海濱城市顆粒污染物濃度變化特征及長期變化趨勢研究

摘要：利用歷史生態環境監測資料，對海濱城市顆粒污染物濃度變化特征及長期變化趨勢進行深度研究。綜合考慮研究區域的地理情況，選定監測站獲取對應的研究數據，分析該地區四季變化和環境效應，多角度考慮顆粒污染物的濃度影響因素。以近三年的監測數據為例，顆粒污染物濃度呈逐年下降趨勢，空間分布會受到環境效應影響，在靜穩環境效應下，顆粒污染物濃度會明顯升高，尤其是風速較小、霧天或濕度在80％左右的海濱城市區域環境，污染濃度較為顯著；而降雨環境和大風環境會裹挾顆粒污染物陣到地面，有利于顆粒污染物的擴散，減小污染濃度。

關鍵詞：顆粒污染物；污染特征；變化趨勢；環境效應

中圖分類號：X513 文獻標志碼：B

前言

顆粒污染物在一定程度上散射或者吸收太陽輻射，降低城市能見度，同時，也能參與云凝結過程，直接影響生態效應變化；對人類的健康也產生相當程度的負面影響。因此需要深人研究顆粒污染物的特征及變化趨勢，才能有效地了解如何在城市發展進程中減少顆粒污染物的影響，實現對污染物的控制，改善環境質量。

劉桓嘉等提出時空變化特征研究方法，根據不同年份的顆粒污染物濃度數據，對豫北地區進行污染狀況評估，基于季節變化，得出顆粒污染物的濃度變化趨勢，根據高低極值來確定污染物的污染程度，研究污染物的負相關因素和正相關因素；李丹等在研究細顆粒污染物過程中，根據其中包含的有機物含量，確定污染物的毒性和吸濕性，建立采樣帶能，確定顆粒污染物的濃度變化情況，實現對不同季節濃度趨勢變化的準確分析，同時考慮研究區域的工業情況，建立濃度特征的參考參數，完成趨勢變化的排序。

但這兩種方法未將地理因素和環境效應因素綜合考慮，缺少必要的參考價值。為此，為了確保深入了解海濱城市顆粒污染物的變化特征，仔細考慮不同環境效應影響下的污染濃度和區域分布特征，從多個角度考慮影響顆粒物污染物濃度的因素，針對長期趨勢進行深入研究。

1研究區域及監測數據

在研究海濱城市顆粒污染物濃度變化特征及長期變化趨勢時，選擇青島作為研究對象，對該城市的顆粒污染物進行相關指標數據監測，對監測數據進行時間序列和比值上的分析。

將監測點建立在城市中心環境監測站。為保證對顆粒污染物長期變化趨勢的深度分析，利用24 h連續采樣法，采樣期間深度考慮環境效應的影響，根據國家針對生態環境污染的相關標準，分析顆粒污染物的水溶性指標和無機元素。對應的監測指標見表1。

如表1所示，選取的監測指標旨在全面評估青島市顆粒污染物的濃度變化特征及其影響因素。水溶性指標和無機元素的監測數據為分析顆粒污染物的化學組成和來源提供了依據；而氣象數據的監測則為分析環境效應對顆粒污染物分布的影響提供了基礎。這些指標的選取為后續對青島市的氣象條件和顆粒污染物數據統計分析提供了依據。

青島市屬于典型的溫帶季風氣候，在相同緯度環境下，與其他的內陸城市相比，作為沿海城市，雨水更加豐富，氣溫相對溫和，受到海洋環境的影響較大，且城市濕度較大，全年的平均氣溫保持在26.4℃，全年時段的平均降水量為687.5 mm、平均風速為7.2 m/s，氣壓的平均值為1 007.8 hPa。

而降水和大風對顆粒污染物的清除有利，且青島市的降水分布特征整體情況是南部較北部多，而偏向西南方位的局部區域降水量最高，由于青島市屬于沿海城市，因此平均風速相較于內陸會更大，風速的分布特征與降水分布十分相似，為了方便研究，選擇2020年的歷史數據，作為區域內特征分布的研究數據，為全面描述顆粒污染物的分布特征，主要選取顆粒污染物PM2.5和PM10進行具體描述。

2顆粒污染濃度變化特征

為了研究青島市各區域分布特征，在2022年的數據統計中，不同環境效應因素會導致顆粒污染物的分布特征發生變化，這里總結出在風向、風速、降雨、降雪、下霧等環境效應下，青島市同年的顆粒污染物分布特征情況，具體情況分別見圖1-圖3。

根據圖1-圖3中對比不同環境效應下污染物的特征描述結果可知，在大霧環境時，近地環境中風速相對較小。由于青島市存在一定的山地環境，這種地貌會適當地阻礙空氣流通，同時當混合層溫度降低時，逐漸形成靜穩環境，在水平方向上的風速小，導致顆粒污染物不易擴散，聚集在城市上空，垂直方向擴散不明顯，導致水汽和顆粒污染物在近地層聚集，此時整個青島市各個區域的顆粒污染物濃度都相對較高。

正常情況下，降雪環境會增加空氣中的濕度，有效吸附顆粒污染物并帶到地面上，但通過研究數據來看，由于青島市屬于沿海地區，在溫帶季風生態效應的影響下，通常為小降雪，無法伴隨強冷空氣和大風，很快在空氣中融化，過程中導致空氣中水汽并逐漸形成大霧，在逆溫環境的影響下，十分不利于顆粒污染物的擴散，如果建筑物相對密集，車輛較多，由于車輛在這樣的環境中低速行駛，也會導致行駛燃油不完全燃燒，導致廢氣排放量比平時更多，更可能增加顆粒污染物的濃度。因此，對于該地區來說，降雪不一定會導致空氣質量的變化，甚至可能導致空氣中污染物濃度的增加而不是減少。

綜合霧天、降雪和降雨等環境效應來看，當相對濕度小于80％時，顆粒污染物的濃度與其呈現一定的相關關系，大于80％時，顆粒污染物的濃度會隨著濕度的不斷升高慢慢持平，當相對濕度逐漸增長并大于95％時，顆粒污染物的濃度才會逐漸呈現下降趨勢，降低顆粒污染物的污染濃度。

考慮風向影響時，研究年份青島市的主導風向為西北風，西北風的風頻為28.7％，南風風頻為18.2％，為準確分析出風向對顆粒污染物濃度的影響情況，建立風向和PM2，的濃度聯合圖，研究中發展西北風向下城市的顆粒污染物濃度相對更高，東北風時最低，證明來自東南方向的海洋氣團更加清潔，由于城市中局部區域包含工業，導致內陸氣團的污染較為嚴重，致使西北風環境效應影響下的顆粒污染物濃度高于南風或是東北風。

除了風向影響外，風速也是重要影響因素之一，選擇青島市全年的平均風速5.2 m/s作為分界線，分別在高于5.2 m/s和低于5.2m/s的時候進行風速影響研究，風速的大小直接影響污染物的稀釋和擴散速度，當風速較小時顆粒污染物非常容易累積在空氣中，導致濃度增加，風速較大時城市上空的空氣質量則較好，顆粒污染物濃度相對較低。

3結束語

在濱海城市，依據地理環境設立了監測站點，以獲取顆粒污染物的詳細數據。通過分析這些數據，了解了環境效應如何影響顆粒污染物的分布特征。研究發現，降雨和降雪等自然過程在一定程度上能夠降低污染物濃度，但這一效果受相對濕度和大霧等環境因素的影響。特別是在相對濕度低或接近80％時，降雪可能不足以顯著降低污染物濃度。此外，大霧和靜穩環境不利于顆粒污染物的擴散，這常常是霧霾形成的重要原因。考慮到城市的地理位置和工業分布情況，風向和風速對顆粒污染物的擴散有重要影響。在風速較大時，顆粒污染物更容易被吹散，而在風速較小時，污染物則容易在城市上空滯留，導致濃度上升。因此，說明研究環境對于改善城市空氣質量至關重要。