黃石市大氣溫度對空氣環境質量影響研究
——以2019年10月為例

張文歌,姜雯敏,袁知洋

(1.湖北省黃石市第十八中學,湖北 黃石 435000；2.湖北省黃石市第十四中學,湖北 黃石 435000；3.湖北省地質科學研究院，湖北 武漢 430000)

黃石市是湖北省東部地區重要的工業城市。隨著工業發展和城鎮化建設，該市近地面空氣質量受到了較大環境壓力[1]，除了常見的PM2.5、PM10等空氣顆粒物指標，還有近地面臭氧(O3)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)等指標影響著城市居民的健康[2～4]，特別是臭氧，近大氣平流層中臭氧層可以吸收太陽光中對人體有害的短波(30nm以下)光線[5]，防止這種短波光線射到地面，使人類免受紫外線的傷害。而近地面臭氧通過刺激人的呼吸道，造成人的神經中毒，對人體皮膚中的維生素E起到破壞作用，致使人的皮膚衰老。臭氧還會破壞人體的免疫機能，加速衰老等影響人類健康安全。[6，7]眾多研究表明近地面臭氧濃度受大氣溫度和太陽輻射的強烈影響[8，9]。

黃石市作為亞熱帶地區受東南季風影響的湖北東部城市，每年10月份是黃石地區甚至湖北中東部地區一年中大氣溫度變化較大的一個月份，氣溫較大幅度的變化對每日空氣指標的影響是否會存在顯著影響,當前這一問題還存在較多爭議。本文以湖北省黃石市黃石港區2019年10月份逐日空氣質量數據為例，分析研究氣溫和空氣質量指標的關系，特別是和近地面臭氧的關系，以揭示鄂東地區城市城市氣溫對城市空氣質量影響規律，為城市近地面空氣污染的干預和治理提供一定的科學參考。

一、 材料與方法

1.研究區和監測點

黃石市位于湖北省東南部，長江中游南岸，東北臨長江，與黃岡市隔江相望，北接鄂州市鄂城區，西靠武漢市江夏區、鄂州市梁子湖區，西南與咸寧市咸安區、通山縣為鄰，東南與江西省九江市武寧縣、瑞昌市接壤；全市總面積4 583平方公里，地跨東經114°31′—115°30′，北緯29°30′—30°15′之間。黃石市地處中緯度，太陽輻射季節性差別大，遠離海洋，陸面多為礦山群，春夏季下墊面粗糙且增濕快，對流強，加之受東亞季風環流影響，其氣候特征冬冷夏熱、四季分明，光照充足，熱能豐富，雨量充沛，為典型的亞熱帶大陸性季風氣候。黃石港區是黃石市的中心城區，人口34.9萬，東臨長江，西臨磁湖，南臨西塞山，北與鄂州毗鄰，面積50.6平方公里。如圖1，黃石港區環境監測點由黃石生態環境局布置，符合生態環境部的環境空氣質量監測點位布設技術規范(試行)(HJ 664—2013)標準，是黃石市的環境監測點中的城市點。

圖1 黃石港區大氣環境監測點的位置圖

2.數據檢測和分析方法

(1)PM2.5和PM10參照《環境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續自動監測系統技術要求及檢測方法》(HJ653-2013)、《環境空氣顆粒物(PM2.5)手工監測方法(重量法)技術規范>(HJ656 - 2013)、《環境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)采樣器技術要求及檢測方法》(HJ93-2013)、《環境空氣顆檢物(PM10和PM2.5)連續自動監測系統安裝和驗收技術規范》(HJ655-2013)等進行測試分析。

(2)二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳指標參照《環境空氣氣態污染物(SO2、NO2、O3、CO)連續自動監測系統技術要求及檢測方法XHJ654-2013)、《環境空氣氣態污染物(SO2、NO2、O3、CO)連續自動監測系統安裝和驗收技術規范》(HJ193-2013)等進行測試分析。

(3)數據統計和相關分析采用SPSS17.0統計軟件。

二、 結果與分析

1.黃石港區2019年10月大氣溫度和質量概況

如表1、表2，2019年10月，黃石港區平均單日最低氣溫為24.84℃，最高氣溫為37℃，PM2.5最高為52ug/m3；PM10最高為171ug/m3；首要污染物出現最多的是臭氧和PM10。整個月度變異程度最大的空氣指標為O38小時，也稱臭氧8小時滑動平均，即以一天中濃度大的連續8小時臭氧濃度均值作為評價這一天臭氧污染水平的標準，(變異系數為0.47)：其次為二氧化氮(變異系數為0.44)，最小為一氧化碳(變異系數為0.17)。

表1 黃石港區2019年10月每日氣溫和大氣質量指標

續表1 黃石港區2019年10月每日氣溫和大氣質量指標

表2 黃石港區2019年10月每日氣溫和大氣質量指標描述統計

2.黃石港區2019年10月大氣溫度和空氣質量指標的關系分析

如圖2(把圖分成a、b、c、d、e、f，主要進行了黃石港區監測點2019年10月每日大氣最高溫度和空氣六大污染物指標的線性關系分析，大氣單日最大溫度和8小時最大平均臭氧濃度的線性關系最為顯著(R2= 0.687 4)，呈顯著線性正相關，其次是二氧化硫(R2=0.420 2)，呈線性正相關，和大氣PM10的關系最不顯著(R2=0.127 5)，顯然溫度對大氣顆粒物的影響較小。

圖2 每日大氣最高溫度和空氣六大污染物指標的線性關系分析組圖

三、結論與討論

1.黃石城區近地面臭氧濃度10月份變異程度比其他空氣質量指標要大，近地面一氧化碳濃度變異程度最小。

2.黃石市城區10月份大氣溫度對近地面臭氧有顯著正相關影響，其次是二氧化硫也較為顯著，這一結論與林威研究臭氧對溫度和光照的響應的相關結論較為一致，[9]因此高溫天氣，極大可能城區近地面的臭氧濃度和二氧化硫濃度較高。

綜上所述，建議遭遇高溫天氣時，黃石城區應該及時進行近地面或者空氣降溫處理，對近地面的臭氧濃度和二氧化硫的濃度可以起到一定的抑制作用，或者采取生態措施改善近地面大氣，比如增加城市綠植、建設帶水域的城市公園、廣場噴泉之類[10,11]，都可以在溫度較高的夏季城市中心區起到降溫的作用，保護甚至擴大城區湖泊面積來降低近城市地面溫度等。