黃　巍，王　軍

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院,成都　610000)

· 大氣環(huán)境 ·

成都市城區(qū)大氣顆粒物對(duì)能見度影響研究

黃巍，王軍

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院,成都610000)

通過(guò)對(duì)2013年3月～2014年2月選取春、夏、秋、冬各一個(gè)月進(jìn)行顆粒物濃度監(jiān)測(cè),及能見度數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示顆粒物濃度與能見度呈現(xiàn)較好的相關(guān)性。同時(shí)對(duì)各種氣象條件與顆粒物濃度及能見度的相關(guān)性分析顯示,風(fēng)速對(duì)顆粒物濃度及能見度的影響最大。不同粒徑顆粒物對(duì)能見度的影響也不同，相比于粗顆粒物(PM10)，細(xì)顆粒物(PM2.5)對(duì)能見度的影響更大。在大氣污染事件期間,不同粒徑顆粒物濃度變化情況不同，能見度也呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。由于受到交通限行政策影響,顆粒物濃度受到交通排放的影響,能見度也呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。由于與顆粒物影響關(guān)系密切，因此能見度可以作為一種顆粒物濃度特別是細(xì)顆粒物濃度的粗略的指示器，通過(guò)對(duì)能見度的視覺(jué)感知以便城市居民及時(shí)采取措施進(jìn)行自我防護(hù)。

大氣顆粒物；能見度；氣象條件

隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展以及城市中機(jī)動(dòng)車數(shù)量的不斷增加，城市中由于不斷積聚的人類的活動(dòng)導(dǎo)致的顆粒物濃度也在不斷變化，尤其是細(xì)顆粒物已逐漸發(fā)展成為城市中主要的大氣污染物[1]。大氣中的顆粒物通過(guò)對(duì)光的散射和吸收,影響了光在大氣中的傳輸,從而導(dǎo)致能見度的降低[2]。而能見度受顆粒物影響的因素較為復(fù)雜的,如顆粒物的不同粒徑、濃度及氣象條件等都會(huì)影響能見度。能見度的降低對(duì)于各種交通工具有著不容忽視的影響，特別是對(duì)于航空器[3]，因此對(duì)于能見度及其影響因素的研究有著較為重要的意義。

相對(duì)于對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)如北京、上海等地的研究[4]，對(duì)于中國(guó)西部地區(qū)的研究相對(duì)較少。本次研究的地點(diǎn)位于成都市(30.67°N, 104.06°E)，是我國(guó)西部地區(qū)最大的城市之一。截止2012年，成都市人口達(dá)到1400萬(wàn)，機(jī)動(dòng)車保有量約為240萬(wàn)輛。成都市位于四川盆地西部,常年平均風(fēng)速低，靜風(fēng)頻率高，導(dǎo)致這個(gè)城市中的大氣顆粒污染物不易消散，從而對(duì)人的健康產(chǎn)生極大的影響，尤其是在冬季，細(xì)顆粒物平均濃度比夏季高出1～2倍[5]。根據(jù)成都市疾控中心公布的2013年成都惡性腫瘤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，成都市肺癌發(fā)病率位居各種惡性腫瘤發(fā)病率的首位[6]。

本次研究通過(guò)對(duì)2013年3月～2014年2月選取春、夏、秋、冬各一個(gè)月進(jìn)行顆粒物濃度監(jiān)測(cè)及能見度數(shù)據(jù)收集，分析能見度與顆粒物濃度的關(guān)系，為充分理解成都市能見度變化的特征、規(guī)律提供參考，同時(shí)為相關(guān)政策的制定和修改提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究點(diǎn)位

如圖1所示，采樣點(diǎn)位于成都市城市中心位置(30.38°N，104.04°E)，距離最近的官方大氣顆粒物監(jiān)測(cè)站約2500m，采樣點(diǎn)位于距離地面18m的一棟辦公建筑樓頂，周邊50m范圍內(nèi)無(wú)高層建筑。

1.2研究方法

通過(guò)選取2013年3月，7月，10月及2014年1月4個(gè)月份分別代表春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)，對(duì)成都市市區(qū)顆粒物濃度進(jìn)行觀測(cè)，顆粒物的觀測(cè)儀器為兩臺(tái)DustTrak II 8530(TSI公司，美國(guó))，儀器的氣溶膠濃度范圍為0.001～ 400 mg/m3，粒徑切割器分別為10 μm及2.5 μm，入口流量設(shè)置為3 L/min，每天24h連續(xù)采樣，采樣時(shí)間為第一日8:00 am～次日8:00 am。

圖1　PM10和PM2.5采樣點(diǎn)位置(成都，錦江區(qū))Fig.1　Sampling location

1.3數(shù)據(jù)收集

能見度數(shù)據(jù)來(lái)自于美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NCDC)(http://www.ncdc.noaa.gov/)，氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象局(http://cdc.cma.gov.cn/home.do)，衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自于Terra衛(wèi)星的MODIS數(shù)據(jù)(http://neo.sci.gsfc.nasa.gov)，及風(fēng)云2號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)(http://www.nsmc.cma.gov.cn)。

2 　結(jié)果與討論

2.1顆粒物濃度及能見度的季節(jié)變化特征

為保證采樣數(shù)據(jù)的可靠性，通過(guò)對(duì)特定時(shí)間內(nèi)(3月1日～30日)的人工采樣數(shù)據(jù)日均值與官方監(jiān)測(cè)站發(fā)布的日均值數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示兩組數(shù)據(jù)呈現(xiàn)良好的相關(guān)性，PM10濃度的相關(guān)系數(shù)為0.78，PM2.5的相關(guān)系數(shù)為0.83。研究期間，PM10平均濃度為183.85±81.7 μg/m3，PM2.5平均濃度為107.75±41.47 μg/m3。PM10質(zhì)量濃度最高值出現(xiàn)在春季為290.79±174.74 μg/m3，PM2.5濃度最高值出現(xiàn)在冬季為143.39±47.16 μg/m3。PM10與PM2.5的最低值均出現(xiàn)在夏季，分別為 79.56±22.19μg/m3及51.22±14.21 μg/m3。研究期間PM10顆粒物濃度超過(guò)國(guó)家二級(jí)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值的日期數(shù)分別為春季27d，夏季0d，秋季14d，冬季27d，對(duì)于PM2.5則為春季28d，夏季2d，秋季22d，冬季29d。研究期間的能見度均值為5.5±1.78 km，相比成都市1973年～2010年之間的能見度均值8.5±3.9km有所下降[7]。

圖2　顆粒物濃度及能見度的季節(jié)變化Fig.2　Seasonal variations of particles concentration and visibility

如圖2所示，兩種粒徑顆粒物濃度的變化趨勢(shì)均為從春季到夏季逐漸降低，區(qū)別在于PM10較PM2.5降低的幅度更大，隨后從夏季逐漸升高至冬季，與Zhao et al的研究結(jié)果不同[8]。能見度的季度變化趨勢(shì)基本與顆粒物質(zhì)量濃度的變化趨勢(shì)基本相反，從春季到夏季逐漸升高，隨后逐漸降低至冬季。夏季能見度最高為6.91±1.56km，冬季能見度最低為3.78±2.01km。由于夏季降水量及較高的風(fēng)速，能有效的降低大氣中顆粒物的濃度，導(dǎo)致能見度較高，而在冬季降水和風(fēng)速都最低，顆粒物在大氣中聚集，對(duì)光的吸收和散射從而使得能見度在4個(gè)季節(jié)中最低。通過(guò)圖2可知，能見度與顆粒物濃度有著良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)顆粒物濃度較高時(shí)能見度較低，反之亦然。

2.2顆粒物濃度、能見度與氣象要素的關(guān)系

顆粒物濃度的季度變化主要是由于每個(gè)季度不同的氣象條件引起的，同時(shí)，氣象要素在不同環(huán)境中對(duì)于能見度的影響也不同。例如，在干燥的沙漠地帶，較高的風(fēng)速會(huì)揚(yáng)起沙塵而造成能見度偏低，而在濕潤(rùn)的氣候區(qū)域，較高的風(fēng)速有利于顆粒物的稀釋和消散從而提高能見度。通過(guò)分析能見度與顆粒物濃度、及氣象要素(溫度、濕度、風(fēng)速)的相關(guān)性，有助于研究成都市各種氣象要素對(duì)顆粒物濃度及能見度的影響。表1為研究期間顆粒物濃度、能見度與各氣象要素的相關(guān)系數(shù)，通過(guò)表1可知，相對(duì)于粒徑較大的顆粒物，PM2.5濃度與能見度呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)更大。因此，能見度受到細(xì)顆粒物濃度的影響更大。在各個(gè)氣象要素中，能見度與風(fēng)速呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，風(fēng)速相對(duì)越大，能見度相對(duì)越高，需要注意的是由于成都市常年平均風(fēng)速相對(duì)較小，若風(fēng)速過(guò)大可能導(dǎo)致?lián)P塵而降低能見度。

表1　顆粒物濃度及能見度與氣象要素的皮爾森相關(guān)系數(shù)

注：*相關(guān)性在0.05水平顯著;**相關(guān)性在0.01水平顯著。

2.3顆粒物濃度及能見度的周變化特征

自2012年底開始成都市開始實(shí)行的新的機(jī)動(dòng)車尾號(hào)限行政策，由于機(jī)動(dòng)車相關(guān)排放如尾氣排放、剎車片磨損、輪胎磨損等以及機(jī)動(dòng)車行駛引起的道路揚(yáng)塵是成都市城市大氣顆粒物的重要貢獻(xiàn)源，因此對(duì)于交通限行政策引起的顆粒物濃度的周變化規(guī)律的研究，能夠?qū)φ咧贫ㄕ咛峁┮罁?jù)以便在完善政策時(shí)參考。

圖3　顆粒物濃度及能見度的周變化Fig.3　Weekly variations of particulate concentrations and visibility

圖3為根據(jù)各季節(jié)的每日濃度及能見度對(duì)應(yīng)的星期數(shù)，將研究期間的每日顆粒物濃度及能見度計(jì)算平均值后的顆粒物濃度及能見度周變化趨勢(shì)，顆粒物濃度的最高值均出現(xiàn)在周一，分別為PM10濃度217.32±136.21μg/m3，PM2.5濃度119.96±46.23 μg/m3，隨后呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，在周二出現(xiàn)顆粒物濃度最低值分別為PM10濃度164.11±79.26μg/m3，PM2.5濃度98.37±47.48μg/m3，從周四開始出現(xiàn)上升趨勢(shì)。PM10第2個(gè)峰值出現(xiàn)在周三，而PM2.5第2個(gè)峰值則出現(xiàn)在周日。能見度的變化趨勢(shì)基本與顆粒物濃度相反，峰值出現(xiàn)在周二，能見度為6±1.21km，谷值出現(xiàn)在周三為5.31±1.19km。周末的顆粒物濃度均值分別為PM10濃度183.81±68.05 μg/m3，PM2.5濃度113.88±34.63μg/m3，能見度為5.44±1.54km，工作日的顆粒物濃度均值為分別為PM10濃度185.47±95.96 μg/m3，PM2.5濃度105.99±41.24μg/m3，能見度為5.51±1.23km。

2.4大氣污染事件期間顆粒物濃度及能見度

對(duì)于大氣污染事件期間的顆粒物濃度及能見度的研究有利于分析不同粒徑顆粒物在大氣污染期間的變化情況及對(duì)能見度的影響。2013年3月10號(hào)～3月13日之間成都市出現(xiàn)的沙塵天氣，圖4為風(fēng)云2號(hào)衛(wèi)星圖顯示的在3月11日及3月13日來(lái)自西北部的沙塵兩次入侵成都市的衛(wèi)星圖，在這期間PM10的平均濃度為547.33±259.97μg/m3，PM2.5的平均濃度為197.19±66.6μg/m3，PM2.5與PM10的比值為0.36，在沙塵期間，細(xì)顆粒物占PM10的比例較小，因此沙塵對(duì)于粒徑較大顆粒物貢獻(xiàn)更大。能見度為4.6±1.3km，較春季的能見度均值低21%，因此沙塵期間由于受到粗顆粒物的影響導(dǎo)致能見度降低。

圖4　3月11日及13日沙塵衛(wèi)星Fig.4　Satellite map of dust storm on March 11 and 13

圖5　2013年10月8日～10日成都周邊火點(diǎn)分布Fig.5　Satellite map of fire-point from October 8 to 10

圖5為Terra衛(wèi)星的MODIS數(shù)據(jù)顯示的2013年10月8日～10日在成都市北部生物質(zhì)燃燒的火點(diǎn)，在此期間PM10的濃度為171±32.07μg/m3，PM2.5的濃度為129.33±30.89μg/m3，PM2.5與PM10的比值為0.76，可見秸稈等生物質(zhì)的燃燒對(duì)細(xì)顆粒物濃度的貢獻(xiàn)相對(duì)更大。能見度為3.8±0.87km，較秋季的能見度均值低33%，在生物質(zhì)燃燒期間由于受到細(xì)顆粒物影響導(dǎo)致能見度降低。相比于受到粗顆粒物影響的沙塵期間，生物質(zhì)燃燒期間的能見度降低幅度更大，因此可以認(rèn)為在成都市細(xì)顆粒物對(duì)于能見度的影響較粗顆粒物的影響更大。

3　結(jié)　語(yǔ)

研究期間，顆粒物濃度水平較高，能見度水平較之前的研究結(jié)果較低。各季節(jié)中夏季顆粒物濃度最低能見度最高，冬季顆粒物濃度最高而能見度最低。顆粒物濃度越大對(duì)能見度影響越大，同時(shí)細(xì)顆粒物較粗顆粒物對(duì)能見度的影響更大。在各氣象要素中，風(fēng)速對(duì)能見度的影響比其他要素更大。由于受到交通限行政策的影響，顆粒物濃度的最高值分別出現(xiàn)在周一和周末，最低值出現(xiàn)在周二。在不同的大氣污染事件期間，不同粒徑顆粒物濃度不同，對(duì)于能見度影響也不同。沙塵期間，粗顆粒物濃度增加更多，而在生物質(zhì)燃燒期間，細(xì)顆粒物濃度增幅相對(duì)更大，與同時(shí)期能見度相比，細(xì)顆粒物對(duì)于能見度的影響更大。

[1]張懿華, 段玉森, 高松, 等. 上海城區(qū)典型空氣污染過(guò)程中細(xì)顆粒污染特征研究[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2011, 31(7): 1115-1121.

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[3]沈宏斌, 宋靜. 成都雙流機(jī)場(chǎng)能見度氣候特征及氣象相關(guān)性分析 [J]. 成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào), 2013, 28(6): 672-676.

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[6]毛逸.成都疾控中心：成都癌癥發(fā)病率肺癌高居首位[EB/OL].http://www.sc.xinhuanet.com/content/2014-04/16/c-1110259282.htm,2014-04-16.

[7]Wang Q, Cao J, Tao J,et al. Long-Term Trends in Visibility and at Chengdu, China [J]. Plos one, 2013,8(2):295-298.

[8]Zhao H, Che H, Zhang X,et al. Characteristics of visibility and particulate matter (PM) in an urban area of northeast China [J]. Atmospheric Pollution Research, 2013, 4(4):427-434.

Study on the Impact of Atmospheric Particulate Matter on the Visibility in Urban Area of Chengdu

HUANG Wei, WANG Jun

(CollegeofArchitecture&Environment,SichuanUniversity,Chengdu610000,China)

Mass concentration of ambient particulate matter were monitored in the selected one month of spring, summer, fall and winter during the period from March 2013 to February 2014, data of visibility were collected simultaneously, correlation analysis showed that particulate concentration and visibility presented a good correlation. Meanwhile, correlation analysis between particulate concentration and visibility as well as meteorological factors showed that the wind velocity has the biggest influence on the particle concentration and visibility. The effect of particulate matter with different size on visibility was different, compared with the coarse particulate matter (PM10), the effect of fine particles (PM2.5) on the visibility was greater. During air pollution episode, the mass concentrations of particulate matter with different size were different, so the variation of visibility showed different patterns. Due to the policy of traffic restriction in Chengdu, particle concentrations were influenced by traffic emission, resulting in the regular variation of visibility. Because of the close relationship between the visibility and particle concentrations, visibility can be used as a rough indicator of particle concentrations especially fine particulate matter concentrations, so that through the perception of visibility, residents could take measures for self-protection in time.

Atmospheric particulate matter; visibility; meteorological factors

2014-11-05

國(guó)家自然科學(xué)基金(51308361); 中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2012M511930)。

黃巍(1981- ),男,四川成都人, 四川大學(xué)人居環(huán)境專業(yè)2011級(jí)在讀博士研究生, 助理工程師,從事人居環(huán)境研究方向。

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A

1001-3644(2015)02-0059-04