李柏志

(葫蘆島市核與輻射安全監(jiān)督監(jiān)測(cè)中心，遼寧 葫蘆島 125000)

我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，以資源消耗為主的粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式帶來的高強(qiáng)度污染排放，使我國(guó)各地區(qū)各種環(huán)境問題集中爆發(fā)，大氣污染呈現(xiàn)出煤煙型與機(jī)動(dòng)車污染共存的新型大氣復(fù)合污染，顆粒物為主要污染物，霾和光化學(xué)煙霧頻繁、二氧化氮濃度居高不下，酸沉降轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩嵝秃拖跛嵝偷膹?fù)合污染，區(qū)域性的二次性大氣污染愈加明顯[1]。大氣污染已經(jīng)成為我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)中急需解決的主要問題之一。

周末效應(yīng)[2](Weekend Effect)最早由Frank在研究美國(guó)股市價(jià)格時(shí)提出，后在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，大量專家學(xué)者發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染物濃度變化同樣存在“周末效應(yīng)”[3][4]。具體表現(xiàn)在現(xiàn)代人類活動(dòng)以周為單位的工作-休息模式對(duì)環(huán)境具有顯著的周期性影響，這種影響與當(dāng)?shù)刈匀灰?、人文要素共同作用，并在區(qū)域環(huán)境要素的變化規(guī)律上體現(xiàn)出來[5]。在周循環(huán)生產(chǎn)模式下的人類活動(dòng)已經(jīng)對(duì)地區(qū)生態(tài)環(huán)境條件產(chǎn)生了重大影響，研究“周末效應(yīng)”對(duì)掌握大氣污染物的遷移規(guī)律、進(jìn)而實(shí)施大氣污染預(yù)警具有重要意義。

1 我國(guó)城市大氣污染周末效應(yīng)的研究現(xiàn)狀

(1)周末效應(yīng)探究的歷程

早在20世紀(jì)70年代，已有將大氣污染物濃度值在工作日和周末的比較研究，21世紀(jì)以來，國(guó)內(nèi)學(xué)者在降水[6]、氣溫[7]、大氣顆粒污染物和氣態(tài)污染物[8]等方面開展了大量相關(guān)研究。這些研究表明環(huán)境要素的周末效應(yīng)廣泛存在于社會(huì)環(huán)境的方方面面，且因時(shí)因地存在著一定差異。研究表明降水頻次和氣溫存在一定的周循環(huán)規(guī)律，后來周末效應(yīng)研究也逐步拓展到了其他氣象要素(如降水量、霧的持續(xù)時(shí)長(zhǎng))、大氣污染氣體(如臭氧、氮氧化物、硫化物、一氧化碳等)和懸浮顆粒物質(zhì)(如PM2.5、PM10、總顆粒物等)以及基于前體物濃度得出的空氣質(zhì)量指數(shù)、空氣污染指數(shù)[9][10]。

(2)城市大氣污染周末效應(yīng)的成因

周末效應(yīng)的源于現(xiàn)代人們工作和休息模式的節(jié)律性。城市大氣污染物(O3、NOX、SO2、CO、PM2.5、PM10等)的主要來源是人為汽車尾氣排放以及礦物質(zhì)的燃燒，上下班時(shí)段汽車出行數(shù)量、工廠企業(yè)的生產(chǎn)排放情況、餐飲活動(dòng)所用燃料量、城市私家車限行政策等在周末與工作日都存在明顯差異，這對(duì)區(qū)域大氣污染的周末效應(yīng)具有一定影響。此外，周末人們活動(dòng)較工作日會(huì)有相應(yīng)的延遲，如出行的延遲會(huì)使得氣體污染物的濃度的波動(dòng)趨勢(shì)(波峰)往后推移。

由于大氣污染除受人為的前體污染物排放(具有顯著周末效應(yīng))影響外，很大程度上還受光照、植被、地形等自然環(huán)境要素和光化學(xué)反應(yīng)等二次反應(yīng)的影響(不具有明顯周末效應(yīng))，這在一定程度上會(huì)削弱周末效應(yīng)，表現(xiàn)出非嚴(yán)格的周末效應(yīng)。因此，對(duì)于大氣污染而言污染物濃度的工作日和周末與現(xiàn)實(shí)生活相比會(huì)有一定的偏移。一般來說社會(huì)生活中，工作日定義為周一到周五，周末定義為周六、周日，稱之為自然周。相應(yīng)地，在大氣污染的節(jié)律性研究中，存在“污染周”。由于大氣污染現(xiàn)象特別是其二次反應(yīng)相對(duì)于人為源排放具有一定的時(shí)滯，有學(xué)者將大氣污染物方面的工作日——污染周定義為周二到周六，周末定義為周日和周一。人類活動(dòng)的周循環(huán)模式，會(huì)通過系統(tǒng)反饋的形式對(duì)原有的大氣污染過程起到加強(qiáng)或減弱的作用，即城市大氣污染周末效應(yīng)的正負(fù)性，人類活動(dòng)對(duì)城市大氣環(huán)境在工作日與周末的影響程度差異越顯著，周末效應(yīng)的強(qiáng)度越大

2 城市大氣污染周末效應(yīng)的研究方法

對(duì)于城市大氣污染周末效應(yīng)的研究主要在于檢驗(yàn)其存在與否，分析其顯著性，揭示其與環(huán)境的相互作用三個(gè)方面。其表現(xiàn)主要在于環(huán)境要素的變化規(guī)律在周末和工作日的差別，如污染物濃度在24小時(shí)變化規(guī)律上體現(xiàn)出周末比工作日低，或有明顯的位移現(xiàn)象，或周末段與分析時(shí)間段的平均值差值的大小或正負(fù)性差異等。若周末環(huán)境要素的指標(biāo)比工作日低，即為正周末效應(yīng)，反之則為負(fù)周末效應(yīng)。

(1)探究區(qū)域和指標(biāo)的選取與確定

由于周末效應(yīng)最根本原因是人類活動(dòng)，故對(duì)研究區(qū)域活動(dòng)人口的數(shù)量、規(guī)模以及活動(dòng)能力等有一定的要求，所以研究對(duì)象(區(qū)域)應(yīng)為是人口相對(duì)集中、對(duì)自然環(huán)境改造明顯和活動(dòng)規(guī)模較大的城市地區(qū)。我國(guó)當(dāng)下的主要研究對(duì)象有沿海城市(北京[11]、上海[12])、長(zhǎng)三角[13]、珠三角[14][15]地區(qū)，近年內(nèi)陸城市[7][16]也相繼開始研究。環(huán)境指標(biāo)的選取上，應(yīng)考慮到不同污染物間、污染物與太陽(yáng)輻射間相互作用，污染物由產(chǎn)生到可監(jiān)測(cè)狀態(tài)所需的時(shí)間，同時(shí)也需考慮相關(guān)背景因素的影響，如季節(jié)性的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)、居民生活所需燃料的消耗、區(qū)域的異常天氣等。當(dāng)前常用的指標(biāo)主要有：氣象要素指標(biāo)(降水量、降水頻次、氣溫、霧的持續(xù)時(shí)長(zhǎng))、大氣成分指標(biāo)(氣溶膠、臭氧、硫化物、氮氧化物、CO、VOCS、PM2.5、PM10及總懸浮顆粒物)以及基于對(duì)前體物濃度分析出的環(huán)境指標(biāo)(空氣質(zhì)量指數(shù)、空氣污染指數(shù))。

(2)監(jiān)測(cè)方案的制定與實(shí)施

在環(huán)境分析指標(biāo)的監(jiān)測(cè)過程中，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要來自國(guó)家氣象局，各省市的氣象觀測(cè)平臺(tái)、氣象觀測(cè)站、環(huán)境監(jiān)測(cè)站和研究性監(jiān)測(cè)等，在時(shí)間尺度上有分鐘數(shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)和日數(shù)據(jù)等。

(3)數(shù)據(jù)處理的模型與方法：研究方法多采周末效應(yīng)指數(shù)分析，偏差分析，對(duì)比分析，距平分析等方法和數(shù)據(jù)模型。

①周末效應(yīng)指數(shù)分析

將周末的濃度平均值減去工作日的平均值的差定義為分析指標(biāo)的周末效應(yīng)指數(shù)。當(dāng)指數(shù)為正值時(shí)，表示周末分析指標(biāo)的平均值高于工作日的平均值，若為負(fù)值時(shí)則恰恰相反。

②對(duì)比分析

據(jù)污染物濃度的小時(shí)觀測(cè)值求出工作日和周末的小時(shí)平均濃度，然后進(jìn)行濃度變化趨勢(shì)的對(duì)比，和相關(guān)性分析：

C工作日=A×C周末(A為相關(guān)性系數(shù))，以揭示周末效應(yīng)的顯著性。

③偏差分析

各污染物周末與工作日小時(shí)濃度的偏差，偏差計(jì)算公式為：

Dev=[(C周末-C工作日)/C工作日]×100%，式中，C周末和C工作日分別表示污染物的周末濃度和工作日濃度。

④逐日數(shù)據(jù)的距平分析

將分析指標(biāo)的逐日數(shù)據(jù)在分析時(shí)段內(nèi)平均，可對(duì)數(shù)據(jù)按季節(jié)特征、天氣特征等分時(shí)段進(jìn)行距平分析。根據(jù)距平判斷城市大氣污染的周末效應(yīng)的存在與否及其污染周與自然周的差異。

3 結(jié)語(yǔ)和討論

(1)在規(guī)模上，我國(guó)城市地區(qū)周末效應(yīng)的研究在地域上逐步擴(kuò)大，由沿海到內(nèi)陸均有分布，分析的城市地域和環(huán)境指標(biāo)都在不斷拓展，反映了城市大氣污染周末效應(yīng)的普遍存在；在成因機(jī)制和研究方法上，周末效應(yīng)起因簡(jiǎn)單，數(shù)學(xué)模型較為簡(jiǎn)單，但影響因素和應(yīng)用領(lǐng)域多樣，牽涉到較多的大氣、氣象科學(xué)理論以及污染氣象學(xué)的內(nèi)容，周末效應(yīng)研究方法多樣，需要結(jié)合城市具體情況進(jìn)一步探索。

(2)研究步驟和數(shù)據(jù)處理在探究流程上，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況合理布點(diǎn)、嚴(yán)格檢測(cè)，控制誤差，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性；在污染物周末效應(yīng)的檢測(cè)上，應(yīng)注重對(duì)比其與自然周的差異；在數(shù)據(jù)處理和分析上，應(yīng)考慮尺度效應(yīng)和數(shù)據(jù)的時(shí)空分辨率，保證能夠充分體現(xiàn)的周末效應(yīng)的核心特征，如年均值分析對(duì)周末效應(yīng)的體現(xiàn)存在一定局限性，可結(jié)合季節(jié)、月份、日、乃至小時(shí)等尺度進(jìn)行綜合分析；在數(shù)學(xué)方法的選取運(yùn)用上，可進(jìn)行多數(shù)學(xué)模型和方法的對(duì)比分析，提高結(jié)論的準(zhǔn)確性。

周末效應(yīng)是伴隨工作模式普遍存在的環(huán)境效應(yīng)，起因于人類的社會(huì)生活的節(jié)律性，是人類活動(dòng)影響大氣環(huán)境的集中體現(xiàn)。相關(guān)研究可定量反映人類活動(dòng)對(duì)大氣環(huán)境的影響，對(duì)城市大氣污染預(yù)報(bào)和防治具有重要意義。

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