鄭州市大氣顆粒物季節(jié)日變化特征及氣象要素相關(guān)性研究

李倩楠　張寧丹　馬運(yùn)通

摘要：以鄭州市2017年空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，通過對(duì)各顆粒污染物濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)其與氣象要素的相關(guān)性進(jìn)行分析，探究鄭州市不同季節(jié)各污染物日變化特征。結(jié)果表明：1）鄭州市PM2.5、PM10濃度呈現(xiàn)出明顯的冬季高、夏季低的季節(jié)性變化規(guī)律；2）PM2.5和PM10濃度呈現(xiàn)出雙峰型分布且峰值出現(xiàn)時(shí)間與交通早晚高峰時(shí)間基本重合；3）各污染物在不同季節(jié)與不同的氣象要素均呈現(xiàn)不同程度的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：鄭州；污染物；日變化；PM2.5；PM10

1 緒論

環(huán)保部最新頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 30952012）[1]中規(guī)定的基本顆粒污染物PM10、PM2.5。國內(nèi)外大量研究表明，這兩種污染物可給人類生活，生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境帶來各種不同程度的不利影響[2]。研究各污染物在不同季節(jié)的日變化特征對(duì)大氣環(huán)境治理及污染物生產(chǎn)排放管理具有重大意義。

對(duì)于大氣污染特征，當(dāng)前的研究主要集中在對(duì)一定區(qū)域內(nèi)各類型污染物如PM2.5濃度的不同尺度時(shí)空變化特征分析[35]，結(jié)合氣象要素、天氣狀況等對(duì)研究區(qū)的污染特征進(jìn)行分析。針對(duì)一天24小時(shí)污染物濃度的變化特征，相關(guān)學(xué)者對(duì)北京市等不同地區(qū)進(jìn)行了研究。鄭州市是中部地區(qū)重要交通樞紐，工業(yè)發(fā)達(dá)，人口眾多，作為京津冀大氣污染傳輸通道城市之一，其大氣污染狀況受到各界廣泛關(guān)注。相關(guān)學(xué)者對(duì)鄭州市各污染物變化特征及影響因素進(jìn)行過研究。氣象因素是影響大氣污染的一個(gè)重要條件。本文針對(duì)鄭州市2017年的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)，重點(diǎn)探究該地區(qū)大氣顆粒污染物不同季節(jié)的日變化特征，揭示一天當(dāng)中氣象因素的變化對(duì)不同污染物的影響。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文所使用的空氣污染監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)段為2017年1月1日～2017年12月31日。所采用的的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB30952012）是由環(huán)境保護(hù)部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布的。氣象數(shù)據(jù)使用國家基準(zhǔn)站鄭州站的數(shù)據(jù)，包括氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、相對(duì)濕度、能見度、降水量等逐小時(shí)觀測的氣象要素?cái)?shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理及方法

利用2017年鄭州市的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)大氣顆粒物的質(zhì)量濃度變化情況進(jìn)行了分析。統(tǒng)計(jì)每個(gè)季度24小時(shí)濃度變化的數(shù)據(jù)，分析對(duì)比污染物不同季節(jié)的日變化規(guī)律。利用SPSS軟件探究不同季節(jié)污染物的濃度與各氣象要素之間的相關(guān)關(guān)系，使用PM2.5和PM10和氣象要素的日均值做相關(guān)分析。

3 大氣顆粒污染物濃度變化特征

3.1 污染物濃度季節(jié)變化

對(duì)大氣顆粒物污染物質(zhì)量濃度逐季節(jié)變化情況進(jìn)行了分析。粗顆粒PM10四季質(zhì)量濃度均大于細(xì)顆粒PM2.5，但兩者的變化趨勢基本一致，均呈現(xiàn)出夏低冬高的變化規(guī)律。兩種粒子的質(zhì)量濃度均在1月份達(dá)到最高，7月份達(dá)到最低。造成此現(xiàn)象的原因可能是夏季強(qiáng)對(duì)流氣團(tuán)的增多和降雨增多，使得顆粒物更有效的清除，降水會(huì)減少顆粒物的排放，如土壤粉塵在空氣中的飄散，故夏季顆粒物的濃度較低。PM10和PM2.5嚴(yán)重污染多發(fā)生在冬季，這可能是由于冬季鄭州及其周邊地區(qū)秸稈焚燒產(chǎn)生大量顆粒物以及逆溫等不利于顆粒物擴(kuò)散的氣象條件導(dǎo)致的。

3.2 污染物濃度日變化特征

PM2.5濃度和PM10濃度的變化趨勢基本一致。隨時(shí)間表現(xiàn)為“U”型分布，呈現(xiàn)出明顯的冬季高、夏季低、春季秋居中的特點(diǎn)。造成此現(xiàn)象的主要原因?yàn)槎練鉁氐汀㈧o風(fēng)頻率高、容易形成逆溫天氣。

PM2.5的小時(shí)質(zhì)量濃度，總體上呈現(xiàn)出冬季>春季>秋季>夏季。從午夜到凌晨，該時(shí)段PM2.5的變化很平緩，而PM10呈現(xiàn)出先緩慢上升，在凌晨2點(diǎn)達(dá)到峰值后，緩慢下降。在8：0010：00這一時(shí)間段，PM2.5和PM10濃度呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢，出現(xiàn)峰值，這與上午上班高峰期的汽車尾氣排放有關(guān)。春、夏、秋季的上午的峰值都大約出現(xiàn)在9：00，冬季上午的峰值則推遲一小時(shí)出現(xiàn)在10：00；在一般情況下，下午是一天之中擴(kuò)散條件最好的時(shí)候，這個(gè)時(shí)間段的多數(shù)污染數(shù)濃度都會(huì)有所降低。在12：0016：00時(shí)間段PM2.5和PM10的濃度值都緩慢降低，大約在16：00達(dá)到最低值。16：00以后由于晚高峰的存在，使得PM2.5和PM10的濃度值再次上升，而夜間氣溫較低，導(dǎo)致大氣層結(jié)穩(wěn)定，容易出現(xiàn)逆溫，不利于顆粒物的擴(kuò)散，使得PM10、PM2.5在夜間，仍然保持較高的質(zhì)量濃度。

3.3 污染物與氣象要素的關(guān)系

大氣顆粒物濃度與氣象要素之間的關(guān)系會(huì)因季節(jié)的變化而不同。PM2.5和PM10與氣溫之間的相關(guān)性不顯著。PM2.5和PM10的濃度與相對(duì)濕度在秋季呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)，在冬季呈現(xiàn)出極顯著的負(fù)相關(guān)。PM2.5的濃度在冬季與風(fēng)速呈顯著的負(fù)相關(guān)，說明風(fēng)對(duì)細(xì)粒子的濃度起到一定的擴(kuò)散作用。

4 結(jié)論

（1）2017年觀測期間，鄭州市大氣中的PM2.5和PM10污染最為嚴(yán)重。因此鄭州市主要污染物為顆粒性污染物。鄭州市PM2.5、PM10濃度呈現(xiàn)出明顯的冬季高、夏季低的季節(jié)性變化規(guī)律。PM2.5濃度和PM10濃度的日變化趨勢基本一致。PM2.5和PM10的各小時(shí)質(zhì)量濃度，總體上呈現(xiàn)出冬季>春季>秋季>夏季。PM2.5和PM10濃度呈現(xiàn)出雙峰型分布且峰值出現(xiàn)時(shí)間與交通早晚高峰時(shí)間基本重合。

（2）PM2.5和PM10的濃度與相對(duì)濕度在秋季呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)，在冬季呈現(xiàn)出極顯著的負(fù)相關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

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