湯羹+馬憲國

摘要：統(tǒng)計了上海市2013年6月至2014年5月PM2.5、NO2、SO2月平均質量濃度和氣象條件，分析了氣溫、風向、風力、降水量、濕度與污染物月平均質量濃度的相關性.結果發(fā)現(xiàn)：氣溫與污染物質量濃度呈負相關性；夏季的主導風向有利于污染物擴散和稀釋，而冬季的主導風向則可引起污染物聚集；風力的增強有利于污染物擴散；降水是顆粒污染物沉降的方法之一，但在不產生降水的情況下濕度增大會造成二次氣溶膠的生成，使得污染物質量濃度增加.

關鍵詞：氣象因素； PM2.5； NO2； SO2

中圖分類號： TK 01 文獻標志碼： A

Abstract：Monthly average concentration of PM2.5，SO2，and NO2 and meteorological conditions in Shanghai from June 2013 to May 2014 was summarized.Correlation between monthly average concentration of air pollutants and temperature，win direction，wind power，rainfall，and humidity was analyzed.The negative correlation between temperature and concentration of air pollutants was found.The predominant wind direction in summer was helpful to the diffusion and dilution of air pollutants，while the predominant wind direction in winter would cause the accumulation of air pollutants.However，the enhanced wind power favored the diffusion of air pollutants.Rainfall was one method to cause the precipitation of particles in air pollutants.The increasing of humidity without rainfall could result in the formation of secondary aerosol and thus the growing of air pollutant concentration.

Keywords：meteorological condition； PM2.5； NO2； SO2

近年來，多次席卷全國多地的持續(xù)霧霾天氣引起了人們的高度關注，霧霾天氣已嚴重影響了人們的生活環(huán)境.上海市能源消費量居全國榜首，高密度的能源消費導致上海市大氣污染問題越來越嚴重[1-2].而細顆粒物PM2.5長期懸浮于空氣中，是形成霧霾天氣的主要原因.

由于上海市采取了一系列工業(yè)生產清潔排放措施，在PM2.5的本地排放源中，流動源已取代工業(yè)生產及燃煤成為占比最高的污染物來源.因此，上海市PM2.5等大氣污染物的防治重點在于控制流動源排放和周邊區(qū)域輸送.大氣污染物流動源排放和區(qū)域間傳輸都與氣象因素相關.而上海是沿海城市，地處長江中下游平原，天氣條件復雜多變，四季氣候特征明顯，氣象因素是影響大氣中PM2.5、NO2、SO2等污染物質量濃度的重要因素之一.

1 數(shù)據(jù)分析

Ye等[3]認為上海PM2.5的質量濃度變化存在季節(jié)性特征.上?？諝赓|量指數(shù)（AQI）和主要污染物月平均質量濃度變化如圖1所示.由圖可知，上海AQI指數(shù)和污染物質量濃度具有正相關性.PM2.5、NO2、SO2質量濃度變化與AQI變化趨勢相似，夏季和春季偏高，秋季會有所下降，冬季會達到峰值.而臭氧8 h質量濃度在冬季會有所下降，因此冬季導致AQI大幅度上升的主要污染物是PM2.5.上海市2013年12月遭遇最嚴重霧霾“襲擊”，12月6日污染物質量濃度達到600 μg·m-3以上，局部至700 μg·m-3以上.此次污染過程主要受到弱冷高壓控制的小風靜穩(wěn)天氣影響，氣象條件不利于污染物的擴散，導致空氣污染物持續(xù)累積.因此，氣象因素是影響污大氣染物質量濃度的重要因素之一.

本文分析了2013年6月至2014年5月上海氣象因素（氣溫、濕度、風力、風向等）對PM2.5、SO2、NO2質量濃度的影響，探索氣象因素與污染物質量濃度的關系.

2 氣象條件對污染物濃度影響

2.1 氣溫

上海市氣溫季節(jié)性變化明顯，習慣上四季按照春季為3、4、5月，夏季為6、7、8月，秋季為9、10、11月，冬季為12、1、2月劃分.圖2給出了上海各月份PM2.5、NO2、SO2月平均質量濃度與溫度的關系.可以看出，污染物質量濃度隨氣溫變化明顯，且與溫度呈負相關性.PM2.5、SO2、NO2月平均質量濃度均隨氣溫的升高而降低，在夏季達到谷值；隨氣溫的降低而升高，在冬季達到峰值.隨著溫度逐漸升高，混合層會不斷提升，使大氣在豎直方向上更容易擴散.若混合層高度越高，稀釋地表污染物所需的空氣量越大，導致PM2.5質量濃度降低[4]；若氣溫降低，隨寒潮帶來逆溫現(xiàn)象，一般逆溫現(xiàn)象都會引致地面風力減弱，空氣中的污染物聚集，PM2.5不易擴散.另一方面，溫度的升高會導致NO2、SO2、揮發(fā)性有機物（VOC）和O3等氧化劑的光化學反應更易發(fā)生，產生PM2.5的二次顆粒物.因此氣溫因素對PM2.5質量濃度的影響是多向的.

2.2 風向和風力

上海時常會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，地面風向為偏西風時往往伴隨著高濃度污染物的出現(xiàn)[5].由圖1可知，上海市污染物質量濃度在冬、春季高，在夏、秋季相對較低，而上海在我國東南沿海，屬亞熱帶季風氣候，夏季的主導風向是東向風[6]，冬季的主導風向是西北季風[7].圖3為PM2.5、NO2、SO2月平均質量濃度與季節(jié)性主導風向（偏西風和偏東風）頻率的關系.由圖3可知，PM2.5、NO2、SO2與偏西風有較好的正相關性，各種污染物的質量濃度峰值皆出現(xiàn)在11、12、1月，同樣偏西風也在冬季高頻出現(xiàn)，說明冬季不利于污染物擴散.PM2.5等污染物質量濃度與偏東風有較好的負相關性.上海是海濱城市，夏、秋季盛行偏東季風，當偏東季風頻率升高時，相應污染物質量濃度會有所下降，說明在夏、秋季海面來的偏東季風帶來干凈空氣，有利于污染物的擴散和稀釋.

2013年12月上海遭遇嚴重霧霾，12月6日的PM2.5質量濃度甚至達到了461 μg·m-3，NO2、SO2質量濃度分別達到128、67μg·m-3，AQI達到461，污染等級已是嚴重污染.隨后的幾天風力增強，PM2.5、NO2、SO2質量濃度都有所下降.當風力增強時，會使大氣中對流作用加強，污染物受到擴散稀釋，質量濃度減??；當風力較小時，對流擴散作用減弱，容易造成PM2.5近地層堆積，質量濃度較高.風力被證實對PM2.5等細小懸浮顆粒物的清除起到重要作用.Hien等[8]發(fā)現(xiàn)，風力對顆粒物質量濃度減少有積極的影響.上海市在夏、秋季多遭遇臺風影響，常伴有大風天氣，因此污染物質量濃度在夏、秋季相對較低.

2.3 降水量和濕度

上海具有明顯的季風性氣候特征，夏季多風多雨水，常受到臺風影響也是其特征之一.上海2013年汛期是6～9月，6月7日進入梅雨季節(jié)，6月30日出梅，整個汛期總雨量達到470.7 mm.圖4為污染物月平均質量濃度與月平均降水量的關系.PM2.5作為細小顆粒，濕沉降是其主要的清除方式.當降水量增大時，PM2.5質量濃度會降低.冬季氣候干燥，降雨量少，PM2.5質量濃度升高.而在夏、秋季SO2和NO2質量濃度與降水量變化并沒有明顯的相關性，是因為上海夏季濕度大、氣溫高，形成多雨悶熱潮濕的梅雨天氣.雖然SO2和NO2的可溶性成分會溶解在大氣水汽中，但夏季白天氣溫較高，大氣中的光化學反應異?；钴S，生成了更多以細顆粒為主的二次氣溶膠.所以，當空氣濕度很大卻又不能夠形成降雨天氣時，會造成污染物集聚，污染物質量濃度反而會有所升高.

3 結 論

通過對2013年6月至2014年5月上?？諝赓|量、氣象變化的統(tǒng)計分析，可得到如下結論：

（1） 2013年6月至2014年5月，上海AQI平均值為90.84，空氣質量為二級.PM2.5平均質量濃度為59 μg·m-3，超過PM2.5二級標準（35 μg·m-3）的年平均限值，NO2和SO2年平均質量濃度分別為43.58、21.5 μg·m-3，一年內優(yōu)良天數(shù)達標率為69.86%.上海大氣污染物質量濃度變化有明顯的季節(jié)性，呈現(xiàn)出冬、春季高，夏、秋季低的規(guī)律，說明各種氣象條件對PM2.5質量濃度都有不同程度的影響.

（2） 上海環(huán)境氣溫與污染物質量濃度存在良好的負相關性，污染物質量濃度分別在夏季和冬季達到谷值和峰值.說明溫度高有利于污染物的擴散和稀釋，而溫度低則有利于污染物聚集.然而，高溫可能會使形成PM2.5二次顆粒的光化學反應活躍.因此，氣溫對污染物質量濃度的影響是多向的.

（3） 上海是季風性氣候，夏季主導東向風，冬季主導西北風.東向風是海上來風，有利于污染物的擴散和稀釋，而西北向風可能會造成區(qū)域污染物的傳輸，導致污染物質量濃度升高.在風向變化不大的情況下，風力的增強會造成空氣對流加劇，有利于降低污染物質量濃度.

（4） 降雨是PM2.5顆粒濕沉降的方法之一，上海夏、秋季是汛期，且多受臺風影響，降雨量增多，污染物質量濃度降低.冬、春季天氣干燥，降雨量較少，使得污染物質量濃度相對較高.另一方面，降水帶來的濕度增加有利于NO2和SO2在大氣中的化學反應，生成二次氣溶膠，因此濕度對污染物質量濃度的影響復雜.

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