，，， ，(玉溪師范學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，云南 玉溪 653100)

玉溪市大氣中PM2.5與氣象參數(shù)的相關(guān)性研究

周曉芳，魯廣秋，李澤淵，陳松濤，王淑凡
(玉溪師范學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，云南 玉溪 653100)

以玉溪師范學(xué)院校園的空氣質(zhì)量為研究對(duì)象，選擇校園中具有代表性的6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，于2016年2—4月采集PM2.5樣品進(jìn)行測(cè)定和分析，同時(shí)與玉溪市2016年1—12月的PM2.5含量做對(duì)比。結(jié)果表明，玉溪師范學(xué)院PM2.5濃度在34～71 μg/m3，AQI在49～95，與玉溪市2016年2—4月AQI相比略高，但總體環(huán)境空氣質(zhì)量為良好。PM2.5濃度與氣象參數(shù)的相關(guān)性分析結(jié)果說明， PM2.5濃度隨時(shí)間變化趨勢(shì)平穩(wěn)；PM2.5濃度與氣溫呈正相關(guān)，與濕度呈負(fù)相關(guān)。

PM2.5；氣象參數(shù)；相關(guān)分析；玉溪

霧霾問題的出現(xiàn)使空氣污染倍受關(guān)注。大氣中空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤2.5μm的顆粒物稱為PM2.5，也稱細(xì)顆粒物[1,2]。PM2.5可直接吸入至支氣管和肺泡中，由其引發(fā)的空氣污染及健康風(fēng)險(xiǎn)近年來得到國(guó)內(nèi)外的廣泛研究[3-6]。有研究表明，PM2.5除了對(duì)人類健康有極大影響外，還對(duì)云層形成、大氣輻射、大氣光化學(xué)反應(yīng)等影響全球氣候變化的因素起著重要作用[7-9]。

玉溪市地處云南省滇中地區(qū)，屬中亞熱帶半濕潤(rùn)冷冬高原季風(fēng)氣候，環(huán)境舒適，氣候宜人。坐落在玉溪市市區(qū)的玉溪師范學(xué)院，是一所以“環(huán)境友好和資源節(jié)約”為建設(shè)理念，“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”為發(fā)展指引的綠色校園。本文以玉溪市PM2.5為研究對(duì)象，通過收集玉溪市2016年P(guān)M2.5月平均值、溫濕度等參數(shù)，監(jiān)測(cè)玉溪師范學(xué)院校園內(nèi)人員活動(dòng)較多的教室、宿舍樓、交通要道等典型場(chǎng)所的PM2.5濃度，比較監(jiān)測(cè)區(qū)域與玉溪市整體環(huán)境空氣中PM2.5的含量，對(duì)校園環(huán)境空氣質(zhì)量作出評(píng)價(jià)，并積累當(dāng)?shù)丨h(huán)境空氣中PM2.5的背景基數(shù)。同時(shí)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件分析了玉溪市PM2.5濃度與氣溫、濕度等氣象參數(shù)的相關(guān)性[10,11]，以期為保護(hù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境空氣質(zhì)量和規(guī)劃建設(shè)綠色城市提供一定的參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 采樣點(diǎn)和時(shí)間

選擇玉溪師范學(xué)院教室、宿舍樓、主要交通要道等典型場(chǎng)所作為采樣點(diǎn)，共布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。采樣時(shí)間為2016年2—4月，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)采樣5d。

1.2 儀器和采樣方法

儀器：2050型空氣/智能TSP綜合采樣器(山東青島嶗應(yīng))；PM2.5采樣頭；DV215CD型十萬(wàn)分之一位分析天平(美國(guó)奧豪斯)；DHG-9240A型電熱恒溫干燥箱(上海一恒科技有限公司)；直徑90mm玻璃纖維濾膜。

采樣方法依據(jù)《環(huán)境空氣顆粒物(PM2.5)手工監(jiān)測(cè)方法(重量法)技術(shù)規(guī)范》[12]，以中流量100mL/min為采樣流量，每個(gè)樣品采樣時(shí)間為24h，同時(shí)觀測(cè)并記錄海拔、溫/濕度等參數(shù)。

1.3 樣品處理與測(cè)定

按編號(hào)將濾膜置于恒溫干燥箱中，于25℃下平衡24h，然后稱量濾膜質(zhì)量，記錄采樣前濾膜質(zhì)量，精確至0.01mg。

平衡好的濾膜裝于PM2.5采樣頭中，按設(shè)定時(shí)間進(jìn)行樣品采集。完成采樣后將塵膜按平衡采樣前濾膜的相同條件平衡24h，然后稱量塵膜質(zhì)量，并記錄(精確至0.01mg)。

PM2.5顆粒物濃度按下式計(jì)算：

式中：w1為采樣后塵膜質(zhì)量，mg；w0為采樣前塵膜質(zhì)量，mg；V為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的采樣體積，L。

表1 玉溪師院校園內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)地理及氣象參數(shù)

表2 玉溪師院校園內(nèi)PM2.5監(jiān)測(cè)結(jié)果

表3 玉溪市2016年1—12月PM2.5月平均值

注：表中數(shù)據(jù)源自中國(guó)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)[15]。

表4 玉溪師院校園內(nèi)與玉溪市同月份PM2.5比較結(jié)果

表5 PM2.5與溫度的統(tǒng)計(jì)分析系數(shù)

表6 PM2.5與濕度的統(tǒng)計(jì)分析系數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 玉溪師范學(xué)院PM2.5監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.1.1 各采樣點(diǎn)地理及氣象參數(shù)

對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行海拔、氣溫和濕度的測(cè)量，結(jié)果見表1。由表1可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的海拔范圍在1663～1768m，海拔最大相差105m。氣溫和濕度通過每小時(shí)測(cè)量記錄后取平均值。氣溫范圍9.0～23.5℃，最大溫差14.5℃；濕度42.0%～66.0%，最大濕度差值24.0%。

2.1.2 玉溪師范學(xué)院PM2.5監(jiān)測(cè)結(jié)果與玉溪市PM2.5月平均值

玉溪師院校園內(nèi)PM2.5監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2所示，PM2.5平均濃度范圍在34～71μg/m3。根據(jù)《HJ 633-2012環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》規(guī)定[13]，計(jì)算出空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)，再依據(jù)我國(guó)的《GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)價(jià)校園內(nèi)的空氣質(zhì)量狀況[14]。結(jié)果顯示2016年2—4月，玉溪師范學(xué)院校園空氣質(zhì)量平均為Ⅱ級(jí)，空氣質(zhì)量狀況為良。

收集玉溪市2016年1—12月PM2.5的數(shù)據(jù)可知，2016年玉溪市PM2.5的濃度范圍在11～37μg/m3。2—4月較高，濃度值>30μg/m3，空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)為54～62，空氣質(zhì)量等級(jí)Ⅱ級(jí)，空氣質(zhì)量狀況為良。其余月份空氣質(zhì)量等級(jí)均為Ⅰ級(jí)，空氣質(zhì)量狀況為優(yōu)。故選擇2—4月的玉溪市PM2.5月平均值與本文中監(jiān)測(cè)的玉溪師范學(xué)院校園大氣中PM2.5作比較。

把2016年2—4月實(shí)際監(jiān)測(cè)得到的玉溪師范學(xué)院校園大氣中PM2.5的含量與玉溪市同月份PM2.5含量進(jìn)行比較，結(jié)果如表4所示。玉溪師范學(xué)院校園大氣中PM2.5的含量略高于同月份玉溪市PM2.5的整體濃度水平，但均符合我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅱ級(jí)空氣質(zhì)量，空氣質(zhì)量狀況良好。在2—4月玉溪市PM2.5的含量出現(xiàn)高峰值的原因可能與春節(jié)期間大量燃放煙花爆竹、并且此期間降水量較少、空氣濕度較低有關(guān)。

2.2 PM2.5濃度與氣溫的相關(guān)性分析

如圖1中所示，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5濃度與氣溫存在明顯的正相關(guān)，這是因?yàn)闅鉁啬軌蛴绊戭w粒物質(zhì)的形成。有研究表明，較高的溫度會(huì)促進(jìn)光化學(xué)反應(yīng)，從而影響顆粒物初級(jí)粒子的形成。

通過比較表5中一元線性回歸方程與Spearman變量相關(guān)分析的相關(guān)系數(shù)R2，對(duì)PM2.5濃度與氣溫的相關(guān)性做進(jìn)一步分析[15,16]。線性相關(guān)系數(shù)R2范圍0.023～0.867，Spearman分析的R2范圍為0.300～1.000，Spearman分析相關(guān)系數(shù)R2比線性相關(guān)的R2要高，再次表明PM2.5濃度與氣溫有顯著的正相關(guān)性，PM2.5濃度隨氣溫的升高有逐漸升高的趨勢(shì)。

2.3 PM2.5濃度與濕度的相關(guān)性分析

PM2.5濃度與濕度分別進(jìn)行線性回歸分析與Spearman相關(guān)分析，結(jié)果如圖2及表6所示。

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5濃度與濕度存在一定線性相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2為0.107～0.771，而二者間Spearman分析的相關(guān)系數(shù)R2均<0，說明PM2.5濃度與濕度存在顯著的負(fù)相關(guān)，即隨著濕度的增加，PM2.5的濃度逐漸減小。

3 結(jié)論

本文通過對(duì)玉溪師范學(xué)院校園大氣顆粒物PM2.5進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及收集玉溪市2016年1—12月PM2.5的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：玉溪市2016年P(guān)M2.5的濃度范圍在11～37μg/m3，其中2—4月PM2.5含量較高，在此期間，玉溪師范學(xué)院校園大氣中PM2.5濃度在34～71μg/m3。玉溪市2016年空氣質(zhì)量只有2—4月為良，其余時(shí)間均為優(yōu)。通過對(duì)校園PM2.5濃度與氣溫、濕度的相關(guān)性分析可知，PM2.5濃度與氣溫呈正相關(guān)，與濕度呈負(fù)相關(guān)，即隨氣溫升高，濕度下降，PM2.5濃度會(huì)有所上升。所以，通過控制氣溫和空氣濕度可以在一定范圍內(nèi)起到調(diào)節(jié)PM2.5含量的作用。

地處滇中地區(qū)的玉溪是“中國(guó)十佳休閑宜居生態(tài)城市”之一，并且是國(guó)家環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市之一，近年來以保護(hù)撫仙湖為主的生態(tài)建設(shè)，使得玉溪市整體環(huán)境空氣質(zhì)量得到保護(hù)，一直以來空氣質(zhì)量狀況均為優(yōu)。未來隨著海綿城市的建設(shè)，公共區(qū)域綠化面積、樹木和花草的種植面積的增加，再加上有效收集雨水等自然降水資源，將能達(dá)到增加空氣相對(duì)濕度、減少空氣污染，調(diào)節(jié)氣候，保護(hù)玉溪生態(tài)環(huán)境的目的。

[1]潘小川，李國(guó)星，高婷．危險(xiǎn)的呼吸 PM2.5的健康危害和經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估研究[M]．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2012．

[2] 楊洪斌，鄒旭東，汪宏宇，等．大氣環(huán)境中PM2.5的研究進(jìn)展與展望[J]．氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2012(3)：77-82．

[3] 段藝珠，黃志軍，舒志浩，等．PM2.5污染與心血管系統(tǒng)損害[J]．中華心血管病雜志，2016(2)：179-182．

[4] 江思力，呂嘉韻，馮文如，等．廣州市辦公大樓室內(nèi)空氣PM2.5濃度調(diào)查與分析[J]．醫(yī)學(xué)動(dòng)物防制，2016(3)：249-250，254．

[5] Handler，Markus1；Puls，Christoph1；Zbiral，Johannes1；Marr，Iain1；Puxbaum，Hans1；Limbeck, Andreas．Size and composition of particulate emissions from motor vehicles in the Kaisermühlen-Tunnel, Vienna[J]．Atmospheric Environment，2008(42)：2173-2186．

[6] JianLin Sun，XinJing，WenJing Chang，ZhengXia Chen，Hui Zeng．Cumulative health risk assessment of halogenated and parent polycyclic aromatic hydrocarbons associated with particulate matters in urban air[J]．Ecotoxicology and Environmental Safety，2015(113)：31-37．

[7] Xiao Feng，Qi Li，Yajie Zhu，Junxiong Hou，Lingyan Jin，Jingjie Wang． Artificial neural networks forecasting of PM2.5pollution using air mass trajectory based geographic model and wavelet transformation [J]．Atmospheric Environment，2015(107)：118-128．

[8] 張淑平，韓立建，周偉奇，等．冬季PM2.5的氣象影響因素解析[J]．生態(tài)學(xué)報(bào)，2016(24)：1-10．

[9] 蔣夢(mèng)琪．京津冀地區(qū)PM2.5濃度與氣象因子的關(guān)系[J]．山東化工，2016(9)：148-151．

[10] 黃艷玲．佛山市PM2.5污染時(shí)空分布特征研究[J]．綠色科技，2016(14)：104-108．

[11] 張琳，高雷娜，朱保美．德州能見度與PM2.5、PM10和相對(duì)濕度的關(guān)系[J]．山東氣象，2016(2)：26-30．

[12]環(huán)境空氣顆粒物(PM2.5)手工監(jiān)測(cè)方法(重量法)技術(shù)規(guī)范：HJ 656-2013[S]．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2013．

[13]環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)：HJ 633—2012[S]．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2012．

[14] 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB3095—2012 [S]．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2012．

[15]王杰．中國(guó)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)[DB/OL]．https://www.aqistudy.cn/historydata/monthdata.

[16] Tai，A．P．K．，Loretta，J．M．，Daniel，J．J． Correlations between fine particulate matter (PM2.5) and meteorological variables in the United States: Implications for the sensitivity of PM2.5to climate change[J]．Atmos．Environ，2010(44)：3976-3984．

[17] 趙晨曦，王云琦，王玉杰，等.北京地區(qū)冬春PM2.5和PM10污染水平時(shí)空分布及其與氣象條件的關(guān)系[J]．環(huán)境科學(xué)，2014，35(2)：418-427．

InvestigatingandAnalyzingtheRelationshipsbetweenMeteorologicalFactorsandParticulateMatter(PM2.5)inYuxiCity

ZHOU Xiao-fang, LU Guang-qiu, LI Ze-yuan, CHEN Song-tao, WANG Shu-fan
(College of Resources and Environment, Yuxi Normal University,Yuxi Yunnan 653100 ,China)

In order to study the correlation between atmospheric PM2.5and meteorological conditions in Yuxi city, the air quality of Yuxi Normal University campus was selected. Six representative monitoring sites were chosen. PM2.5samples were collected from February to April in 2016 for determination and analysis, and compared with the PM2.5content in Yuxi City from January to December in 2016. The results showed that the concentration of PM2.5was 34 ～ 71 μg / m3and AQI was 49 ～ 95 in Yuxi Normal College, which was slightly higher than that of AQI in February and April of 2016 in Yuxi City. However, the overall ambient air quality was good. The correlation between PM2.5concentration and meteorological parameters showed that the concentration of PM2.5tended to be stable with time changing. PM2.5concentration was positively correlated with air temperature, and negatively correlated with humidity.

PM2.5; meteorological parameters; correlation analysis; Yuxi

2017-05-08

魯廣秋，碩士，助教，研究方向：環(huán)境分析化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)。

李澤淵，玉溪師范學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院2015級(jí)環(huán)境科學(xué)專業(yè)。

X51

A

1673-9655(2017)06-0058-06