馬 慧，李生彬，趙文元，趙明虎，薛禪生

(1.蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘南州環(huán)境監(jiān)測(cè)站，甘肅 合作 747000；3.合作市環(huán)保局，甘肅 合作 747000)

1 引言

合作市位于甘肅省西南部，處于青藏高原和黃土高原過渡地帶，平均海拔為3000 m。主城區(qū)四面環(huán)山，為南北走向的狹窄盆地，草原面積廣闊，為全國(guó)“五大牧區(qū)”之一，是典型的高原大陸性季節(jié)氣候。由于合作市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工業(yè)化程度較低，市區(qū)空氣質(zhì)量一直處于優(yōu)良狀況。但隨著城市的快速發(fā)展及氣候條件的不斷變化，合作市環(huán)境空氣質(zhì)量已呈逐年下降的趨勢(shì)[1，2]，冬季供暖期歷時(shí)7個(gè)月，期間大氣顆粒物污染尤其嚴(yán)重，屬于煤煙型污染城市。

2 合作市供暖期PM10質(zhì)量濃度與氣象因子關(guān)系

2.1 資料來源

由于甘南州環(huán)境監(jiān)測(cè)站于2015年執(zhí)行GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[5]，故本文只采用2015、2016的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其中氣象參數(shù)來源于合作市氣象局，供暖期PM10監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來源于甘南州合作市城區(qū)大氣在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。由于合作市區(qū)周圍植被覆蓋率高，城市規(guī)模小且以旅游業(yè)為主，夏季空氣質(zhì)量較好，故本文只分析冬季采暖期的大氣環(huán)境質(zhì)量。

表1 合作市供暖期空氣質(zhì)量狀況月均值 μg/m3

2.2 風(fēng)速對(duì)PM10質(zhì)量濃度的影響

污染物在大氣中的擴(kuò)散取決于3個(gè)因素，而其中風(fēng)起到了主導(dǎo)作用，風(fēng)速對(duì)大氣污染物的水平輸送與擴(kuò)散影響較大[6](圖1、圖2)。

圖1 2015年風(fēng)速與PM10質(zhì)量濃度月變化關(guān)系

圖2 2016年風(fēng)速與PM10質(zhì)量濃度月變化關(guān)系

合作市冬季平均風(fēng)速僅為0.46 m/s，長(zhǎng)期處于靜風(fēng)天氣，風(fēng)速與PM10質(zhì)量濃度相關(guān)性不顯著，導(dǎo)致PM10難以擴(kuò)散，故合作市冬季風(fēng)速對(duì)顆粒物擴(kuò)散作用不明顯。2017年1月28、29日的PM10質(zhì)量濃度高達(dá)393 μg/m3，這是由于28日為農(nóng)歷春節(jié)，煙花爆竹的燃放使當(dāng)天的PM10質(zhì)量濃度劇增。2、3月份出現(xiàn)了沙塵天氣，風(fēng)速為1.6 m/s，破壞近地層大氣穩(wěn)定性，但是增加了外來的沙塵顆粒，所以PM10質(zhì)量濃度相對(duì)較高。

2.3 氣溫對(duì)PM10質(zhì)量濃度的影響

從圖3、4的變化曲線中可以看出，氣溫與PM10濃度為顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.89。由于合作市冬季太陽(yáng)輻射較弱溫度較低，近地面層對(duì)流越小，特別在早晚氣溫較低的情況下更易形成逆溫層，不利于顆粒物的垂直運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散。早晨太陽(yáng)輻射強(qiáng)破壞了城市上空的逆溫層，溫度上升，使近地面對(duì)流旺盛，有利于大氣顆粒物的稀釋擴(kuò)散[7]。

圖3 2015年氣溫與PM10質(zhì)量濃度月變化關(guān)系

2.4 氣壓對(duì)PM10質(zhì)量濃度的影響

氣壓與PM10質(zhì)量濃度呈正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為 0.71。從圖5、6中可看出氣壓與PM10質(zhì)量濃度變化規(guī)律基本相同。在低壓系統(tǒng)控制下，內(nèi)部氣流垂直上升運(yùn)動(dòng)頻繁，風(fēng)速較大，有利于顆粒物稀釋和擴(kuò)散；而當(dāng)高壓系統(tǒng)控制時(shí)，內(nèi)部的氣流下沉，容易造成大氣顆粒物的沉積，導(dǎo)致大氣污染物濃度升高[8,9]，合作市冬季受高原大陸系統(tǒng)影響，冬季平均氣溫為-0.27 ℃，在高壓系統(tǒng)控制下不利于合作市大氣顆粒物的稀釋。

圖4 2016年氣溫與PM10質(zhì)量濃度月變化關(guān)系

圖5 2015年氣壓與PM10質(zhì)量濃度月變化關(guān)系

圖6 2016年氣壓與PM10質(zhì)量濃度月變化關(guān)系

2.5 相對(duì)濕度對(duì)PM10質(zhì)量濃度的影響

相對(duì)濕度與PM10質(zhì)量濃度有顯著負(fù)相關(guān)的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.87。相對(duì)濕度增加時(shí)，大氣中的水汽含量升高，可使懸浮顆粒物沉降到地面，降低PM10在空氣中的濃度(圖7、圖8)。

2.6 降水量對(duì)PM10質(zhì)量濃度的影響

從圖9、圖10可以看出，降水量與PM10質(zhì)量濃度具有負(fù)相關(guān)的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.76。由于降水可以沖刷帶走空氣中的顆粒物，降低PM10質(zhì)量濃度，由于監(jiān)測(cè)期間正值北方生物質(zhì)燃燒的時(shí)期，大氣顆粒物很可能由其周邊有大量生物質(zhì)燃燒[10,11]，而合作市冬季月降水量最高僅為6.1 mm，故合作市冬季降水量較小不利于大氣中顆粒物的沉降稀釋。

圖7 2015年相對(duì)濕度與PM10質(zhì)量濃度月變化關(guān)系

圖9 2015年降水量與PM10質(zhì)量濃度月變化關(guān)系

圖8 2016年相對(duì)濕度與PM10質(zhì)量濃度月變化關(guān)系

圖10 2016年降水量與PM10質(zhì)量濃度月變化關(guān)系

3 結(jié)論

(1)本文分析了PM10質(zhì)量濃度與風(fēng)速、氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、降水量的相關(guān)性，由于甘南州合作市常年處于靜風(fēng)天氣，風(fēng)速對(duì)顆粒物濃度變化影響不明顯，其他氣象因素對(duì)大氣顆粒物濃度變化都具有顯著影響。除氣壓與PM10質(zhì)量濃度呈正相關(guān)外，其他氣象要素都表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。

(2)合作市供暖燃煤產(chǎn)生的大氣顆粒物對(duì)冬季大氣顆粒物污染貢獻(xiàn)較大。合作市冬季供暖初始期和供暖結(jié)束期，由于部分居民小煤爐還未進(jìn)行供暖或已停止供暖，表現(xiàn)在PM10質(zhì)量濃度曲線上，具有兩頭低，中間高的特征。

(3)氣象要素對(duì)大氣顆粒物污染的影響是通過多種氣象要素相互配合、相互作用、綜合反應(yīng)來產(chǎn)生作用，由于合作市冬季風(fēng)速低、降水量少、氣溫低等氣象因素和峽谷地形導(dǎo)致顆粒物聚積，故合作市冬季綜合氣象條件不利于大氣顆粒物稀釋擴(kuò)散。