文章編號：1674-6139（2025）06-0055-05

中圖分類號：X513文獻標志碼：B

Concentration and Diffusion Characteristics ofAir Particle Pollutants under Continuous High Temperature Weather in Summer

WeiLiying，XieFei，LiangJianping，LiXiaobo，LiYan （Meteorological Observation Center，Baise Meteorological Bureau，Baise 533OOo，China）

Abstract：Tostdythespatiotemporaldifusioncharacteriticsofairparticulatepllutantconcentrationsduringsustainedhighem peraturesinsummer，samplingpointsaresetupiareasfarawayfrompolutionsources，withflatterainandgodvegetationcoverage， nearplaintraffcarteries，mountaintops，mountainslops，andfoothill.Medumflowimpactgradedsamplersreusedforcontiuous sampling，andlaserparticlecountersareusedtomonitorconcenrationchangeseveryhour.ThemonitoringperiodistheholedayUnder sustained high temperatures in summer， PM_2.5 concentration is higher than PM₁₀ .The concentration of particulate pollutants is higher oncleardays.There is a significant diffrence in the difusion characteristics of PM_2.5 and PM₁₀ concentrations between daytime and nightie.Iedisofantsartasratioegmperaueprootsttaldticalsif polutants，reducingthoncentratioofparticlatepoltantsnearthegroundTesustaiedightemperatureinummerassigificant impact on the spatiotemporal difusion characteristics of air particulate pollutant concentrations.

Key words：sustained high temperature weather in summer; PM_2.5 ： PM₁₀ concentration；diffusion characteristics；Quartz fiber filtei membrane

前言

空氣微粒污染物是影響空氣質量的關鍵因素之一，它們對人類健康和環(huán)境質量產(chǎn)生著深遠的影響。

在高溫天氣下，空氣微粒污染物的擴散和傳輸過程可能發(fā)生變化，進而影響到污染物的分布和濃度?；谠摫尘吧钊胩骄肯募境掷m(xù)高溫天氣下空氣微粒污染物濃度擴散特征。該方向的研究有助于更準確地把握夏季持續(xù)高溫天氣下的空氣污染的變化規(guī)律[1]。隨著氣候變化趨勢的加劇，夏季高溫天氣可能會成為常態(tài)，這使得對空氣微粒污染物擴散特征的研究更具現(xiàn)實意義和緊迫性[2]

夏季持續(xù)高溫下空氣微粒污染物濃度擴散特征的研究，已成為環(huán)境科學領域熱點，國內外學者深入研究并取得諸多成果。目前，研究主要集中在以下幾個方面：首先，通過對不同高溫條件下空氣微粒污染物的監(jiān)測與分析，揭示了其濃度的時空變化特征。其次，利用數(shù)值模擬和實驗室模擬等手段，深入探究了高溫對空氣微粒污染物擴散和轉化的影響機制。此外，還研究關注了高溫天氣下不同污染源對空氣微粒污染物濃度的貢獻及其相互作用?，F(xiàn)基于以往取得的各種研究成果對夏季持續(xù)高溫天氣下空氣微粒污染物濃度擴散特征實施深入研究，旨在更精確地揭示高溫條件下污染物的擴散規(guī)律與機制。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域

針對某研究區(qū)域，在夏季持續(xù)高溫天氣下，探討該區(qū)域空氣微粒污染物濃度的擴散特征。

研究區(qū)域地處溫帶季風氣候區(qū)，夏季高溫多雨。地形以山地和丘陵為主，地勢起伏較大，海拔從幾十米到數(shù)千米不等[3]。研究區(qū)域有著豐富的地表水資源和地下水資源，同時該區(qū)域擁有豐富的礦產(chǎn)資源，包括煤炭、石油、天然氣等。這些礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用對當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展具有重要意義。然而，礦產(chǎn)資源的開發(fā)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水和固體廢棄物等污染物對空氣環(huán)境造成了不良影響[4]

1.2 監(jiān)測點布設

首先在遠離污染源、地形平坦、植被覆蓋良好的區(qū)域設置采樣點。其次在平原區(qū)內具有代表性的交通要道附近設置采樣點，采樣點間距根據(jù)地形和污染源分布情況調整。最后在山地和丘陵區(qū)的山頂、山腰和山腳等關鍵位置設置采樣點。

1.3空氣微粒污染物采樣

在研究區(qū)域的夏季，通過監(jiān)測氣象預報，選擇預期為高溫天氣的日子實施采樣，采樣需覆蓋全天[5]采樣使用的儀器具體如下：

（1）超聲清洗器：型號：KQ-500；

（2）真空干燥箱：型號：DZG-500DB;

（3）中流量撞擊式分級采樣器：型號：Model110;

（4）分析天平：型號：Quintix35-1CN；

（5）純水儀：型號：MiLii-Q plu;

（6）激光粒子計數(shù)器：型號：AEEWF4;

（7）流量計：型號：D35；

（8）馬弗爐：型號：F352。

在采集 PM_2.5 和 PM₁₀ 樣品時，選用美國Pall公司提供的47毫米石英纖維濾膜作為采樣介質，并運用中流量撞擊式分級采樣器（MOUDI），將采樣流量設定為 30L/min 。為了確保數(shù)據(jù)的全面性和準確性，采取連續(xù)采樣策略，每日采樣時長共計22小時，剩余兩小時則用于更換濾膜。整個采樣過程嚴格遵循國家標準，確保數(shù)據(jù)的可靠性[6]。大氣中 PM_2.5 和PM₁₀ 顆粒物樣品采集過程如下：

在采樣前，準備一張潔凈的鋁箔紙，經(jīng)過無水乙醇的仔細擦拭后自然晾干。將石英纖維濾膜平整地放置于鋁箔紙內，并仔細包裹，確保濾膜被完全密封放入馬弗爐中，在 450^qC 的高溫下灼燒6小時，以徹底清除濾膜上可能存在的任何雜質。待濾膜冷卻后，將其從鋁箔紙中取出，分別放入膜盒中，并將膜盒微微開啟，放入恒溫恒濕的干燥箱中平衡24小時[7]。之后，使用分析天平對濾膜實施精確稱重，并記錄重量。

采樣前，還需要確保采樣器的正常運行。使用無水乙醇將鑷子擦拭干凈，夾取已經(jīng)準備好的空白濾膜固定在采樣器上。在采樣開始時，將采樣器與壓力表相連，并確認壓力表上、下表盤的數(shù)值分別為18.5和62.5，以確保采樣器的流量穩(wěn)定在 30L/min 。

采樣結束后，使用干凈的鑷子將濾膜從采樣器上取下，并再次放入恒溫恒濕的真空干燥箱中平衡24小時。隨后，對濾膜實施稱重記錄質量。完成稱重后，使用干凈的鑷子將濾膜放入膜盒中，將膜盒放人 -20% 的冰箱中保存[8]。通過測量采樣前后濾膜的質量變化，并結合采樣體積，計算出大氣顆粒物的濃度。

在選定的采樣點安裝了無線自動氣象站，旨在同步收集大氣顆粒物樣品與對應采樣點的氣象數(shù)據(jù)。

通過馬弗爐以 450% 的高溫灼燒石英纖維濾膜6小時，以徹底去除濾膜中的雜質。此外，為了確保采樣設備的準確性，在每次采樣前都實施嚴格的清洗和校準工作。具體來說，MOUDI的切割器使用純水儀和超聲清洗器徹底清洗，其中切割粒徑最小的切割器需要采用異丙醇浸泡至完全清潔。同時，采樣器的其他接觸部分以及鑷子均用無水乙醇仔細擦拭，確保沒有殘留物影響采樣結果。在采樣之前，使用了流量計和與MOUDI配套的壓力表對流量實施了精確的校準，以確保采樣過程中的流量穩(wěn)定且準確。同時，仔細檢查濾膜，確保沒有任何針孔或其他缺陷，以免影響采樣結果的準確性。在稱量濾膜的過程中，同樣注重細節(jié)和準確性[9]。每次稱量前，均使用干凈的刷子清掃分析天平的稱量室，并檢查天平的基準水平，確保稱量結果的精確性。同時，為了消除靜電的影響，在稱量前會打開分析天平的屏蔽門超過1分鐘，使天平內的濕度和溫度與實驗室環(huán)境達到平衡。在稱量過程中，盡量縮短操作時間，并取兩次稱量的質量平均值作為最終結果。最后，為了進一步驗證數(shù)據(jù)的準確性，將場地空白濾膜與實際樣品濾膜一同實施恒溫恒濕平衡和稱量。通過對比兩者的質量差，發(fā)現(xiàn)場地空白濾膜采樣前后的質量差遠小于實際樣品濾膜。

使用激光粒子計數(shù)器監(jiān)測顆粒物每小時的濃度變化情況，監(jiān)測時間為一整天。利用某日的監(jiān)測數(shù)據(jù)與實際采集到的 PM_2，5 和 PM₁₀ 數(shù)據(jù)繪制散點圖可知，采樣點周邊監(jiān)測站監(jiān)測的 PM_2.5 和 PM₁₀ 數(shù)據(jù)與采樣點采集的顆粒物樣品數(shù)據(jù)之間相關性較強[10]

2空氣微粒污染物濃度擴散特征分析

2.1空氣微粒污染物濃度時間擴散特征分析

在夏季持續(xù)高溫天氣下，分析遠離污染源、地形平坦、植被覆蓋良好的區(qū)域采樣點的時間擴散特征，具體采樣數(shù)據(jù)見圖1。

在夏季持續(xù)高溫天氣下，整體來說， PM_2.5 的濃度高于 PM₁₀ ，這是由于強光照和高溫可能促進揮發(fā)性有機化合物（VOCs）和氮氧化物（ ）的光化學反應，從而生成 PM_2.5 。同時 PM₁₀ 顆粒較大，相對容易受重力影響而沉降到地面，因此 PM₁₀ 的濃度也較高。

在晴朗天氣下，微粒污染物的濃度更高，在下雨的情況下，雨水對空氣微粒污染物具有沖刷作用，能夠顯著降低 PM_2.5 和 PM₁₀ 的濃度。雨水通過濕沉降的方式，將大氣中的顆粒物帶至地面，從而減少空氣中的污染物含量。

比較遠離污染源、地形平坦、植被覆蓋良好的區(qū)域采樣點日間與夜間 PM_2.5 和 PM₁₀ 的濃度擴散特征差異，具體見圖2。

在夏季持續(xù)高溫天氣下，日間與夜間的 PM_2.5 和 PM₁₀ 濃度擴散特征存在顯著差異。其中日間擴散特征具體如下：日間，陽光直射導致地表溫度迅速上升，大氣溫度也隨之升高。這種高溫環(huán)境有利于大氣對流和湍流的形成，從而增強 PM_2.5 和PM₁₀ 的擴散能力，使其實現(xiàn)迅速擴散，濃度快速降低。在強烈的光照下，大氣中的氮氧化物、揮發(fā)性有機化合物等前體物質發(fā)生光化學反應，使 PM_2.5 的濃度更高。同時日間較高的風速有利于污染物的擴散和稀釋，而特定的風向可能將污染物從源區(qū)帶至其他區(qū)域。以及日間，隨著地表溫度的升高，大氣邊界層（混合層）的高度逐漸增加。這有利于污染物的垂直擴散，使得 PM_2.5 和 PM₁₀ 能夠在更廣泛的空間內分布。

夜間地表溫度迅速下降，而大氣上層溫度相對較高，形成溫度逆層。這種逆層結構限制了空氣的垂直混合和污染物的擴散，使得 PM_2.5 和 PM₁₀ 更容易在地表附近積聚。與日間相比，夜間的風速較低。降低了污染物的擴散能力，使得 PM_2.5 和 PM₁₀ 的濃度容易升高。同時，夜間大氣邊界層（混合層）的高度逐漸降低。限制了污染物的垂直擴散空間，使得PM_2.5 和 PM₁₀ 更容易在較低的大氣層中積聚。以及夜間某些源排放（如交通、工業(yè)等）可能仍在繼續(xù)，但擴散條件較差，導致污染物在地表附近積聚，整體來說， PM_2.5 和 PM₁₀ 的濃度仍然較高。

2.2空氣微粒污染物濃度空間擴散特征分析

以 PM_2.5 為例，在夏季持續(xù)高溫天氣下，對于設置的平原區(qū)內的交通要道附近的采樣點，顆粒污染物的濃度擴散特征見圖3。

在高溫天氣下，機動車尾氣排放會增加，因為發(fā)動機需要更多的冷卻和能源消耗。這會導致 PM_2.5 的排放量上升。道路揚塵在高溫下也會增加，因為干燥的路面更容易產(chǎn)生揚塵。同時在夏季，由于旅游、貨運等活動的增加，交通流量會上升，導致污染物排放量增加。

高溫天氣常伴隨著較高的風速。當風速較大時， PM_2.5 粒子會受到風的驅動，向遠處擴散，從而迅速降低近源區(qū)域的污染物濃度。

以 PM_2.5 為例，在夏季持續(xù)高溫天氣下，對于山頂、山腰和山腳等位置設置的采樣點， PM_2.5 和 PM₁₀ 的濃度擴散特征見圖4。

在高溫天氣下，大氣邊界層的發(fā)展通常更為旺盛，導致大氣垂直混合增強。這意味著空氣微粒污染物更容易在垂直方向上混合和擴散，從而降低了地面附近的顆粒污染物濃度。

3 結束語

通過對夏季持續(xù)高溫條件下空氣微粒污染物的深入探究，詳細揭示了擴散特征與機制，為理解夏季大氣污染問題提供了新的視角。夏季持續(xù)高溫天氣下空氣微粒污染物濃度的時間與空間擴散特征受多種因素影響。研究通過在多種典型位置設置采樣點，采用特定采樣器連續(xù)采樣和粒子計數(shù)器監(jiān)測濃度變化，發(fā)現(xiàn) PM_2.5 濃度在夏季持續(xù)高溫時高于 PM₁₀ ，晴朗天氣微粒污染物濃度更高而雨水有沖刷作用，日間和夜間 PM_2.5 與 PM₁₀ 濃度擴散特征顯著不同，交通要道附近污染物排放增加，并且高溫天氣促進污染物水平和垂直擴散，從而降低地面附近的顆粒污染物濃度，這些都表明夏季持續(xù)高溫天氣對空氣微粒污染物濃度的時空擴散特征有著顯著的影響。

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