黃冬梅，李興陽(yáng)，戴 彤，閆 俊，馮 帥

(天津市靜海區(qū)氣象局 天津301600)

氣象因子對(duì)靜海主要大氣污染物濃度的影響分析

黃冬梅，李興陽(yáng)，戴 彤，閆 俊，馮 帥

(天津市靜海區(qū)氣象局 天津301600)

伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展出現(xiàn)的大氣污染問(wèn)題受到日益廣泛的關(guān)注。采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，從日、月兩個(gè)尺度上研究了靜海區(qū)大氣污染的時(shí)間變化規(guī)律以及氣象因子對(duì)大氣污染物濃度的影響，結(jié)果表明靜海區(qū)的污染時(shí)段主要發(fā)生在冬季。氣象因子是污染物濃度變化的重要驅(qū)動(dòng)因子，但氣象因子對(duì)污染物的影響具有一定的尺度效應(yīng)。因此需要繼續(xù)做進(jìn)一步的研究，全面揭示和分析城鎮(zhèn)水平上氣象因子對(duì)大氣污染的影響方式和程度。

大氣污染 氣象因子 影響 尺度效應(yīng)

0 引 言

我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)過(guò)分重視城市，特別是大城市的發(fā)展，引發(fā)了環(huán)境污染、城市擁堵等一系列問(wèn)題。國(guó)內(nèi)學(xué)者圍繞城市大氣污染及其氣象驅(qū)動(dòng)因素做了大量研究，[1-4]但對(duì)縣、區(qū)行政區(qū)的研究相對(duì)較少。[5]近年來(lái)，國(guó)家調(diào)整了發(fā)展戰(zhàn)略，新型城鎮(zhèn)化作為國(guó)家宏觀性、戰(zhàn)略性和基礎(chǔ)性的規(guī)劃，成為現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成部分。[6]隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，城鎮(zhèn)的大氣污染問(wèn)題也受到了廣泛的關(guān)注。本研究以天津市靜海區(qū)為例，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究靜海區(qū)大氣污染的時(shí)間變化規(guī)律，并與氣象要素進(jìn)行相關(guān)性分析，研究氣象因子對(duì)污染物濃度的影響，為靜海區(qū)減少大氣污染，合理規(guī)劃發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

本研究采用2014—2015年天津市靜海區(qū)的大氣污染濃度數(shù)據(jù)研究其時(shí)間變化規(guī)律，結(jié)合同時(shí)期的氣象數(shù)據(jù)，采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法研究氣象因子對(duì)污染物濃度的影響。污染物濃度數(shù)據(jù)來(lái)源于靜海區(qū)環(huán)保局，氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于靜海區(qū)氣象局。

2 靜海大氣污染的時(shí)間變化特征

2.1 日變化特征

從靜海區(qū)污染物濃度的日變化情況來(lái)看(見(jiàn)圖1)，一年中的 SO2、NO2、CO、PM10、PM2.5濃度呈“U”形變化曲線，即冬季污染嚴(yán)重，夏季最輕。靜海區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季炎熱、多雨、多大風(fēng)，濕潤(rùn)的條件會(huì)增強(qiáng)大氣的沉降功能，同時(shí)大風(fēng)也有利于各類(lèi)污染物的擴(kuò)散，因此夏季污染程度較低；冬季則受采暖的影響，污染物的來(lái)源增多，再加上空氣寒冷干燥，以下沉氣流為主，污染物不易擴(kuò)散，因此污染程度加劇。O3濃度的變化與其他污染物正好相反，整體呈倒“U”形，夏季最高，冬季最低。這主要是因?yàn)榻乇?O3的形成與太陽(yáng)光照有關(guān)，夏季太陽(yáng)光照強(qiáng)度大，加速了近地表O3的生成。

圖1 靜海區(qū)大氣污染物的日變化特征Fig.1 Daily change features of air pollutants in Jinghai District

圖2 靜海區(qū)污染物的月變化特征Fig.2 Monthly change features of air pollutants in Jinghai District

2.2 月、季節(jié)變化特征

從圖 2可以看出，各類(lèi)污染物的月變化也是以“U”形為主(O3為倒“U”形)，與日變化的整體趨勢(shì)是一致的。從整體來(lái)看，夏季空氣質(zhì)量最好，冬季最差，[7]四季整體都處于輕度污染的水平。

3 氣象因子對(duì)靜海主要大氣污染物濃度影響

3.1 日尺度

日尺度上，氣象因子對(duì)污染物的濃度具有明顯的影響(見(jiàn)表 1)，平均溫度、平均氣壓、最大風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)都是6種污染物濃度的重要驅(qū)動(dòng)因子，除最大風(fēng)速和 O3是顯著性相關(guān)外，其余的氣象要素與污染物之間都具有極顯著的相關(guān)關(guān)系；降水和平均露點(diǎn)溫度也是大部分污染物濃度的重要影響因子；平均濕度則對(duì)CO、PM10和PM2.5的濃度具有顯著的影響。[8-9]

溫度越高，顆粒物的布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈，越有利于顆粒物的擴(kuò)散，因此溫度與大部分污染物都是負(fù)相關(guān)關(guān)系；溫度越高，日照越強(qiáng)烈，越有利于 O3的形成，因此溫度與 O3之間是正相關(guān)關(guān)系。氣壓的高低分布，會(huì)形成大氣環(huán)流。當(dāng)區(qū)域受低壓控制時(shí)，周邊高壓氣團(tuán)低壓區(qū)運(yùn)動(dòng)，低壓氣團(tuán)垂直向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)產(chǎn)生較大風(fēng)力，有利于大氣中顆粒物運(yùn)移擴(kuò)散，所有平均氣壓與大部分污染之間是正相關(guān)關(guān)系；當(dāng)區(qū)域受高壓控制，氣團(tuán)穩(wěn)定不易運(yùn)動(dòng)，不利于顆粒物擴(kuò)散，同時(shí)天氣晴朗，利于 O3形成，因此與 O3之間有負(fù)相關(guān)關(guān)系。日照時(shí)數(shù)、露點(diǎn)溫度與溫度之間有一定的正相關(guān)關(guān)系，因此它們對(duì)污染的影響作用與溫度相似。大風(fēng)有利于顆粒物的擴(kuò)散，所以和污染物之間主要是負(fù)相關(guān)關(guān)系。降水的沖刷作用可以減輕大氣中的污染物濃度，因此與污染物之間主要是以負(fù)相關(guān)為主?？諝鉂穸葘?duì)污染物的影響主要是正效應(yīng)，空氣濕度越大，污染物的濃度越大，這可能與水滴對(duì)污染物的吸附有關(guān)，其影響機(jī)理還需要做進(jìn)一步的研究。另外從表 2也可以看出，O3與氣象要素之間的關(guān)系和其他污染物大多是相反的，這主要是由于除了人類(lèi)活動(dòng)源以外，O3的形成還與太陽(yáng)光照有密切關(guān)系。

表1 日尺度上氣象因子與污染物濃度的關(guān)系Tab.1 Relation of meteorological factors and pollutant concentration on a daily basis

3.2 月尺度

月尺度上氣象因子與污染物之間的關(guān)系與日尺度上的結(jié)果有一定的相似性(見(jiàn)表 2)。平均溫度、平均氣壓、降水、最大露點(diǎn)溫度和日照時(shí)數(shù)都是月尺度上驅(qū)動(dòng)污染物變化的重要因子，其中溫度、降水、最大露點(diǎn)溫度和日照時(shí)數(shù)的增加，以及平均氣壓的減少，都可以顯著減少空氣污染，提高空氣質(zhì)量。月尺度上，最大風(fēng)速不再是污染物的主要影響因子(僅對(duì)PM2.5有顯著作用)。另外月尺度上，空氣濕度與各污染物之間都沒(méi)有顯著的相關(guān)關(guān)系。

表2 月尺度上氣象因子與污染物濃度的關(guān)系Tab.2 Relation of meteorological factors and pollutant concentration on a monthly basis

對(duì)比日、月尺度的結(jié)果可以看出，氣象因子對(duì)污染物的影響具有一定的尺度效應(yīng)。這種尺度效應(yīng)增加了大氣污染的氣象效應(yīng)研究的復(fù)雜性，因此有必要積累更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在不同的地區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證，從而全面揭示氣象因子對(duì)大氣污染的影響方式和程度，為大氣污染的防治提供科學(xué)的依據(jù)和支撐。

4 結(jié) 論

本研究利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析 2014—2015年靜海區(qū)大氣污染的特征以及日、月尺度上氣象因子對(duì)大氣污染的影響。結(jié)果表明，除了 O3是倒“U”形外，其余各污染物都呈“U”形變化，冬季污染程度高，夏季較輕。日、月尺度上氣象因子都是污染物濃度變化的重要驅(qū)動(dòng)因子，但氣象因子對(duì)污染物的影響是具有一定的尺度效應(yīng)的。因此需要做進(jìn)一步的研究，全面揭示城鎮(zhèn)水平上氣象因子對(duì)大氣污染的影響方式和程度。■

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Effect of Meteorological Factors on Major Air Pollutants Concentration in Jinghai District

HUANG Dongmei，LI Xingyang，DAI Tong，YAN Jun，F(xiàn)ENG Shuai
(Jinghai Meteorological Bureau，Tianjin 301600，China)

With the development of economy，urban air pollution has also been a widespread concern．Using statistical methods，this paper studies the time change regulation of air pollution and the effects of meteorological factors on atmospheric pollutant concentrations on daily and monthly scales in Jinghai District．The results show that pollution mainly occurs in winter in Jinghai District．Meteorological factors are the important driving factor of pollutant concentration，but the influence of meteorological factors on contaminants has a certain scale effect．Further research needs to be done to fully reveal the influence mode and the extent of meteorological factors on air pollution at town level.

air pollution；meteorological factors；impact；scale effect

X502

A

1006-8945(2016)11-0075-04

天津市靜海區(qū)氣象局科研項(xiàng)目(2015jhqx01)。

2016-10-12