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包头市冬春大气颗粒物污染及其与气象条件关系

2019-11-28都仁吉雅

环境与发展 2019年10期

摘要:大气污染是影响城市生态建设质量与居民生活健康的重要因素,大气中颗粒物的浓度是对大气污染进行测评的标准之一。本文对包头市春季、冬季的颗粒物分布特征与浓度变化进行调查,在五个不同的功能区设置观测点,通过对PM2.5、PM10数值变化的分析,利用Spearman秩相关技术,对气象因子中的相对湿度、气温、气压以及风速与颗粒物浓度之间的关联性进行探究,为包头市的大气污染治理提供一些依据。

关键词:相对湿度;空间特征;气温影响

中图分类号:X51 文献标识码:A 文章编号:2095-672X(2019)10-0-02

DOI:10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.093

Abstract: Air pollution is an important factor affecting the quality of urban ecological construction and the health of residents. The concentration of particulate matter in the atmosphere is one of the criteria for measuring atmospheric pollution. This paper investigates the distribution characteristics and concentration changes of particulate matter in spring and winter in Baotou City, and sets observation points in five different functional areas. Through the analysis of the numerical changes of PM2.5 and PM10, the Spearman rank correlation technique is used to measure the meteorological factors. The relative humidity, temperature, air pressure, and the correlation between wind speed and particulate matter concentration are explored to provide some basis for air pollution control in Baotou City.

Key words: Relative humidity; Spatial characteristics; Temperature influence

近幾年,包头市在冬季与春季两个季节连续出现雾霾天气,空气中的颗粒物浓度超标,不仅降低了城市的能见度,增加了交通隐患,对人们的身体也有着较大的威胁。本文通过对不同城区、不同季节颗粒物浓度变化的监测研究,对雾霾发生与气象因素的关系进行系统的探析。

1 包头市春季、秋季大气污染的时间与空间特征

1.1 时间特征

1.1.1 不同时间不同区域浓度变化表现

包头市全市颗粒物浓度变化与局部地区的监测数据曲线呈双峰单谷特征,整体趋势表现一致,在1月份质量最高,在2月份颗粒物浓度最低。其中PM10的数据变化曲线最明显。不同监测区域的表现存在差异:东河地区颗粒物浓度最高,原因在于该区域的地表裸露面积较大,建筑工程数量较多;昆区与九原区表现趋同,颗粒物浓度小于东河区。昆都仑区属于包头市的商业区,人为活动频繁,交通量大,汽车尾气与生产生活废气排放量大,浓度相对较高。九原区临近东河区,受风力、风向的影响,大气污染程度较重;高新区的PM10浓度相对较低;青山区是大气污染程度最轻的地区,由于高新区与青山区的地表裸露面积相对较低,可以适当降低空气中的颗粒物含量,受污染影响程度轻。

1.1.2 变化原因

PM10空气质量时间变化的原因包括:第一,进入冬季气温大幅度下降,需要大量燃烧化石燃料,颗粒物产生源头增加,大气颗粒物的排放总量大幅度提升,在一月份达到峰值。此后,春节到来,处于休假期,交通量、施工量下降,颗粒物浓度整体降低,在二月份达到最低值。第二,春季包头市受风尘影响大,由于气候原因扩大了扬尘、粉尘传播的范围,颗粒物浓度再次提升。第三,四月份的植被大部分处于抽芽期,土地裸露面积减少,颗粒物浓度降低。

2 空间特征

2.1 空间分布表现

将调查区域按照功能不同划分为五个模块,分别是游览区、工业区、商业区、文化区以及交通密集区。城区功能的不同,颗粒物在大气中的浓度也有所区别。通过包头市不同区域的数据监测,可以发现春季、冬季包头区域的颗粒物浓度值排列按照由高到低的顺序为:工业区最高,其次是商业区,文化区处于交通密集区之前,游览区最后。颗粒物的标尺区间浓度也存在差异,PM2.5和PM10的最小质量在两个季节表现不同,冬季的峰值是春季最小浓度的1.3倍。冬季的标尺间段数远高于春季段数,对研究空间颗粒浓度、污染情况有着重要的参考作用。冬季大气细颗粒污染物高于春季,污染浓度较大,影响区域面积扩大,颗粒物分布较为密集。包头市春季与冬季的大气污染均超过了国家标准,影响大气颗粒物浓度的因素包括:包头市的地理环境与气候条件,春冬降雨少;污染物城郊区域分布范围、浓度不同,人为活动对污染情况的影响较大;植物覆盖情况、地表裸露情况对大气污染也有着较强的影响。

2.2 出现空间变化的原因

颗粒物在大气中的浓度、分布、范围的影响因素分为自然因素与人为因素两种。自然因素包括地势、气候等,包头市处于北方地区,与蒙古接壤,整体地势中间高、四周低、西高东低,颗粒物浓度由于地势的原因分布不均。与此同时,包头市冬季供暖通常采用燃烧化石能源的方式,冬季大气中的小颗粒污染物较多。春季受气候影响,风尘大,大气污染浓度也有所上升。除此之外,夏秋两季通常是建筑施工的高峰期,工程建设与道路扬尘对颗粒物的分布、浓度也有着一定的影响。

3 气象因素与PM2.5和PM10质量浓度的关系

3.1 气象条件与颗粒物浓度的关联性分析

监测区颗粒物浓度研究数据表明,气象因素对颗粒物的分布状态与浓度有着关键的影响,影响作用包括:沉降、积累、扩散、稀释与清除等。不利的气象条件会增加颗粒物的扩散范围与密集程度,因此,需要对不同气象因子对颗粒物浓度的具体影响做出判断。通过Spearman秩相关技术,对包头市颗粒物的大气含量进行检测实验时,应该考虑冬春两季的降雨影响,采用相对湿度作为实验指标,降低同分率的不利影响。

3.2 不同气象条件对颗粒物浓度的具体影响

包头市冬春季PM2.5和PM10的质量浓度分别与气温和气压正相關,而与相对湿度和风速负相关。其中,PM2.5与风速、相对湿度和气压的相关程度较高(Spearman秩相关系数为0.516,P<0.01),与气温相关程度较低,即较细颗粒物受气压、风速和相对湿度影响更大,而对气温响应较低;PM10与气温、风速和气压的相关系数比PM2.5的大(Spearman秩相关系数为0.773,P<0.01)。

3.2.1 相对湿度与风速影响

包头市的冬季与春气的气温、气压、湿度、风速对颗粒物的分布与浓度都有着一定的影响。PM2.5与湿度相关性更高,空气湿度较大,水分子与细颗粒物发生沉降反应,降低污染浓度;颗粒物如果受风速影响,可以稀释空气细颗粒物浓度。监测数据表明,当相对湿度较高,或者出现降水情况,受到吸湿增长的作用,一定质量的颗粒物会由于重量因素,发生自然沉降,降低密集颗粒的浓度。除此之外,大气中水含量升高,可能会形成降雨、降雪等气象情况,清除空气中的颗粒物,与PM2.5和PM10的空气浓度呈负相关。

3.2.2 气温与气压影响

包头市冬春季气候调查发现,城区冬春季空气干燥,土壤湿度小,风速过大,将地面的尘粒带到环境空气中,形成大量浮尘、扬沙,造成了颗粒物的污染,降低空气质量。气压的高低与大气环流形势密切相关。地面受高压控制时,中心部位的空气向周围下降,阻止污染物向上扩散。在稳定高压的控制下,大气污染加重,颗粒物浓度较大。当地面受低压控制时,四周高压气团流向中心,中心形成上升气流,通常风力较大,有利于污染物向上扩散,颗粒物浓度较小。相关性分析表明,颗粒物浓度与气温呈正相关,且PM10与气温的相关性(Spearman秩相关系数为0.671,P<0.01)较PM2.5更加显著,说明与温度相关的气象条件与日照时间对较大颗粒物在大气中的分布影响更显著。

4 结语

研究表明,包头市不同城区之间的颗粒物PM2.5和PM10值存在差距,空间分布整体呈梯度形式,冬季较春季空间分布特征更明显,人为因素与自然条件对颗粒物的分布、浓度都有着一定的影响。气象因子中的相对湿度、风速与颗粒物浓度呈负相关;气温、气压与大气中的污染颗粒浓度呈正相关。在开展环境治理的过程中,应该合理参考气象因素对大气污染状况的影响,采取针对性的防治手段,为包头市的绿色城市建设工程提供保障。

参考文献

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收稿日期:2019-09-19

作者简介:都仁吉雅(1983-),女,蒙古族,研究生,研究方向为决策气象服务。