揭陽市空氣污染特征及氣象條件分析

林巧美，陳裕強，陳璟，陳泳峰，梁潔華

（揭陽市氣象局，廣東 揭陽515599）

空氣質量事關人民群眾的健康、福祉和經濟社會可持續發展，已有很多學者和專家開展了大量的研究工作[1-17]，指出空氣污染與氣象條件關系密切，氣象條件通過影響污染物的稀釋、擴散、傳輸和轉化過程,進而影響污染物的時空分布。近年來，隨著城市化建設和工業化進程的加快，揭陽市空氣質量在廣東省排名偏后，引起了黨政領導和公眾的關注。為貫徹落實國家大氣污染防治行動計劃，進一步推進空氣質量預報預警和大氣重污染應急等工作，很有必要對揭陽市空氣污染特征及氣象條件進行深入的分析，本文旨在充分發揮氣象部門的技術優勢，分析揭陽市空氣污染與氣象條件的關系,為空氣污染預報預警和防治提供參考。

1 資料來源

本項目選取揭陽市氣象局環境監測站2015年9月到2017 年8 月近2 年逐日逐時的PM2.5、PM10 觀測資料，揭陽市氣象局觀測站2016 年逐日的風速、相對濕度、降水、氣溫等氣象資料，以及2016年地面及850hPa 天氣形勢圖，采用統計學、現代氣候統計診斷方法，對揭陽市PM2.5、PM10 等大氣污染物進行季、月、日、時的分析，總結出揭陽市空氣污染的總體特征以及與氣象條件的關系，對今后空氣污染氣象條件及空氣質量預報預警有很好的參考作用。

2 PM2.5和PM10的濃度變化特征

2.1 季節變化特征

從表1可以看出，揭陽市PM2.5和PM10質量濃度分布具有明顯季節變化，表現出冬春季偏高，夏秋季偏低的特征，其中冬季最高，PM2.5 和PM10 質量濃度分別達到37.1 ug/m3和70.3 ug/m3，夏季濃度最低，分別為12.9 ug/m3和44.0 ug/m3。

表1 2015年9月～2017年8月揭陽市各季PM2.5和PM10平均質量濃度（ug/m3）

2.2 月際變化特征

從圖1 可以看出，質量濃度具有明顯的月際變化,而且變化趨勢具有一致性，質量濃度的最高值出現在3月份，分別達到46.7ug/m3和91.7ug/m3，主要是3月份處于大氣環流從冬季向春季轉換過渡階段，此時冷空氣活動開始減弱，靜穩的天氣形勢增多，不利于污染物擴散。而最低值則出現在6 月份，分別為8.1ug/m3和39.1ug/m3，主要是夏季太陽輻射強、溫度高、大氣對流活動旺盛、降水增多，有利于污染物的稀釋和擴散，減輕了揭陽市的空氣污染。

2.3 日變化特征

近年兩年來，揭陽市PM2.5 和PM10 日平均質量濃度分別為28.4 ug/m3和61.7 ug/m3，其中PM2.5 日最高濃度為114.7ug/m3（2016年12月4日），最 低 濃 度4.5ug/m3（2016 年5 月28日），PM10 日最高濃度為226.1ug/m3（2016 年3 月30 日），最 低 濃 度30.7ug/m3（2017年8月23日）。

從圖2 可以看出，揭陽市PM2.5和PM10平均質量濃度具有明顯的日變化,變化趨勢也具有一致性，一天之中質量濃度出現兩個高峰期，最高峰出現在9 時前后,分別達到35.1ug/m3和72.9 ug/m3，次高峰出現在19～20 時，其中PM10 為72.9 ug/m3（19 時），PM2.5 為32.5 ug/m3（20 時）。每天下半夜到早晨變化平穩，從7 時開始上升，9 時達到最高峰，10 時以后呈現下降趨勢，15 時達到最低值，PM2.5 和PM10 分別為22.5ug/m3和53.5ug/m3，之后又開始上升。

3 PM2.5、PM10 質量濃度與氣象條件分析

大氣污染物濃度的空間分布和隨時間的變化主要取決于污染源的排放條件和污染物在大氣中擴散的氣象條件。污染源的狀況在一定時間內相對穩定，大氣對污染物的擴散能力的影響則變化很大，當氣象條件發生變化時，同一污染源所造成的污染物濃度可相差幾倍甚至幾十倍。

3.1 PM10、PM2.5質量濃度與風速

有關研究指出，風對于空氣污染物的稀釋和擴散起著重要作用[18-19]，本文統計了日平均風速U＜1.5m·s-1、1.5m·s-1≤U＜2m·s-1和U≥2.0m·s-1時，PM2.5、PM10的質量濃度對比，從表2可以看出風速對PM2.5、PM10的質量濃度影響呈現負相關，風速越大，對污染物的稀釋擴散能力越強，PM2.5、PM10 的質量濃度越小，風速越小，對污染物的稀釋擴散能力越弱，則質量濃度越大，特別是靜風天最不利于污染物擴散。

圖1 PM2.5和PM10質量濃度月際變化

圖2 PM2.5和PM10質量濃度日變化

表2 2006年PM2.5、PM10質量濃度與日平均風速的關系

3.2 PM10、PM2.5質量濃度與相對濕度

統計了相對濕度f＜80%、80%≤f＜90%、f≥90%時，PM2.5 和PM10 的質量濃度變化（見表3），可見，PM2.5 和PM10 的平均質量濃度隨著相對濕度的增加而減小。

表3 2006年PM2.5、PM10的質量濃度與相對濕度的關系

3.3 PM10、PM2.5質量濃度與氣溫

由表4 可見,當T≥25℃時，PM2.5 和PM10 的平均質量濃度為最小，分別為18.7 ug/m3和49.2 ug/m3，當15℃≤T＜25℃時，PM2.5和PM10的平均質量濃度為最大，分別為39.7 ug/m3和80.4 ug/m3，當T＜15℃時，PM2.5 和PM10 的平均質量濃度處于中間。出現這種質量濃度分布趨勢,主要原因是當T≥25℃時，揭陽市處于夏季，層結不穩定，容易產生對流，此時大氣擴散能力強，如果伴有降水，對空氣污染有很強凈化作用。當T＜15℃時，揭陽市處于冬季，通常受冷空氣影響，風力較大，大氣擴散能力較強。當15℃≤T＜25℃時大多處于春季或秋季，對流較弱，冷空氣影響也弱，造成大氣擴散能力較弱，所以濃度最高。

表4 2006年PM2.5、PM10的質量濃度與平均氣溫的關系

3.4 PM10、PM2.5質量濃度與降水

揭陽市大部分的污染物以氣溶膠粒子的狀態存在于大氣中，降水對于空氣污染物具有明顯的凈化作用。從表5 可以看出PM2.5 在無降水日的平均質量濃度為32.5 ug/m3，在降水0.1～9.9mm 時為26.7 ug/m3，下降了18%，在降水大于等于10mm時為21.5 ug/m3,下降了34%。PM10 在無降水日的平均質量濃度為76.6 ug/m3，在降水0.1～9.9mm 時為57.0 ug/m3,下降了26%，在降水大于等于10mm時為45.8 ug/m3,下降了41%。大氣環境污染物有一個背景質量濃度值,在遠大于這個背景質量濃度值時降水對污染物的清除效果很明顯,但是接近這個背景質量濃度值時降水對污染物的清除效果就不明顯，其中PM10對降水反應較PM2.5“敏感”,在同等降水量的情況下被清除得最多，出現這種情況的原因是PM10 相對PM2.5 更容易溶于水，濕沉降到地面。同時，對于中雨以上降水對PM10和PM2.5的清除效果較好。

表5 2006年PM2.5、PM10質量濃度與降水的關系

3.5 PM10、PM2.5高污染濃度與天氣形勢

分析了PM2.5、PM10 日平均濃度與天氣形勢的關系，結果發現在污染源不變的情況下，低層（地面和850hPa）天氣形勢對PM10和PM2.5濃度變化有很大的影響，容易造成高濃度污染物的主要天氣形勢有以下幾種。

3.5.1 地面形勢

揭陽地面一般為弱冷高壓脊、脊后槽前、變性高壓脊、低壓槽、均壓場控制，或者在臺灣東部近海海面有臺風活動，揭陽處在臺風外圍下沉氣流控制，在這些系統控制下，近地面層風力減弱，不利于污染物擴散，造成污染物積聚，容易產生高污染濃度。

3.5.2 850hPa天氣系統

當揭陽在受變性脊、低槽控制下，PM2.5 和PM10 的濃度較高，因為在這些系統控制下，城市低層易出現逆溫層，逆溫層的厚度可從幾十米到幾百米，污染物不能向上擴散，又向下蔓延堆積，從而加重了大氣污染。

4 小結

（1）揭陽市PM2.5和PM10質量濃度分布具有明顯季節、月際和日變化，表現出冬春季偏高，夏秋季偏低的特征，最高值出現在3月份，最低值則出現在6 月份，一天之中質量濃度出現兩個高峰期和一個低谷，最高峰出現在9時前后，低谷出現在15時。

（2）PM2.5、PM10的質量濃度與風速和相對濕度呈負相關，風速或相對濕度越大，其質量濃度越小；降水對于空氣污染物具有明顯的凈化作用，對于中雨以上降水對PM10 和PM2.5 的清除效果更好，PM10對降水反應較PM2.5“敏感”。

（3）容易產生PM10和PM2.5高質量濃度的天氣形勢：地面為受低壓槽、脊后槽前、變性高壓脊，弱冷高壓脊、均壓場時等；而850hPa為變性脊或低壓槽。另外，受臺風外圍下沉氣流控制，也容易產生高濃度天氣。