與平均氣溫呈顯著負相關。濃度日均值與平均氣壓、風向呈正弱相關，與能見度呈負弱相關，與平均氣溫、濕度、風速呈顯著不相關。具體相關系數(shù)值如表4所示。冬季細顆粒物濃度受風速和氣壓的影響較大，當氣壓升高、風速減小，有利于近地面層大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，逆溫強度加大，不適宜污染物擴散，質量濃度最高。冬季平均氣溫為-1.7℃，PM2.5濃度值為43.8 μg/m3。

表4 冬季細顆粒物質量濃度與氣象因素的秩相關系數(shù)

3 結論

受氣象條件和人為活動的影響，秦皇島市PM2.5濃度冬季最高，春、秋季次之，夏季最低。不同季節(jié)，秦皇島市PM2.5受到氣象因素影響不同。春季PM2.5濃度與氣壓呈正中等相關，與氣溫呈負中等相關，即氣壓越高，氣溫越低，濃度值越大。夏季受瞬時極端天氣的影響，氣象因子變化頻繁。降水使得夏季濕度值大，利于顆粒物的擴散、沉降，污染程度最小，濃度值最低。秋季氣壓較低，相對濕度較大，逆溫現(xiàn)象發(fā)生頻繁，容易形成霧霾天氣，污染物濃度易持續(xù)積累。冬季受風速和氣壓的影響較大，逆溫強度大，不適宜污染物擴散，質量濃度最高。