邱 堅(jiān)，霍玉玲，真 誠

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站 大氣室，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

鎮(zhèn)江市區(qū)PM2.5濃度特征及其與氣象因子的關(guān)系

邱 堅(jiān)，霍玉玲，真 誠

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站 大氣室，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

分析2016年P(guān)M2.5日平均濃度資料和對應(yīng)時(shí)段地面氣象資料發(fā)現(xiàn)，PM2.5濃度冬季最高，春季與秋季次之，夏季最低，呈明顯的季節(jié)變化。鎮(zhèn)江市區(qū)PM2.5濃度變化與地面溫度、地面氣壓、日照時(shí)數(shù)等氣象因子相關(guān)，受地面風(fēng)向和風(fēng)速影響明顯。

PM2.5；濃度特征；氣象因子

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市居民越來越關(guān)心物質(zhì)生活質(zhì)量，也越來越關(guān)心空氣質(zhì)量，特別是PM2.5(細(xì)顆粒物)污染。PM2.5粒徑細(xì)小，不易被鼻腔絨毛吸附，很容易直接進(jìn)入支氣管，引發(fā)各種呼吸道及心血管疾病，危害健康[1-3]。

大氣環(huán)境污染受氣象條件影響。鎮(zhèn)江屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候，受海陸共同影響，大氣環(huán)流變化明顯，氣候條件優(yōu)良，具有季候分明、溫暖濕潤、熱量豐富、雨量充足的特點(diǎn)。就鎮(zhèn)江市區(qū)而言，目前對空氣質(zhì)量的變化特征、影響因素、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率等研究較少。鎮(zhèn)江市區(qū)常年首要污染物為PM2.5，研究PM2.5的濃度變化特征及其影響因素對大氣污染防控有重大意義。

1 資料來源和資料處理方法

1.1資料來源

2016年1月1日至2016年12月31日的PM2.5日平均濃度資料由鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站提供，PM2.5監(jiān)測設(shè)備為武漢天虹TH-2000PM(含DHS)。相應(yīng)的氣象資料由鎮(zhèn)江市氣象臺(tái)提供，包含常規(guī)氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)(氣溫、氣壓、相對濕度、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速、風(fēng)向)、地面觀測數(shù)據(jù)、地面天氣形勢圖等。

1.2資料處理方法

分析PM2.5日平均濃度數(shù)據(jù)與相關(guān)的氣象因子，研究PM2.5濃度隨地面氣溫、地面氣壓、相對濕度、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)向頻數(shù)和風(fēng)速的變化特征，分析PM2.5≥ 75 μg·m-3時(shí)與地面不同天氣條件的關(guān)系，為進(jìn)一步建立鎮(zhèn)江市區(qū)PM2.5預(yù)報(bào)模型和提高PM2.5預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提供科學(xué)依據(jù)。

2 PM2.5濃度變化特征

由2016年1—12月統(tǒng)計(jì)資料得到PM2.5月平均濃度變化圖(圖1)。

由圖1可見，PM2.5污染最嚴(yán)重的是12月，月平均濃度達(dá)到150 μg·m-3；污染日數(shù)最多的是12月，為25 d；污染程度最重日也出現(xiàn)在12月，日最大濃度為310 μg·m-3，成為有PM2.5累積資料以來空氣污染最嚴(yán)重的一天。月平均濃度排在第2位的是1月，達(dá)到101 μg·m-3。7月的PM2.5月平均濃度最低，主要是因?yàn)槭芨睙釒Ц邏旱挠绊?，?qiáng)對流天氣較多，不利于污染物的沉積。

冬季，地表熱量向外輻射，地面溫度下降，近地溫度低于高空溫度，出現(xiàn)逆溫。此時(shí)密度小的空氣上升，密度大的空氣下沉，大氣處于較穩(wěn)定狀態(tài)。逆溫層厚度在幾十至幾百米不等。逆溫層如罩子般阻礙氣流上升，大氣擴(kuò)散能力下降，污染物堆積，污染程度加重。

春季，周邊地區(qū)沙塵被大風(fēng)吹起，且氣候干燥，植被覆蓋率較低，容易引起揚(yáng)沙，或受周邊地區(qū)施工浮塵影響，PM2.5濃度仍維持在較高水平[4]。

設(shè)土表覆蓋水稻秸稈1 000 kg/667m2(處理1)、1 500 kg/667m2(處理2)2個(gè)試驗(yàn)處理，即每箱土表均勻覆蓋水稻秸稈300 g、450 g；以不覆蓋秸稈處理3為對照(CK)，每處理3次重復(fù)。

夏季，溫度高，平流層溫度偏差大，氣流流動(dòng)快，不容易產(chǎn)生逆溫層，利于污染物的擴(kuò)散。由于熱島效應(yīng)，地面溫度高，熱空氣向上移動(dòng)，周圍空氣則向里運(yùn)動(dòng)，形成環(huán)流，反復(fù)交換，有利于城市上空污染物擴(kuò)散和稀釋，同時(shí)，降水等可以有效降低空氣中的浮塵，使環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)。但6月，PM2.5濃度稍有回升，主要原因是收割農(nóng)作物時(shí)出現(xiàn)秸稈焚燒等現(xiàn)象。

入秋后，空氣擴(kuò)散條件較差，空氣污染加重。

綜上，鎮(zhèn)江市區(qū)PM2.5濃度冬季最高，春季與秋季次之，夏季最低。

圖1 2016年P(guān)M2.5月平均濃度變化趨勢圖

3 簡單的氣象因子對PM2.5濃度的影響

3.1天氣系統(tǒng)

鎮(zhèn)江市區(qū)PM2.5日平均濃度 ≥ 75 μg·m-3的污染日主要出現(xiàn)在冬、春兩季。這一時(shí)段天氣系統(tǒng)演變規(guī)律，即有利擴(kuò)散型(強(qiáng)氣壓場)和不利擴(kuò)散型(弱氣壓場)，與文獻(xiàn)[5-6]中的地面天氣系統(tǒng)類型相似。

分析秋、冬兩季PM2.5濃度較高日的地面圖得知，鎮(zhèn)江市區(qū)主要處于冷空氣來臨前的地面弱氣壓場和地面鋒面前均壓場，此時(shí)風(fēng)力不大，晝夜溫差較大，不利于污染物擴(kuò)散，上風(fēng)向污染物逐漸向下風(fēng)向蔓延，導(dǎo)致PM2.5濃度升高。

春季主要受沙塵暴和冷鋒過境的影響。冷鋒過后常伴有大風(fēng)天氣，遠(yuǎn)處的沙塵等顆粒物隨強(qiáng)風(fēng)而來，和蒙古氣旋下潛東移、東北冷渦配合，造成PM2.5濃度上升。隨著冷氣團(tuán)減弱并離境，地表被低氣壓控制，近地層呈穩(wěn)定狀態(tài)，大氣擴(kuò)散條件變差，處于弱風(fēng)或靜風(fēng)狀態(tài)，塵顆粒難以擴(kuò)散或下沉，出現(xiàn)長時(shí)間的浮塵天氣。在這種天氣條件下，本地污染物不易向上擴(kuò)散，導(dǎo)致PM2.5濃度居高不下，空氣質(zhì)量難以改善。

3.2地面溫度、地面氣壓、相對濕度和日照時(shí)數(shù)

表1 PM2.5濃度與氣象因子的Spearman秩相關(guān)性

3.3地面風(fēng)速

風(fēng)是影響邊界層內(nèi)污染物稀釋擴(kuò)散的重要因子之一。風(fēng)速直接影響污染物水平傳輸和稀釋擴(kuò)散作用，風(fēng)向決定污染物的移動(dòng)方向分布。統(tǒng)計(jì)分析2016年P(guān)M2.5日平均濃度和地面日平均風(fēng)速(圖2)后發(fā)現(xiàn)，一般情況下，隨著風(fēng)速的提高，空氣流動(dòng)加劇，污染物擴(kuò)散能力增強(qiáng)，PM2.5濃度降低；秋、冬兩季平均風(fēng)速不超過3 m·s-1時(shí)，PM2.5濃度一般高于75 μg·m-3，而平均風(fēng)速超過3 m·s-1時(shí)，很少出現(xiàn)PM2.5污染日，并且隨著風(fēng)速的提高，污染物日平均濃度呈下降趨勢。

圖2 2016年P(guān)M2.5日平均濃度與風(fēng)速變化圖

3.4地面風(fēng)向

鎮(zhèn)江屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，冬冷夏熱，季節(jié)分明，但因北臨長江，地勢起伏，地貌不一，加上局部天氣的影響，容易形成某些特殊天氣情況：春、秋、冬季的北向風(fēng)力偏大；秋、冬季氣溫明顯高于周圍地區(qū)；鎮(zhèn)江、句容、揚(yáng)州、泰興一線梅雨期的雨量和暴雨強(qiáng)度明顯大于其他地區(qū)。

分析2016年P(guān)M2.5日平均濃度、各季風(fēng)向(16風(fēng)向)頻數(shù)變化情況(圖3)發(fā)現(xiàn)，鎮(zhèn)江市區(qū)2016年度盛行風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)和南風(fēng)，平均風(fēng)速偏大，受陸向風(fēng)影響的時(shí)間、深度相比海向風(fēng)小而弱。鎮(zhèn)江市區(qū)PM2.5高濃度污染日主要出現(xiàn)在冬季，特別是風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)、北風(fēng)時(shí)，風(fēng)力較大，并伴隨沙塵天氣，空氣中PM2.5濃度較高[7]。

圖3 2016年風(fēng)向頻數(shù)和PM2.5濃度變化圖

分析各季風(fēng)向(8風(fēng)向)頻數(shù)和PM2.5濃度變化情況(表2)可以發(fā)現(xiàn)：

1) 春季的主導(dǎo)風(fēng)向是東風(fēng)，其中東南風(fēng)頻數(shù)較多。

2) 夏季，南風(fēng)、西南風(fēng)增多，偏東北風(fēng)明顯減少，主導(dǎo)風(fēng)向和次主導(dǎo)風(fēng)向開始轉(zhuǎn)為偏東南風(fēng)，說明陸向風(fēng)減弱，海向風(fēng)達(dá)到一定的強(qiáng)度，潮濕的氣流開始凈化空氣。

3) 秋季，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|北風(fēng)，次主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng)，偏東北風(fēng)的頻數(shù)增加。

4) 冬季，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)和北風(fēng)，次主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠憋L(fēng)，偏東風(fēng)頻數(shù)明顯減少，說明陸向風(fēng)已占主導(dǎo)地位。

因此，以北風(fēng)、西風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向的陸向風(fēng)影響時(shí)，鎮(zhèn)江市區(qū)的PM2.5濃度有加大的趨勢，以偏東風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向的海向風(fēng)影響時(shí)，PM2.5濃度有減小的趨勢，特別是7月，以東風(fēng)、南風(fēng)為主的海向風(fēng)最強(qiáng)盛，PM2.5濃度最低。

表2 四季風(fēng)向頻率和PM2.5濃度變化

4 結(jié)束語

1) 鎮(zhèn)江市區(qū)PM2.5濃度呈明顯的季節(jié)變化，冬季最高，春季和秋季次之，夏季最低。

2) 鎮(zhèn)江市區(qū)PM2.5濃度受地面天氣條件影響較大，當(dāng)處于冷鋒前、低壓后部、高壓前部等天氣形勢時(shí)，多出現(xiàn)PM2.5污染日。

3) 地面溫度、地面氣壓、日照時(shí)數(shù)等氣象因子對PM2.5濃度的影響較大，而相對濕度對PM2.5濃度的影響較小。

4) 地面風(fēng)向、風(fēng)速的變化對PM2.5濃度影響較大。當(dāng)北風(fēng)和西風(fēng)盛行時(shí)，PM2.5污染加劇；當(dāng)東風(fēng)和南風(fēng)盛行時(shí)，PM2.5污染較輕。

[1] 郭新彪,魏紅英.大氣PM2.5對健康影響的研究進(jìn)展[J].科學(xué)通報(bào),2015,58(13):1171-1177.

[2] 戴海夏,宋偉民.大氣PM2.5的健康影響[J].國外醫(yī)學(xué)衛(wèi)生學(xué)分冊,2001,28(5):299-303.

[3] 謝元博,陳娟,李巍.霧霾重污染期間北京居民對高濃度PM2.5持續(xù)暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)及其損害價(jià)值評估[J].環(huán)境科學(xué),2014,35(1):1-7.

[4] 鄭美琴,盧振札,張民凱,等.日照市區(qū)空氣污染物的時(shí)空分布特征[J].山東氣象,2004(4):2l-22.

[5] 孫南.常州市區(qū)空氣PM2.5污染分布和氣象因素影響初探[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2015,38(10):166-169.

[6] 鄭美琴,盧振禮.日照市區(qū)PM10污染物特征及其與氣象要素的關(guān)系[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2006,29(3):413-417.

[7] 蒲維維,趙秀娟,張小玲.北京地區(qū)夏末秋初氣象要素對PM2.5污染的影響[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2011,22(6):716-723.

〔責(zé)任編輯： 盧 蕊〕

OncharacteristicsofconcentrationofPM2.5inZhenjiangcityproperandrelationshipbetweenPM2.5andmeteorologicalfactors

QIU Jian, HUO Yuling, ZHEN Chen

(Atomosphere Research Center,Zhenjiang Environment Monitoring Central Station, Zhenjiang 212000, China)

In this paper, based on the analysis of daily average concentrations of PM2.5and meteorological data of corresponding period in 2016, it is found that PM2.5concentrations in winter is highest,in spring and autumn are obviously higher than those in summer, showing obvious seasonal variation. The variation of PM2.5concentrations and its variation with meteorological elements are summarized. Based on the analysis of relationship between PM2.5concentrations and ground temperature，humidity，pressure and sunshine duration，it is found that in Zhenjiang there is no significant correlation between PM2.5concentrations and meteorological factors above-mentioned，and PM2.5concentrations are affected by the surface wind directions and wind velocity significantly.

PM2.5；characteristics of concentration；meteorological factors

2017-03-16

邱 堅(jiān)(1981—)，男，江蘇鎮(zhèn)江人，高級工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測研究；霍玉玲(1988—)，女，江蘇鎮(zhèn)江人，助理工程師，主要從事環(huán)境空氣、空氣預(yù)報(bào)研究。

X511

： A

：1008-8148(2017)03-0056-04