楊庭湘 李艷* 劉建國 劉帥 朱悅

（1. 沈陽理工大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159；2. 鞍山市生態(tài)環(huán)境局，遼寧 鞍山 114000；3. 遼寧省生態(tài)環(huán)境保護(hù)科技中心，遼寧 沈陽 110161）

1 引言

20 世紀(jì)末，學(xué)術(shù)界就已經(jīng)開始對霧霾展開研究，從霧霾污染的時(shí)空特征、霧霾產(chǎn)生的原因以及影響因素等各方面展開了詳細(xì)的調(diào)查。有研究根據(jù)氣象觀測資料，從空氣質(zhì)量指數(shù)時(shí)間變化和空間變化分析霧霾特點(diǎn)［1-3］。有學(xué)者從霧霾的物理性質(zhì)和氣象因素等兩方面分析霧霾環(huán)境下大氣污染程度變化及氣象特征［4-5］。影響霧霾的因素有大氣組分因子以及氣象因子，如風(fēng)、濕度、降水等［6-7］。由于區(qū)域的不同，各種變量與大氣污染的形成無關(guān)或變量間存在自相關(guān)，采用SPSS 計(jì)算自變量與因變量之間的相關(guān)性，進(jìn)而得到大氣污染的主要影響因素［8-9］。本文運(yùn)用SPSS 軟件，以霧霾污染指數(shù)為因變量，大氣組分?jǐn)?shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)為自變量，研究大氣組分因子和氣象因子與霧霾之間的相關(guān)性，探討鞍山市霧霾的重要影響因素。

鞍山市地貌大體上為東南高西北低，東南方屬于千山山脈延伸部分的山區(qū)，中部為千山山脈向西部沖積平原過渡地帶。鞍山市氣候?yàn)闇貛Ъ撅L(fēng)性氣候，四季分明，雨熱同期。鞍山市是我國重要的鋼鐵工業(yè)基地，以鋼鐵冶金、煤炭消耗為主要產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，礦山開采和鋼鐵冶煉等會(huì)帶來嚴(yán)重的大氣顆粒物污染問題，這對鞍山市霧霾的產(chǎn)生有較大的影響［10］。

2 霧霾污染指數(shù)計(jì)算

通過計(jì)算霧霾污染指數(shù)來探究霧霾污染特征與各種影響因素之間的相關(guān)性。由于霧霾環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)較多，且影響因素復(fù)雜，時(shí)間跨度不一［11］，學(xué)術(shù)界目前還沒有統(tǒng)一的霧霾污染指數(shù)的計(jì)算公式，但由于霧霾是一種大氣的污染狀態(tài)［12］，所以用空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）來進(jìn)行霧霾污染指數(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)研究［13］，用下式計(jì)算霧霾污染指數(shù)：

式中，HPI 為霧霾污染指數(shù)，數(shù)值越大，表示污染越嚴(yán)重；AQIt為在t 時(shí)刻的空氣質(zhì)量指數(shù)；T 為監(jiān)測時(shí)間的長度，例如計(jì)算1 月份的霧霾污染指數(shù)，則T＝31 d。

2017 年鞍山市霧霾污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果見表1。鞍山市霧霾污染指數(shù)的平均值為72.4 μg/m3，其中最大的為鐵西工業(yè)園區(qū)的監(jiān)測站點(diǎn)，為94.130 μg/m3，這與其所處周圍環(huán)境有關(guān)，工業(yè)園區(qū)附近工業(yè)污染較重，工業(yè)空間集聚較為明顯［14］。第二大的為鐵西三道街的監(jiān)測站點(diǎn)，為82.228 μg/m3。霧霾污染指數(shù)最小的監(jiān)測站點(diǎn)為千山，為46.794 μg/m3，這符合把千山作為鞍山市潔凈區(qū)來衡量鞍山空氣的要求。

表1 2017 年鞍山市霧霾污染指數(shù)均值

3 霧霾污染指數(shù)與大氣組分及氣象因素的相關(guān)性

3.1 霧霾污染指數(shù)與大氣組分的相關(guān)分析

研究所使用的方法為相關(guān)性分析方法。影響因子為大氣組分因子和氣象因子，因變量為霧霾污染指數(shù)，自變量為大氣組分?jǐn)?shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)。首先，利用EXCEL 將收集到的數(shù)據(jù)整合起來，建立相關(guān)性分析數(shù)據(jù)庫，通過統(tǒng)計(jì)分析功能求出鞍山市2017 年P(guān)M2.5，PM10，SO2，CO，NO2，O3等6 種物質(zhì)的每月平均含量以及年平均濃度。接著通過SPSS 軟件的相關(guān)分析功能研究鞍山市霧霾的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)公式如下：

式中，r 為霧霾污染指數(shù)與影響因子的關(guān)系系數(shù)，如果r 為正數(shù)，說明霧霾污染指數(shù)與影響因子呈正相關(guān)，r 的數(shù)值越大，表明相關(guān)程度越高；Xi為影響因子數(shù)值為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)影響因子的平均值；Yi為霧霾污染指數(shù)為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)霧霾污染指數(shù)的平均值。

通過SPSS 軟件對霧霾污染指數(shù)與PM2.5，PM10，SO2，NO2，CO，O3這6 種大氣組分進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果見表2。

由表2 可見，鞍山市7 個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)的霧霾污染指數(shù)與PM2.5，PM10的相關(guān)系數(shù)較大，全部大于0.89，說 明 鞍 山 市 霧 霾 的 主 要 污 染 物 為PM2.5和PM10，且這7 個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)中深溝寺、鐵西三道街、明達(dá)新區(qū)及千山的PM2.5的相關(guān)系數(shù)為大氣組分的最大值。SO2，NO2，CO 與鞍山市霧霾污染的相關(guān)系數(shù)為正數(shù)，且小于PM2.5，PM10的相關(guān)系數(shù)，表明它們與霧霾污染也存在著一定的關(guān)系，且互相之間存在著一定的差異，其中NO2對深溝寺、太陽城、太平、明達(dá)新區(qū)、千山的霧霾污染影響相對較大，說明這些地區(qū)要加強(qiáng)對NO2的污染預(yù)防工作。O3與鞍山市的霧霾污染系數(shù)較小且相關(guān)系數(shù)均為負(fù)數(shù)，表明O3對鞍山市霧霾情況呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，即O3能夠起到降低鞍山市霧霾污染的作用。

3.2 霧霾污染指數(shù)與氣象因素的相關(guān)分析

研究所使用的方法為相關(guān)性分析方法，與上文探究霧霾污染與大氣組分的相關(guān)分析中所使用的方法相同。通過對不同的氣象因子對鞍山市的霧霾污染指數(shù)相關(guān)系數(shù)的不同，來探究其對鞍山市霧霾影響的差異性，見表3。

表3 霧霾污染指數(shù)與氣象因素相關(guān)性（N＝365）

由表3 數(shù)據(jù)分析可得出如下結(jié)論：

（1）霧霾污染與風(fēng)速的相關(guān)性。鞍山市霧霾污染指數(shù)與風(fēng)速呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。風(fēng)速越大，大氣越容易得到擴(kuò)散，從而降低大氣污染成分的濃度，減小霧霾發(fā)生的幾率。

（2）霧霾污染與氣溫的相關(guān)性。鞍山市霧霾污染指數(shù)與氣溫呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。氣溫升高時(shí)，增強(qiáng)了大氣層的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致大氣中的物質(zhì)擴(kuò)散性加強(qiáng)，霧霾污染降低。而當(dāng)氣溫降低時(shí)，大氣層較為穩(wěn)定，使得污染嚴(yán)重。

（3）霧霾污染與氣壓的相關(guān)性。鞍山市霧霾污染指數(shù)與氣壓呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。氣壓對霧霾污染物的影響較大，包括影響污染物的聚集與擴(kuò)散，導(dǎo)致污染物的濃度發(fā)生變化。

（4）霧霾污染與濕度、降水量的關(guān)系。鞍山市各監(jiān)測站點(diǎn)的濕度和降水量與霧霾污染指數(shù)有些呈現(xiàn)正相關(guān)，有些呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，而且系數(shù)比較小。降水量基本不呈現(xiàn)相關(guān)性。

4 結(jié)論

（1）鞍山市7 個(gè)氣象監(jiān)測站點(diǎn)中霧霾污染最嚴(yán)重的為鐵西工業(yè)園區(qū)，這與該地區(qū)工業(yè)空間集聚有關(guān)；而千山霧霾污染最輕，符合把千山作為衡量鞍山市空氣標(biāo)準(zhǔn)潔凈區(qū)的要求。

（2）鞍山市霧霾污染與大氣組分有較大關(guān)系。7個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)的霧霾污染指數(shù)與PM2.5，PM10的相關(guān)系數(shù)都在0.95 以上，表明影響鞍山市霧霾污染的主要大氣組分因素為PM2.5，PM10；大氣其他組分如SO2，NO2，CO 等與霧霾污染指數(shù)的關(guān)系較小，幾乎都在0.6 以下；O3則與霧霾污染指數(shù)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

（3）鞍山市霧霾污染與氣象因素密切相關(guān)，影響鞍山市霧霾污染的主要?dú)庀笠蛩貫闅鉁睾蜌鈮骸?個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)的霧霾污染與氣溫、氣壓、風(fēng)速相關(guān)性較大，且氣溫、風(fēng)速呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，與氣壓呈現(xiàn)正相關(guān)，濕度、降水量影響較小。