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        2018年鄭州市空氣主要污染物與降水量關系分析及月變化規(guī)律

        2020-07-04 02:54:46趙軍令巴紅霞
        河南科學 2020年5期
        關鍵詞:鄭州市負相關降雨量

        趙軍令, 巴紅霞

        (河南省源鎂環(huán)??萍加邢薰?,鄭州 450000)

        空氣中的污染物主要包括PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3等[1-2]. 工業(yè)生產(chǎn)、燃燒化石燃料等是空氣污染物的主要來源[3-5]. 空氣污染物在大氣中達到一定濃度后,如果不及時清除,就會對人體造成危害,同時影響交通,給人們?nèi)粘I顜聿槐悖?-8].

        當前,空氣污染問題越來越受人們的重視,近期越來越多的研究開始關注空氣污染物的問題. 目前主要的研究表明,空氣污染物濃度與降水量呈負相關關系[9-12],但相關研究只建立了空氣污染物與降水的總體關系,缺乏細致分析城市空氣污染物的月動態(tài)變化以及空氣污染物之間的相關關系,不利于有針對性地治理空氣污染物[13-15].

        近年來鄭州大力發(fā)展經(jīng)濟,但空氣污染問題也逐漸暴露出來,《2018 年鄭州市環(huán)境質(zhì)量狀況公報》(http://zzepb.zhengzhou.gov.cn/zlbgs/1779814.jhtml)數(shù)據(jù)與2017年相比,城區(qū)PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3年均濃度及特定日均值分別下降4.5%、10.2%、28.6%、7.4%、18.2%、2.5%,空氣質(zhì)量呈改善趨勢. 本文以2018年鄭州市的降水量數(shù)據(jù)情況和主要空氣污染物濃度數(shù)據(jù)為研究對象,經(jīng)過統(tǒng)計計算和Pearson相關系數(shù)分析法,分析每種空氣污染物的月變化情況,重點分析鄭州市主要空氣污染物與降水量間關系,同時分析各污染物間相關關系,為今后鄭州市空氣治理提供理論依據(jù),同時為針對性治理提供參考意見.

        1 研究區(qū)概況

        鄭州市為河南省會,是我國重要的交通樞紐,地理坐標東經(jīng)112°42′~114°14′、北緯34°16′~34°58′. 鄭州市屬北溫帶大陸性季風氣候,全年平均氣溫15.6 ℃,8月份溫度最高,月平均氣溫25.9 ℃,1月份溫度最低,月平均氣溫為2.15 ℃,整年日照時間約1 869.7 h.

        2 資料與方法

        2.1 數(shù)據(jù)來源

        本文研究數(shù)據(jù)包含兩部分,一部分為2018年鄭州市每月降水量,一部分為2018年每月主要空氣污染物濃度. 數(shù)據(jù)分別來自于中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)(http://data.cma.cn)中的數(shù)據(jù)和中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部網(wǎng)站(http://www.mee.gov.cn)中的全國城市空氣質(zhì)量實時數(shù)據(jù).

        2.2 研究方法

        Pearson相關系數(shù)法是用來衡量定距變量間的線性關系的有力工具,一般用r表示. 如有兩組變量,則設兩個變量:x1,x2,x3,…,xn;y1,y2,y3,…,yn.

        相關系數(shù)計算公式為:

        式中:r的變化幅度為-1~1,r 絕對值越接近于1,相關性越強;相關系數(shù)大于0,表明兩變量為正相關,小于0,表明兩變量為負相關.

        3 結(jié)果與分析

        3.1 降水量月動態(tài)變化

        由圖1可見,2018年鄭州市降雨總量為640.9 mm. 降雨量隨月份的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,降雨量主要集中在7、8 月份,分別為146.2 mm 和138.9 mm,兩個月份降雨量之和占鄭州市全年降雨總量的44.5%. 12月份降雨量最低,為9.4 mm,1月份為9.6 mm,與12月份相接近. 2018年鄭州市降雨量最大值是最小值的15.6倍. 總體來看,2018年鄭州市降雨量主要集中在夏季,春秋季次之,冬季最少.

        3.2 空氣主要污染物濃度月動態(tài)變化

        PM2.5被定義為空氣中空氣動力學當量直徑小于或等于2.5 μm的顆粒物. 由圖2(a)可見,2018年鄭州市PM2.5濃度隨月份變化呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢. 冬季PM2.5濃度普遍偏高,1月份濃度最高,達117 μg/m3;夏季普遍偏低;9月份最低,為31 μg/m3,最高濃度是最低濃度的3.77 倍. 產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是市民冬季取暖,大量燃燒煤炭等化石燃料,導致空氣PM2.5濃度升高.

        PM10通常是指粒徑在10 μm 以下的顆粒物. 由圖2(b)可見,2018年鄭州市PM10濃度隨月份呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢. PM10濃度在12 月份達到最高,為148 μg/m3,PM10濃度在7月份達到最低,為66 μg/m3,比最大值低55%. PM10的來源主要機動車尾氣和化石燃料不完全燃燒,冬季由于市民出行使用機動車增加,使用較多的化石燃料,從而使空氣中PM10增多[16].

        SO2是比較常見的具有刺激性的硫氧化物,可導致環(huán)境酸化[17]. 由圖2(c)可見,2018 年鄭州市SO2濃度除夏季外,其余時間均處在較高水平,1 月份濃度最高,為23 μg/m3,7 月份濃度最低,為5 μg/m3. 重工業(yè)排放較多的SO2,由于鄭州市大力發(fā)展經(jīng)濟,同時吸引較多外資建廠,導致SO2濃度長時間維持在較高濃度.

        圖1 2018年鄭州市月降雨量分布Fig.1 Distribution of monthly rainfall in Zhengzhou City in 2018

        圖2 2018年鄭州市空氣主要污染物月變化Fig.2 Monthly changes of major air pollutants in Zhengzhou City in 2018

        NO2可造成酸雨,同時對人體有毒害作用,人體大量吸入會損害呼吸道. 由圖2(d)可見,2018年鄭州市空氣中NO2濃度10 月份最高,為71 μg/m3,7月份最低,為34 μg/m3. 通常NO2主要來自化石燃料的燃燒,例如機動車尾氣的排放、工業(yè)廢氣的排放等,這可能是冬季空氣中NO2濃度較高的原因[18].

        CO是一種毒性氣體濃度過高會導致人體缺氧,由圖2(e)可見,CO濃度在幾種空氣污染物中濃度最高,為主要的空氣污染物. 2018年鄭州市CO濃度1月份最高,由圖2(e),為2.9 mg/m3;春季和夏季CO濃度都維持在較低水平,6月份最低,為1.1 mg/m3;1月份CO濃度比6月份CO濃度高164%. 大氣中的CO是煤、石油等含碳物質(zhì)不完全燃燒的產(chǎn)物,汽車廢氣內(nèi)含有較多的CO.

        臭氧(O3)又稱為超氧,長時間直接接觸高濃度臭氧會出現(xiàn)疲乏、咳嗽等癥狀. O3濃度與其他不同,由圖2(f)可見,O3在夏季有濃度較高,冬季濃度較低,全年變化范圍為52~242 μg/m3. 人為源的O3主要是由人為排放污染物的光化學反應生成[19].

        總體來看,CO和PM2.5在1、2、3、11月和12月為空氣中的主要污染物,PM10在4—5月為主要污染物,NO2在9—10月為主要污染物,O3在6、7月和8月為主要污染物. 根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可在不同時期采取有針對性的措施處理空氣中的污染物.

        3.3 降水量與空氣主要污染物濃度關系

        由表1可見,月降水量與PM2.5、PM10和SO2呈極顯著負相關(P<0.01),與NO2和CO呈顯著負相關(P<0.05),與O3呈極顯著正相關. 說明除O3外,降雨量大則空氣中污染物含量低,降雨對空氣污染物有明顯的清除作用,降雨對空氣的凈化有很大幫助.

        表1 2018年鄭州市月降水量與空氣主要污染物濃度之間的相關系數(shù)Tab.1 Correlation coefficient between monthly precipitation and concentration of major air pollutants in Zhengzhou City in 2018

        3.4 空氣主要污染物間相關關系

        由表2可見,PM2.5、PM10和CO與NO2均呈顯著正相關(P<0.05),其余污染物之間均呈極顯著關系(P<0.01).除O3與其余種類空氣污染物呈極顯著負相關(P<0.01)外,其余污染物間均為正相關.

        表2 2018年鄭州市不同種類空氣主要污染物間的相關系數(shù)Tab.2 Correlation coefficients between different types of air pollutants in Zhengzhou in 2018

        綜上所述可以看出,空氣中的污染物主要來源于工業(yè)廢氣的排放、機動車尾氣的排放及人們的日?;顒? 夏季空氣中污染物濃度較低,冬季空氣中的濃度較高,分析原因:一是夏季降雨充沛,空氣污染物濃度與降雨量呈負相關,降雨對空氣污染物有較好的清除作用;二是冬季人們更多使用汽車等交通工具,還有取暖燃燒化石燃料,增加了空氣中的污染物濃度. 結(jié)果表明,除O3外,各污染物間存在顯著正相關性,降低其中一種污染物的濃度就可降低其他污染物濃度. 故在今后的空氣治理中,應加強冬季空氣治理,開發(fā)新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源,推動新能源汽車的應用,同時做好節(jié)能減排工作.

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