鄭州市大氣顆粒物季節日變化特征及氣象要素相關性研究

李倩楠　張寧丹　馬運通

摘要：以鄭州市2017年空氣質量數據及氣象數據為研究對象，通過對各顆粒污染物濃度進行統計分析，對其與氣象要素的相關性進行分析，探究鄭州市不同季節各污染物日變化特征。結果表明：1）鄭州市PM2.5、PM10濃度呈現出明顯的冬季高、夏季低的季節性變化規律；2）PM2.5和PM10濃度呈現出雙峰型分布且峰值出現時間與交通早晚高峰時間基本重合；3）各污染物在不同季節與不同的氣象要素均呈現不同程度的相關性。

關鍵詞：鄭州；污染物；日變化；PM2.5；PM10

1 緒論

環保部最新頒布的《環境空氣質量標準》（GB 30952012）[1]中規定的基本顆粒污染物PM10、PM2.5。國內外大量研究表明，這兩種污染物可給人類生活，生產及生態環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的日變化特征對大氣環境治理及污染物生產排放管理具有重大意義。

對于大氣污染特征，當前的研究主要集中在對一定區域內各類型污染物如PM2.5濃度的不同尺度時空變化特征分析[35]，結合氣象要素、天氣狀況等對研究區的污染特征進行分析。針對一天24小時污染物濃度的變化特征，相關學者對北京市等不同地區進行了研究。鄭州市是中部地區重要交通樞紐，工業發達，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注。相關學者對鄭州市各污染物變化特征及影響因素進行過研究。氣象因素是影響大氣污染的一個重要條件。本文針對鄭州市2017年的空氣質量數據及氣象數據，重點探究該地區大氣顆粒污染物不同季節的日變化特征，揭示一天當中氣象因素的變化對不同污染物的影響。

2 數據與方法

2.1 數據來源

本文所使用的空氣污染監測數據時段為2017年1月1日～2017年12月31日。所采用的的《環境空氣質量標準》（GB30952012）是由環境保護部和國家質量監督檢驗檢疫總局發布的。氣象數據使用國家基準站鄭州站的數據，包括氣溫、風速、風向、氣壓、相對濕度、能見度、降水量等逐小時觀測的氣象要素數據。

2.2 數據處理及方法

利用2017年鄭州市的環境監測數據，對大氣顆粒物的質量濃度變化情況進行了分析。統計每個季度24小時濃度變化的數據，分析對比污染物不同季節的日變化規律。利用SPSS軟件探究不同季節污染物的濃度與各氣象要素之間的相關關系，使用PM2.5和PM10和氣象要素的日均值做相關分析。

3 大氣顆粒污染物濃度變化特征

3.1 污染物濃度季節變化

對大氣顆粒物污染物質量濃度逐季節變化情況進行了分析。粗顆粒PM10四季質量濃度均大于細顆粒PM2.5，但兩者的變化趨勢基本一致，均呈現出夏低冬高的變化規律。兩種粒子的質量濃度均在1月份達到最高，7月份達到最低。造成此現象的原因可能是夏季強對流氣團的增多和降雨增多，使得顆粒物更有效的清除，降水會減少顆粒物的排放，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嚴重污染多發生在冬季，這可能是由于冬季鄭州及其周邊地區秸稈焚燒產生大量顆粒物以及逆溫等不利于顆粒物擴散的氣象條件導致的。

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。隨時間表現為“U”型分布，呈現出明顯的冬季高、夏季低、春季秋居中的特點。造成此現象的主要原因為冬季氣溫低、靜風頻率高、容易形成逆溫天氣。

PM2.5的小時質量濃度，總體上呈現出冬季>春季>秋季>夏季。從午夜到凌晨，該時段PM2.5的變化很平緩，而PM10呈現出先緩慢上升，在凌晨2點達到峰值后，緩慢下降。在8：0010：00這一時間段，PM2.5和PM10濃度呈現出逐漸上升的趨勢，出現峰值，這與上午上班高峰期的汽車尾氣排放有關。春、夏、秋季的上午的峰值都大約出現在9：00，冬季上午的峰值則推遲一小時出現在10：00；在一般情況下，下午是一天之中擴散條件最好的時候，這個時間段的多數污染數濃度都會有所降低。在12：0016：00時間段PM2.5和PM10的濃度值都緩慢降低，大約在16：00達到最低值。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，導致大氣層結穩定，容易出現逆溫，不利于顆粒物的擴散，使得PM10、PM2.5在夜間，仍然保持較高的質量濃度。

3.3 污染物與氣象要素的關系

大氣顆粒物濃度與氣象要素之間的關系會因季節的變化而不同。PM2.5和PM10與氣溫之間的相關性不顯著。PM2.5和PM10的濃度與相對濕度在秋季呈現出極顯著的正相關，在冬季呈現出極顯著的負相關。PM2.5的濃度在冬季與風速呈顯著的負相關，說明風對細粒子的濃度起到一定的擴散作用。

4 結論

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

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

參考文獻：

[1]GB 30952012，環境空氣質量標準[S].

[2]喬玉霜.中原城市群大氣顆粒物的理化特征及毒理學研究[D].中國礦業大學（北京），2011.

[3]唐宜西，張小玲，徐敬，趙秀娟，馬志強，孟偉.北京城區和郊區本底站大氣污染物濃度的多時間尺度變化特征[J].環境科學學報，2016，36（08）：27832793.

[4]趙秀娟.北京城區和郊區PM2.5濃度季節與日變化特征[A].中國氣象學會.中國氣象學會2008年年會城市氣象與城市可持續發展分會場論文集[C].中國氣象學會：，2008：11.

[5]于洲.杭州市大氣污染物濃度時空變化特征分析[D].南京信息工程大學，2016.