王 琛

（河南省許昌市氣象局，河南 許昌 461000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，大氣顆粒污染物已成為影響我國城市空氣質(zhì)量的首要因素［1］。PM2.5和PM10是我國環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本污染物項(xiàng)目，分別指空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5μm和10.0μm的顆粒物［2］。目前，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)大氣污染物進(jìn)行了許多研究，研究?jī)?nèi)容主要包括污染物特征分析［3-4］、來源解析［5-6］、污染成因以及污染物與氣象要素的關(guān)系［7-9］等方面。研究表明，不同地區(qū)的大氣顆粒物污染存在顯著差異，污染源和當(dāng)?shù)貧庀髼l件是影響其污染程度的重要指標(biāo)。

中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站“全國城市空氣質(zhì)量實(shí)施發(fā)布平臺(tái)”發(fā)布的數(shù)據(jù)表明，河南省一直是全國大氣污染最嚴(yán)重的地區(qū)之一。但近年來，大量觀測(cè)及研究都集中在長(zhǎng)三角［10-11］、珠三角［12］以及京津冀等地區(qū)［13］，也取得了許多成果，而對(duì)于許昌市這類污染較嚴(yán)重的非省會(huì)城市的研究較少，僅王愛琴對(duì)許昌市PM2.5污染特征進(jìn)行了初步研究［14］。許昌市位于中原腹地，屬暖溫帶季風(fēng)氣候，是中原經(jīng)濟(jì)區(qū)核心城市之一，也是全國19個(gè)“國家生態(tài)園林城市”之一。通過開展許昌市顆粒污染物變化特征及其與氣象要素的相關(guān)關(guān)系研究，不僅能夠?yàn)樵S昌市污染防治提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐，也能為中原經(jīng)濟(jì)區(qū)及周邊城市污染防治提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

許昌市位于中原腹地，伏牛山脈東麓，平均海拔72.8 m，屬于暖溫帶季風(fēng)性氣候。平均降水量600～700 mm，多集中在夏季。按《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ 664—2013）中的要求，許昌市城市建成區(qū)內(nèi)設(shè)有5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，5個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)均為空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)國控點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的選取均符合國家相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有良好的代表性、準(zhǔn)確性和可比性。

1.2 數(shù)據(jù)來源

5個(gè)空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)子站均采用美國Ther-moFisher公司生產(chǎn)的1405F系列儀器（微量振蕩天平法）對(duì)顆粒污染物質(zhì)量濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)過程嚴(yán)格按照《環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 193—2005）中的相關(guān)技術(shù)規(guī)定和質(zhì)量控制要求，對(duì)儀器進(jìn)行定期校準(zhǔn)、巡檢和維護(hù)保養(yǎng)，確保儀器運(yùn)行正常。常規(guī)地面逐時(shí)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)來自許昌市氣象局，包括風(fēng)速風(fēng)向、溫度、濕度和降水等，氣象數(shù)據(jù)和顆粒物原始數(shù)據(jù)均為小時(shí)平均值。

2 結(jié)果分析

2.1 PM2.5與PM10年際變化特征

從表1得出，2016—2018年P(guān)M2.5濃度年均值呈逐年下降趨勢(shì)，PM10濃度年均值2017年較2016年有所下降，2018年較2017年有所回升。2016—2018年P(guān)M2.5和PM10日均濃度超標(biāo)率分別為27.3%、26.6%、24.4%和26.0%、18.8%、18.3%，均呈下降趨勢(shì)。PM2.5和PM10日均濃度二級(jí)達(dá)標(biāo)率分別為72.6%、73.4%、75.6%和74.0%、81.2%、81.7%，均呈上升趨勢(shì)。2016—2018年P(guān)M2.5日均濃度超標(biāo)率均高于PM10，說明細(xì)顆粒物污染較為嚴(yán)重。

表1 2016—2018年P(guān)M2.5與PM10日均濃度達(dá)標(biāo)率

2.2 PM2.5與PM10濃度月、季變化特征

2016—2018年P(guān)M2.5與PM10月均濃度基本呈現(xiàn)“V”型變化，最低值出現(xiàn)在7月，最高值出現(xiàn)在1月或12月（見圖1）。PM2.5與PM10濃度1—7月整體呈下降趨勢(shì)，8月以后濃度持續(xù)升高，到冬季12月或1月，PM2.5與PM10濃度達(dá)到全年最高值。PM2.5月均濃度在9月、10月有起伏變化，PM10濃度在3—5月有波動(dòng)變化。

圖1 PM2.5與PM10濃度月變化圖

分析2016—2018年P(guān)M2.5與PM10質(zhì)量濃度季節(jié)變化可得（見圖2），夏季PM2.5與PM10平均濃度最低，冬季最高，PM10春季濃度高于秋季。夏季多晴熱高溫，大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，夏季降水較多，這幾個(gè)條件均有利于污染物的擴(kuò)散和消除。冬季溫度下降太陽輻射減弱，日照時(shí)間短，出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的逆溫可能性高，此外作為北方城市，冬季燒煤取暖，也會(huì)導(dǎo)致污染物濃度較高。PM10春季濃度高，可能是由于春季風(fēng)速較大，氣流與地面摩擦產(chǎn)生的沙塵顆粒、施工揚(yáng)塵等含粗粒子較多而細(xì)顆粒較少［15］。

圖2 PM2.5與PM10濃度季節(jié)變化圖

2.3 PM2.5與PM10濃度日變化特征

PM2.5與PM10平均濃度各站點(diǎn)間日變化趨勢(shì)基本一致（見圖3）。PM2.5平均濃度日變化呈單峰單谷型，PM10平均濃度日變化呈雙峰雙谷型。其原因可能是夜晚累積的大氣污染物難以擴(kuò)散，加上出行早高峰，機(jī)動(dòng)車排放的污染物逐漸增多，堆積速度大于擴(kuò)散速度，導(dǎo)致污染物濃度在9：00到10：00左右達(dá)到了第一個(gè)峰值。之后隨著溫度不斷升高，湍流混合逐漸加強(qiáng)，對(duì)流加快，污染物易于稀釋和擴(kuò)散，污染物濃度有所降低，污染物濃度在16：00到17：00左右下降到谷值。隨后隨著氣溫下降，湍流減弱，再加上晚高峰的到來，污染物濃度再次升高［16-17］。其中，市一中監(jiān)測(cè)點(diǎn)由于地處市中心，靠近學(xué)校，車流量較大，故污染物濃度高于其他幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

圖3 PM2.5與PM10濃度日變化圖

3 氣象因子對(duì)PM2.5與PM10濃度的影響

氣象要素是影響大氣污染物累積、擴(kuò)散的重要因素［18］，通過計(jì)算許昌市PM2.5和PM10濃度與溫度、降水、風(fēng)速、相對(duì)濕度4個(gè)氣象因素的Spearman秩相關(guān)系數(shù)，研究分析許昌市不同季節(jié)PM2.5和PM10質(zhì)量濃度與氣象要素的相關(guān)關(guān)系。

從表2中可以發(fā)現(xiàn)，PM2.5濃度在春、夏、秋季與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，隨著氣溫的升高，大氣對(duì)流作用逐漸增強(qiáng)，PM2.5與PM10污染物更易擴(kuò)散［19］；在冬季PM2.5、PM10濃度與氣溫均呈顯著正相關(guān)，冬季氣溫較低，氣溫降低多出現(xiàn)冷空氣或降雪天氣，有利于污染物的稀釋與擴(kuò)散。污染物濃度與降水量均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，降水主要通過濕沉降來降低污染物的濃度，對(duì)比相關(guān)系數(shù)可以看出，降水對(duì)PM10污染物清除效果更好［20］。PM2.5濃度與相對(duì)濕度在春季、冬季呈顯著正相關(guān)，在夏季呈顯著負(fù)相關(guān)；PM10濃度和相對(duì)濕度在春、夏、秋季呈顯著負(fù)相關(guān)，在冬季呈顯著正相關(guān)。污染物濃度與風(fēng)速在春、夏、秋、冬四季均呈顯著負(fù)相關(guān)。風(fēng)對(duì)顆粒物的影響主要是物理作用，風(fēng)速大小影響著顆粒物的傳輸和擴(kuò)散等［21］。

表2 不同季節(jié)PM2.5、PM10濃度與氣象要素的相關(guān)性

4 結(jié)論

利用許昌市城區(qū)5個(gè)國控監(jiān)測(cè)點(diǎn)位PM2.5、PM10的日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究2016—2018年許昌城區(qū)大氣顆粒物質(zhì)量濃度變化特征及其與氣象要素的關(guān)系，得出以下結(jié)論。

①2016—2018年許昌城區(qū)大氣顆粒物污染情況有所好轉(zhuǎn)，顆粒污染物平均濃度和超標(biāo)率逐年降低。PM2.5濃度超標(biāo)率高于PM10，細(xì)顆粒物污染較為嚴(yán)重。

②顆粒物濃度月變化趨勢(shì)呈“V”型變化，1—7月下降，7—12月上升，季節(jié)變化特征為冬季濃度最高，夏季濃度最低。PM2.5平均濃度日變化呈單峰單谷型，PM10平均濃度日變化呈雙峰雙谷型。

③PM2.5和PM10濃度與氣象要素的關(guān)系存在季節(jié)性差異。在春、夏、秋季與氣溫呈負(fù)相關(guān)，冬季與氣溫呈正相關(guān)。與降水量在春、夏、秋季呈負(fù)相關(guān)，且對(duì)PM10濃度影響更大。PM2.5濃度與相對(duì)濕度在春、冬季呈正相關(guān)；PM10濃度和相對(duì)濕度在春、夏、秋季呈負(fù)相關(guān)，在冬季呈正相關(guān)。與風(fēng)速在春、夏、秋、冬四季均呈負(fù)相關(guān)，對(duì)PM2.5濃度影響更大。