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        永安市環(huán)境主要空氣指標(biāo)變化周期分析

        2009-01-01 00:00:00樓建華
        海峽科學(xué) 2009年6期

        [摘要]采用傅立葉波譜分析方法對(duì)永安市環(huán)境監(jiān)測(cè)站2007年二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)日均值數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波分析,結(jié)果表明:永安市二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物都存在一定的變化周期,二氧化硫主要是以星期為周期的區(qū)域環(huán)流影響大尺度變化為主,以月為周期的背景變化及以每日為周期的局地變化為其次;二氧化氮和可吸入顆粒物均以3個(gè)月以上為周期的背景變化為主,以星期為周期的區(qū)域環(huán)流影響大尺度變化為其次,可吸入顆粒物還受以每日為周期的局地變化影響。

        [關(guān)鍵詞]傅立葉波譜分析周期貢獻(xiàn)率大尺度變化局地變化

        永安市環(huán)境監(jiān)測(cè)站采用長(zhǎng)光程差分吸收光譜法對(duì)大氣因子開(kāi)展常規(guī)監(jiān)測(cè)。為了評(píng)價(jià)永安市環(huán)境空氣中二氧化硫、二氧化氮及可吸入顆粒物受大尺度環(huán)流和局地影響的變化狀況,采用傅立葉分解波譜,對(duì)永安市2007年二氧化硫、二氧化氮及可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)日均值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,分離出受局地影響的高頻波和受區(qū)域大尺度環(huán)流影響的低頻波,確定三個(gè)污染因子受影響的變化周期及變化狀況,為污染控制提供一定的決策依據(jù)。

        1分析方法簡(jiǎn)介

        對(duì)某一監(jiān)測(cè)要素的時(shí)間系列,它由一系列監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)組成。對(duì)這一時(shí)間系列使用傅立葉函數(shù)進(jìn)行諧波分析,可以分解為一系列的正弦波。通常這些正弦波有各種周期波動(dòng),它們是相互正交的,即各不相關(guān)。最長(zhǎng)的周期等于系列的長(zhǎng)度,這個(gè)正弦波稱為基波,對(duì)應(yīng)的周期稱為基本周期。其余各正弦波稱為諧波,它們的周期分別是基本周期的1/2,1/3,1/4,…,最短的周期為時(shí)間間隔長(zhǎng)度的2倍。衡量某個(gè)諧波的重要性,可以用相對(duì)貢獻(xiàn)來(lái)度量。通過(guò)統(tǒng)計(jì)各周期諧波波群的貢獻(xiàn)率以確定影響大小。

        2數(shù)據(jù)綜合分析

        采用2007年度二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)日均值進(jìn)行傅立葉波譜分析。固定參數(shù)見(jiàn)表1。

        表1固定參數(shù)一覽表

        時(shí)間序列長(zhǎng)度最大波數(shù)基波波數(shù)最小波數(shù)

        36518212

        2.1 二氧化硫傅立葉波譜分析

        對(duì)二氧化硫監(jiān)測(cè)日均值進(jìn)行諧波分析,各波群貢獻(xiàn)率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。由各波群的貢獻(xiàn)率大小發(fā)現(xiàn):周期為3-5天和6~9天、15~30天、2天以下的變化占主要部分,其他周期變化的貢獻(xiàn)較小。上述結(jié)果顯示,永安市二氧化硫的變化主要是以星期為周期的天氣影響(區(qū)域環(huán)流影響)大尺度變化為主,以月為周期的背景變化及以每日為周期的局地變化為其次。反映了長(zhǎng)距離能源消耗源影響變化為主、以局地影響為次的規(guī)律。合成波群分析結(jié)果示意圖見(jiàn)圖1,波的振幅越大,影響越大。

        表2各波群貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)表

        波群2天3~5天6~9天10~15天15~30天1~2月2~3月3個(gè)月以上

        貢獻(xiàn)率13.225.813.38.518.69.311.10.2

        圖1二氧化硫傅立葉波譜分解示意圖

        2.2 二氧化氮傅立葉波譜分析

        對(duì)二氧化氮監(jiān)測(cè)日均值數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波分析,各波群貢獻(xiàn)率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。由各波群的貢獻(xiàn)率大小發(fā)現(xiàn):周期為3個(gè)月以上、15~30天和3~5天的變化占主要部分,其他周期變化的貢獻(xiàn)較小。上述結(jié)果顯示,永安市二氧化氮的變化主要是以3個(gè)月以上為周期的背景變化為主,以星期為周期的區(qū)域環(huán)流影響大尺度變化為其次。反映了除背景變化外,以長(zhǎng)距離能源消耗源影響變化為主的規(guī)律。合成波群分析結(jié)果示意圖見(jiàn)圖2,振幅越大,影響越大。

        表3各波群貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)表

        波群2天3~5天6~9天10~15天15~30天1~2月2~3月3個(gè)月以上

        貢獻(xiàn)率8.114.59.36.714.91.111.733.8

        圖2二氧化氮傅立葉波譜分解示意圖

        2.3 可吸入顆粒物傅立葉波譜分析

        對(duì)可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)日均值數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波分析,各波群貢獻(xiàn)率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。由各波群的貢獻(xiàn)率大小發(fā)現(xiàn):周期為3個(gè)月以上、6~9天和3~5天、2天以下的變化占主要部分,其他周期變化的貢獻(xiàn)較小。上述結(jié)果顯示,永安市可吸入顆粒物的變化主要是以3個(gè)月以上為周期的背景變化為主,以星期為周期的區(qū)域環(huán)流影響大尺度變化及以每日為周期的局地變化為其次。反映了除背景變化外,長(zhǎng)距離污染源影響變化為主、以局地影響為次的規(guī)律。合成波群分析結(jié)果示意圖見(jiàn)圖3,振幅越大,影響越大。

        表4各波群貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)表

        波群2天3~5天6~9天10~15天15~30天1~2月2~3月3個(gè)月以上

        貢獻(xiàn)率11.612.814.07.17.69.810.426.8

        圖3可吸入顆粒物傅立葉波譜分解示意圖

        3結(jié)論

        3.1 永安市二氧化硫的變化主要是以星期為周期的天氣影響(區(qū)域環(huán)流影響)大尺度變化為主,以月為周期的背景變化及以每日為周期的局地變化為其次。

        3.2 二氧化氮的變化主要是以3個(gè)月以上為周期的背景變化為主,以星期為周期的區(qū)域環(huán)流影響大尺度變化為其次。

        3.3可吸入顆粒物的變化主要是以3個(gè)月以上為周期的背景變化為主,以星期為周期的區(qū)域環(huán)流影響大尺度變化及以每日為周期的局地變化為其次。

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