邱雪，張明軍，王圣杰

西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070

西北干旱區(qū)PM10濃度特征及其與水平能見(jiàn)度的關(guān)系

邱雪，張明軍*，王圣杰

西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070

利用環(huán)保部門(mén)的API、PM10數(shù)據(jù)和氣象部門(mén)的能見(jiàn)度、相對(duì)濕度等相關(guān)數(shù)據(jù)，分析了2011─2013年西北干旱區(qū)（包括新疆、甘肅、內(nèi)蒙古PM監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分別19個(gè)、5個(gè)、13個(gè)）PM10濃度的空間分布特征和時(shí)間變化特征，并以新疆為例，研究了其PM10濃度特征及其與水平能見(jiàn)度（包括全部天氣條件和晴空條件，以及干能見(jiàn)度、干消光系數(shù)）的關(guān)系，以期了解西北干旱區(qū)的PM10濃度狀況，為有效控制PM10污染提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明，（1）2011─2013年，整個(gè)西北干旱區(qū)的PM10濃度存在明顯的區(qū)域差異，新疆的PM10濃度明顯高于甘肅、內(nèi)蒙古，且新疆和甘肅大部分城市的PM10濃度已超過(guò)國(guó)家二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。就季節(jié)分布而言，整個(gè)西北干旱區(qū)冬春季PM10濃度相對(duì)較高，秋季次之，夏季最低。（2）2011─2013年，西北干旱區(qū)絕大多數(shù)城市的 PM10濃度月變化波動(dòng)都比較大，波動(dòng)曲線(xiàn)基本呈現(xiàn)出“M”型、“U”型、“N”型和“n”型4種。（3）PM10濃度與水平能見(jiàn)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。為了降低分析誤差，我們將PM10數(shù)值以100 μg·m-3為步長(zhǎng)進(jìn)行了分組，分析了 PM10濃度距平與水平能見(jiàn)度的關(guān)系，得出當(dāng)PM10濃度為負(fù)距平時(shí)，能見(jiàn)度距平多為正值，且對(duì)應(yīng)的水平能見(jiàn)度比相應(yīng)氣象條件下的平均值高，而當(dāng)PM10濃度為正距平時(shí)，能見(jiàn)度距平多為負(fù)值，且對(duì)應(yīng)的水平能見(jiàn)度比相應(yīng)氣象條件下的平均值低。

PM10；西北干旱區(qū)；新疆；水平能見(jiàn)度

大氣可吸入顆粒物（PM10）指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于10 μm的顆粒物（中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部，2012），是影響城市大氣環(huán)境質(zhì)量的重要污染物之一（安俊嶺等，2000；Ta等，2004）。它主要來(lái)源于人類(lèi)活動(dòng)如工廠(chǎng)、家庭、交通運(yùn)輸、建筑施工等產(chǎn)生的廢氣、煙塵、揚(yáng)塵以及自然起源如火山噴發(fā)、森林火災(zāi)、海水泡沫而進(jìn)入大氣的火山灰、煙塵、鹽粒和被風(fēng)吹起的揚(yáng)塵等（朱能文，2005）。大氣可吸入顆粒物由于其對(duì)全球氣候變化、大氣能見(jiàn)度以及人體健康的影響已經(jīng)引起科學(xué)界的廣泛重視（Dockery和Pope，1994），是近年來(lái)大氣環(huán)境研究的重要對(duì)象之一。例如，PM10對(duì)人類(lèi)呼吸系統(tǒng)、心肺功能等的危害性已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外大量流行病學(xué)和毒理學(xué)研究所證實(shí)（Fuji等，2001；魏復(fù)盛等，2000）；環(huán)境空氣中的顆粒物會(huì)引起大氣能見(jiàn)度降低（王淑英等，2003；宋宇等，2003），對(duì)全球氣候變化也有嚴(yán)重影響（Buseck和Posfai，1999）；此外，PM10在酸沉降、氣候強(qiáng)迫、大氣化學(xué)過(guò)程等方面也具有重要作用（紀(jì)飛等，2001）。趙偉等（2008）的研究結(jié)果表明，春季中國(guó)沙塵氣溶膠柱的高值區(qū)主要集中在西北地區(qū)，并且由西向東、由北向南遞減，沙塵氣溶膠的存在，一方面會(huì)導(dǎo)致中國(guó)大部分地區(qū)出現(xiàn)地面降溫，另一方面也會(huì)導(dǎo)致小雨降水量減少20%左右。相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)，PM10濃度與大氣能見(jiàn)度之間存在著一定相關(guān)性（Dayan和Levy，2005；Dayan等，2008；Chung等，2003），在中國(guó)北方，PM10濃度與能見(jiàn)度存在著顯著的冪函數(shù)關(guān)系（Wang等，2008）。

長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)家環(huán)保部門(mén)對(duì)空氣質(zhì)量的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)城市多集中于中東部地區(qū)（Qu等，2010；郭元喜等，2012），在新疆、甘肅、內(nèi)蒙古等西北部省區(qū)，每個(gè)省區(qū)一般僅有1～2個(gè)國(guó)控點(diǎn)，不足以代表這一區(qū)域的環(huán)境狀況，特別是新疆南部等地長(zhǎng)期缺乏代表站點(diǎn)，因此有必要采用更多監(jiān)測(cè)站來(lái)反映該地區(qū)的 PM10濃度特征。本研究根據(jù)各省區(qū)環(huán)保部門(mén)公布數(shù)據(jù)，分析了西北干旱區(qū) PM10濃度時(shí)空變化特征，有助于完善對(duì)西北地區(qū) PM10濃度變化的認(rèn)識(shí)。考慮到新疆 PM10濃度較高，因此選取新疆境內(nèi)數(shù)據(jù)完整的17個(gè)監(jiān)測(cè)站，分析了其PM10濃度特征及其與能見(jiàn)度的關(guān)系，以期了解 PM10濃度的變化情況，為有效控制PM10污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文使用的API及PM10濃度數(shù)據(jù)分別來(lái)自于新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境保護(hù)廳、甘肅省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站、內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境保護(hù)廳。其中新疆和甘肅部分城市的 PM10數(shù)據(jù)由其環(huán)保部門(mén)提供的空氣污染指數(shù)（API）換算而來(lái)。西北干旱區(qū)范圍內(nèi)，新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、寧夏4省區(qū)的PM監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分別有19、5、13、3個(gè)（圖1）。由于寧夏環(huán)保部門(mén)提供的 PM10數(shù)據(jù)不完整，因此沒(méi)有研究該區(qū)域。鑒于數(shù)據(jù)的完整性和一致性，本文分析了西北干旱區(qū)（除寧夏外）PM10濃度2011─2013年的空間分布特征和時(shí)間變化特征，并以新疆為例研究了其PM10濃度特征及其與水平能見(jiàn)度的關(guān)系，相關(guān)氣象參數(shù)由中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供，除北屯、阜康、和靜、奎屯、五家渠、昌吉外，其他13個(gè)城市均有氣象資料支持（圖1），但由于石河子、博樂(lè)、阿圖什氣象數(shù)據(jù)不完整，因此在這部分研究中也剔除了這3個(gè)站點(diǎn)。

圖1 西北干旱區(qū)PM10監(jiān)測(cè)站分布圖Fig. 1 The distribution of PM10monitoring stations in arid northwest China

1.2 研究方法

1.2.1 PM10的換算方法

關(guān)于 PM10的換算方法已有大量描述，且被廣泛應(yīng)用于早期研究（Choi等，2008；Gong等，2007；Qu等，2010）。

對(duì)于以PM10為首要污染物的時(shí)段，PM10濃度即為

式中，I為API日值，IU和IL分別為表1中API日值所在區(qū)間的上限與下限，cU和cL分別為相應(yīng)區(qū)間 PM10濃度的上限與下限。就本研究區(qū)而言，在各種污染物中，PM10為首要污染物的比例遠(yuǎn)大于其他污染物（SO2與NO2）。因此，對(duì)于無(wú)標(biāo)注首要污染物的時(shí)段，亦以PM10為首要污染物計(jì)算。

表1 PM10為首要污染物情況下PM10濃度與空氣污染指數(shù)(API)的對(duì)應(yīng)關(guān)系Table 1 Relationship between PM10concentration and individual Air Pollution Index (API) with PM10as primary pollutant

1.2.2 干消光系數(shù)及干能見(jiàn)度的計(jì)算

另外，本文中引入了一個(gè)相對(duì)訂正因子來(lái)降低相對(duì)濕度可能對(duì)不同區(qū)域產(chǎn)生的差異，最終獲得干消光系數(shù)（Husar和Holloway，1984），及干能見(jiàn)度（Rosenfeld等，2007）。

具體計(jì)算方法如下：

這里 bext為“干消光系數(shù)”，RH為相對(duì)濕度，為“濕消光系數(shù)”（未經(jīng)過(guò)訂正的消光系數(shù)），可 以 利 用 Koschmieder關(guān) 系 式（Koschmieder，1926）計(jì)算獲得，其中K根據(jù)Griffing（1980）和Ozkaynak等（1985）取值1.9，V是觀測(cè)得到的能見(jiàn)度，單位為 km，參數(shù) k1、k2、k3參考Che等（2007）的文獻(xiàn)。

干能見(jiàn)度即為

式中，V為水平能見(jiàn)度實(shí)測(cè)值，RH為相對(duì)濕度。

1.2.3 其他方法

在ArcGIS 9.3軟件中對(duì)相關(guān)的空間分布等圖進(jìn)行了繪制，并運(yùn)用SigmaPlot軟件分析了PM10濃度的時(shí)間變化以及 PM10與能見(jiàn)度（包括干能見(jiàn)度、干消光系數(shù)）的距平關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 PM10濃度的空間變化特征

2.1.1 全年變化

從2011─2013年西北干旱區(qū)PM10濃度的空間分布來(lái)看（圖2），整個(gè)西北干旱區(qū)的PM10濃度存在明顯的區(qū)域差異，新疆的 PM10濃度年均值明顯高于甘肅、內(nèi)蒙古。依據(jù)我國(guó) PM10二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-2012）年均值70 μg·m-3衡量，新疆和甘肅大部分城市已超過(guò) PM10二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，新疆和甘肅的PM10年均值分別為114、91 μg·m-3，而內(nèi)蒙古的PM10年均值僅為71 μg·m-3，略高于國(guó)家二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。就新疆而言，天山以北的 PM10濃度普遍低于天山以南，其中天山以南的8個(gè)監(jiān)測(cè)站（自西向東依次為阿圖什、喀什、和田、阿克蘇、庫(kù)爾勒、和靜、吐魯番、哈密）都出現(xiàn)高值，PM10年均值大于100 μg·m-3。天山以北的11個(gè)監(jiān)測(cè)站中也有6個(gè)站 PM10年均值超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但均低于100 μg·m-3；甘肅的最高值出現(xiàn)在酒泉，PM10年均值為110 μg·m-3，此外甘肅的其他4個(gè)監(jiān)測(cè)站PM10年均值都高于70 μg·m-3，低于100 μg·m-3，超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；內(nèi)蒙古 PM10濃度普遍相對(duì)較低，僅烏海出現(xiàn)高值，其 PM10年均值為 109 μg·m-3。13個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)有5個(gè)未超過(guò)國(guó)家二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，自西向東分別為：巴彥浩特、二連浩特、滿(mǎn)洲里、阿拉爾、烏蘭浩特。除烏海外，超過(guò)國(guó)家二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的其余站點(diǎn)PM10年均值都低于100 μg·m-3。

圖2 2011─2013年西北干旱區(qū)PM10濃度空間分布圖Fig. 2 The spatial distribution of PM10concentrations in arid northwest China from 2011 to 2013

2.1.2 季節(jié)變化

由圖 3可看出，整個(gè)西北干旱區(qū)春季和冬季PM10濃度相對(duì)較高，秋季次之，夏季相對(duì)較低。從4個(gè)季節(jié)分別來(lái)看，PM10濃度都是新疆>甘肅>內(nèi)蒙古。就新疆而言，春、秋、冬三季的 PM10均值都很高，分別為138、126、119 μg·m-3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。新疆天山以南的阿圖什、喀什、和田、阿克蘇、和靜、吐魯番在春、秋、冬三季 PM10均值均大于150 μg·m-3。夏季整個(gè)新疆PM10濃度相對(duì)較低，均值為78 μg·m-3，僅和田PM10均值大于150 μg·m-3，喀什和阿克蘇大于100 μg·m-3；甘肅的PM10濃度在冬春兩季相對(duì)較高，春季 PM10均值為 124 μg·m-3，冬季PM10均值為90 μg·m-3。春秋冬三季中，酒泉的PM10濃度均為最高，分別為160、106、108 μg·m-3；從內(nèi)蒙古PM10濃度的季節(jié)分布來(lái)看，春季PM10濃度均值較高，為 86 μg·m-3，稍高于國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。除秋季外，烏海的PM10濃度均為最高值，春季時(shí)達(dá)138 μg·m-3。

2.2 PM10濃度的月變化特征

在本節(jié)中，新疆北屯由于 PM10數(shù)據(jù)不完整被剔除。

從圖4a可看出，新疆的PM10濃度月變化趨勢(shì)可分為3種類(lèi)型：第一種是“M”型，包括喀什、和田、阿克蘇、和靜、庫(kù)爾勒、阿圖什、吐魯番、哈密8個(gè)監(jiān)測(cè)站，它們的PM10濃度變化曲線(xiàn)都有兩個(gè)峰值，分別在3月份和11月份左右，即冬春季高，夏秋季低?？κ病⒑吞?、阿克蘇、吐魯番和哈密5個(gè)站，月均值最低也都高于國(guó)家二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其中喀什、和田、阿克蘇最低值甚至超過(guò) 100 μg·m-3。第二種是“U”型，包括石河子、阜康、昌吉、奎屯、五家渠、烏蘇、伊寧和博樂(lè)8個(gè)監(jiān)測(cè)站，它們的 PM10濃度月變化趨勢(shì)波動(dòng)都較小，僅在冬季出現(xiàn)較高值，月均值全部低于100 μg·m-3。第三種是很穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，包括塔城和阿勒泰兩個(gè)站點(diǎn)，分別在50和39 μg·m-3左右上下波動(dòng)，月均值最大也不超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)70 μg·m-3。

圖3 2011─2013年西北干旱區(qū)PM10濃度季節(jié)分布圖(a，b，c，d依次為春、夏、秋、冬)Fig. 3 The Seasonal distribution of PM10concentrations in arid northwest China from 2011 to 2013 (a, b, c, d represent spring, summer, autumn, winter, respectively)

甘肅5個(gè)監(jiān)測(cè)站的PM10濃度月變化都呈現(xiàn)出“M”型變化趨勢(shì)（圖4b），即冬春季節(jié)高于夏秋季節(jié)。其中，酒泉的月變化波動(dòng)最大，最大值和最小值分別為206、66 μg·m-3。張掖和武威的PM10濃度月變化波動(dòng)相對(duì)較小。5個(gè)站的PM10月均值全部高于70 μg·m-3。

圖4 2011─2013年西北干旱區(qū)PM10濃度月變化圖(a，b，c依次為新疆、甘肅、內(nèi)蒙古)Fig. 4 The monthly variability of PM10concentrations in arid northwest China from 2011 to 2013 (a, b, c represent Xinjiang, Gansu, Inner Mongolia, respectively)

圖4c反映出，內(nèi)蒙古的PM10濃度月變化有4種變化趨勢(shì)：第一種是“N”型，即冬春季節(jié)高于夏秋季節(jié)，包括烏海、赤峰、包頭和巴彥淖爾4個(gè)站。第二種是“n”型，即只在某一個(gè)季節(jié)呈現(xiàn)出最大值。其中錫林浩特、鄂爾多斯、呼和浩特、烏蘭察布和巴彥浩特都是春季 PM10濃度最大；二連浩特是冬季 PM10濃度最大；阿爾山是夏秋交際PM10濃度最大。第三種是“U”型，只有滿(mǎn)洲里表現(xiàn)出這種曲線(xiàn)變化，但 PM10濃度也是冬春高于夏秋。最后一種是呈現(xiàn)穩(wěn)定變化趨勢(shì)的烏蘭浩特，其PM10月均值在40 μg·m-3上下波動(dòng)。整體而言，只有烏海的 PM10濃度月最低值超過(guò)國(guó)家二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而烏蘭浩特PM10月最高值僅為50 μg·m-3。

2.3 新疆PM10濃度特征及其與水平能見(jiàn)度的關(guān)系

鑒于新疆PM10濃度較高，具有很強(qiáng)的代表性，本節(jié)研究了 PM10與水平能見(jiàn)度的關(guān)系，時(shí)間段為2004─2013年，由于晴空條件下的PM10濃度能夠有效排除天氣過(guò)程的影響，更好地反映其真實(shí)水平，將降水量為0 mm、總云量小于1成的天氣定義為晴空（Gong等，2007）?？紤]到和靜 PM10數(shù)據(jù)缺值較多，因此在這部分研究中，也剔除了和靜這一站點(diǎn)。即研究了新疆全部天氣條件下 17個(gè)城市和晴空條件下10個(gè)城市的PM10濃度變化特征及其與水平能見(jiàn)度的關(guān)系。

2.3.1 新疆PM10濃度的變化特征

（1）新疆PM10濃度的空間變化

從圖5可看出，無(wú)論是在全部天氣條件下，還是在晴空條件時(shí)，和田和喀什的PM10均值都最高，超過(guò)185 μg·m-3。整體而言，兩種天氣條件下，天山以北的 PM10濃度普遍低于天山以南，天山以北的塔城和阿勒泰 PM10都低于國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 70 μg·m-3。對(duì)于PM10濃度較高的天山以南城市，全部天氣條件和晴空條件時(shí)相比，PM10濃度基本不變，而阿克蘇在晴空條件時(shí) PM10濃度有所降低；對(duì)于PM10濃度較低的天山以北城市，也同樣出現(xiàn)全部天氣條件和晴空條件時(shí)，PM10濃度基本不變的情況，僅烏蘇在晴空條件時(shí)有所降低。

圖5 2004─2013年新疆PM10濃度空間分布圖Fig. 5 The Spatial distribution of PM10concentration in Xinjiang from 2004 to 2013

（2）新疆PM10濃度的年際變化

從2004─2013年新疆PM10濃度的年際變化圖（圖 6）可看出：在全部天氣條件下，2004年新疆的PM10均值很高，達(dá)177 μg·m-3，2005年劇烈下降，低至100 μg·m-3，從2005─2012年，PM10一直很穩(wěn)定，都維持在100 μg·m-3左右，2013年有小幅上升，PM10達(dá)到134 μg·m-3。整體而言，全部天氣條件下，除2004年外，新疆PM10濃度年際變化基本穩(wěn)定。PM10波動(dòng)范圍為 96～177 μg·m-3，多年均值為112 μg·m-3；晴空條件下，新疆的PM10濃度年際變化整體上呈上升趨勢(shì)，波動(dòng)較大，波動(dòng)范圍為49～140 μg·m-3，多年均值為102 μg·m-3。整體來(lái)看，全部天氣條件下的PM10濃度均值大于晴空條件。

圖6 2004─2013年新疆PM10濃度年際變化圖Fig. 6 The interannual variability of PM10concentrations in Xinjiang from 2004 to 2013

2.3.2 新疆PM10濃度特征與能見(jiàn)度（干能見(jiàn)度、干消光系數(shù)）的關(guān)系

為降低相對(duì)濕度可能對(duì)不同區(qū)域產(chǎn)生的差異，本節(jié)引入干消光系數(shù)和干能見(jiàn)度兩個(gè)相對(duì)訂正因子。

2004─2013年新疆全部天氣條件、晴空條件能見(jiàn)度，以及晴空條件干能見(jiàn)度均為天山以北高于天山以南，相應(yīng)的晴空干消光系數(shù)為天山以北低于天山以南（圖7）。

就天山以北的4個(gè)站點(diǎn)而言，晴空條件下的能見(jiàn)度都比全部天氣條件下的要高，伊寧、塔城、烏蘇、阿勒泰的晴空能見(jiàn)度分別比全部天氣能見(jiàn)度增加了1224、1074、802、1484 m（圖7b）。經(jīng)訂正后的晴空干能見(jiàn)度也比晴空能見(jiàn)度略微高些，尤其是阿勒泰增加了658 m（圖7c）。天山以北4個(gè)站點(diǎn)的晴空干消光系數(shù)波動(dòng)范圍為0.05～0.12 m-1。緯度越高，受人類(lèi)活動(dòng)影響越少的站點(diǎn)，干消光系數(shù)越小。

圖7 2004─2013年新疆水平能見(jiàn)度的空間分布Fig. 7 The spatial distribution of horizontal visibility in Xinjiang from 2004 to 2013

天山以南的6個(gè)站點(diǎn)，晴空條件能見(jiàn)度與全部天氣能見(jiàn)度相比都減少了，即晴空能見(jiàn)度相對(duì)較差，這可能是由于無(wú)天氣過(guò)程影響的晴空條件下PM10濃度值較高的緣故。其中和田、喀什、庫(kù)爾勒的晴空能見(jiàn)度分別比全部天氣能見(jiàn)度減少了1093、938、897 m（圖7b）。除阿克蘇外，訂正后的晴空干能見(jiàn)度也比訂正前要低，尤其是吐魯番和和田分別減少了1087、736 m（圖7c）。即經(jīng)過(guò)濕度訂正后的晴空干能見(jiàn)度還是因?yàn)?PM10的影響而較低。天山以南站點(diǎn)的晴空干消光系數(shù)波動(dòng)范圍為0.05～0.08 m-1。

整體而言，新疆天山以北站點(diǎn)的晴空能見(jiàn)度比全部天氣能見(jiàn)度略微高些、經(jīng)訂正后的晴空干能見(jiàn)度比訂正前高些。但天山以南站點(diǎn)的晴空能見(jiàn)度卻比全部天氣能見(jiàn)度要低、經(jīng)訂正后的晴空干能見(jiàn)度也比訂正前低。這可能是因?yàn)槿丝诜植驾^多的天山以南受PM10污染影響較多。

在分析PM10濃度與水平能見(jiàn)度之間的關(guān)系時(shí)，需要考慮氣象觀測(cè)站與環(huán)境監(jiān)測(cè)站的差異。每日平均的 PM10濃度反映的是城市以及郊區(qū)多個(gè)監(jiān)測(cè)站的平均情況，而氣象測(cè)站卻是單點(diǎn)記錄，而且，PM10濃度在不同時(shí)刻、不同地點(diǎn)的變化很大。為了降低分析誤差，我們將PM10數(shù)值以100 μg·m-3為步長(zhǎng)進(jìn)行分組，這樣處理，一是可以忽略每檔內(nèi)每日PM10濃度之間的觀測(cè)誤差，二是在一定程度上將日PM10濃度的非正態(tài)分布正態(tài)化，更適合進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（郭元喜等，2012）。圖8表明，隨著PM10濃度的增長(zhǎng)，水平能見(jiàn)度整體上呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。當(dāng)PM10濃度為負(fù)距平時(shí)，能見(jiàn)度距平多為正值，且對(duì)應(yīng)的水平能見(jiàn)度比相應(yīng)氣象條件下的平均值高，而當(dāng)PM10濃度為正距平時(shí)，能見(jiàn)度距平多為負(fù)值，且對(duì)應(yīng)的水平能見(jiàn)度比相應(yīng)氣象條件下的平均值低。

3 結(jié)論

（1）2011─2013年，整個(gè)西北干旱區(qū)的 PM10濃度存在明顯的區(qū)域差異，新疆的 PM10濃度明顯高于甘肅、內(nèi)蒙古。新疆和甘肅大部分城市的PM10濃度已超過(guò)國(guó)家二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。3省的PM10濃度最高值分別出現(xiàn)在喀什、酒泉和烏海。就季節(jié)分布而言，整個(gè)西北干旱區(qū)冬春季 PM10濃度相對(duì)較高，秋季次之，夏季最低。

（2）2011─2013年，絕大多數(shù)西北干旱區(qū)的PM10濃度月變化波動(dòng)比較大，基本呈現(xiàn)出“M”型、“U”型、“N”型和“n”型4種變化趨勢(shì)，即冬春季節(jié)高于夏秋季節(jié)。

（3）隨著 PM10濃度的增長(zhǎng)，水平能見(jiàn)度整體上呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。當(dāng) PM10濃度為負(fù)距平時(shí)，能見(jiàn)度距平多為正值，且對(duì)應(yīng)的水平能見(jiàn)度比相應(yīng)氣象條件下的平均值高，而當(dāng) PM10濃度為正距平時(shí)，能見(jiàn)度距平多為負(fù)值，且對(duì)應(yīng)的水平能見(jiàn)度比相應(yīng)氣象條件下的平均值低。

圖8 2004─2013年新疆PM10濃度與能見(jiàn)度（全部天氣、晴空、干能見(jiàn)度、干消光系數(shù)）的關(guān)系Fig. 8 The relationship between PM10concentration and horizontal visibility (all weather, clear sky, dry visibility, dry extinction coefficient)in Xinjiang from 2004 to 2013)

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The PM10Concentration Characteristics and Its Relationship with Horizontal Visibility in Arid Northwest China

QIU Xue, ZHANG Mingjun, WANG Shengjie
College of Geography and Environmental Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China

By using the API, PM10data from meteorological departments and the visibility, humidity data from environmental departments, the spatial and temporal distribution characteristics of 19, 5, 13 PM monitoring stations in Xinjiang, Gansu, Inner Mongolia in arid northwest China in 2011─2013 is analyzed respectively. The relationship between PM10concentration and horizontal visibility(including all weather and clear sky, dry visibility and dry extinction coefficient)) in Xinjiang is researched, to realize PM10concentration situation in arid northwest China and to provide a scientific basis to control PM10pollution. The results show that: (1)From 2011─2013, there are obvious differences in PM10concentration over the whole arid northwest China, and the PM10concentration in Xinjiang is significantly higher than in Gansu, Inner Mongolia. The PM10concentration of the most cities in Xinjiang and Gansu has already exceeded the national quality standards grade 2. In terms of the seasonal distribution, the PM10concentration in spring and winter is relatively higher than in autumn over the whole arid northwest China, and in summer the lowest. (2)From 2011─2013, the PM10concentration monthly variability fluctuations of the most cities in arid northwest China are large, and the fluctuation curves are “M”, “U”, “N” and “n”, respectively. (3) PM10concentration is negatively correlated with the level of horizontal visibility. To reduce the analytical deviation, PM10data is grouped by 100 μg·m-3step, and the relationship between PM10concentration anomaly and horizontal visibility anomaly is analyzed. Visibility anomaly shows positive value if PM10concentration is negative anomaly, and the horizontal visibility is higher than mean value under the correspondingly appropriate weather conditions. Visibility anomaly shows negative value if PM10concentration is positive anomaly, and the horizontal visibility is lower than mean value under the correspondingly appropriate weather conditions.

PM10; arid northwest China; Xinjiang; horizontal visibility

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.03.010

X16

A

1674-5906（2015）03-0436-08

邱雪，張明軍，王圣杰. 西北干旱區(qū)PM10濃度特征及其與水平能見(jiàn)度的關(guān)系[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(3): 436-443.

QIU Xue, ZHANG Mingjun, WANG Shengjie. The PM10Concentration Characteristics and Its Relationship with Horizontal Visibility in Arid Northwest China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(3): 436-443.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41161012；41461003）；全球變化國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2013CBA01801）

邱雪（1993年生），女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槿蜃兓c可持續(xù)發(fā)展。E-mail：shi_zhiyou@126.com *通訊聯(lián)系人，E-mail：mjzhang2004@163.com

2015-01-04