侯马市空气污染物跟气象要素之间关系的分析
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作者:白金凤 王建敏 王星星 武峰梅 白丽芹
摘要：空气污染给经济建设和人类健康造成影响极大。控制污染是一个特别重要的问题。分析空气污染物与气象因素的关系，将为今后的工作和科学研究奠定良好的基础。
关键词：侯马市;空气污染物;气象要素;关系分析
中图分类号：X16 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）10-0-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.076
Abstract： Air pollution has a great impact on economic construction and human health. Controlling pollution is a particularly important issue. Analysis of the relationship between air pollutants and meteorological factors will lay a good foundation for future work and scientific research.
Key words： Houma City; Air pollutants; Meteorological elements; Relationship analysis
本文利用2017年6月以来各种空气污染物的监测信息数据，结合同期气象资料，深入分析研究环境空气污染。
1 分析方法
目前，空气质量预测方法可分为污染源与气象场相结合的数值模型和统计方法[1]。前者普遍运用在省级以上部门和有关科研机构，如中国气象科学院的CAPPS模型和美国环保局的第三代空气质量模型-3/CMAQ。数值模型可以更好地反映其背后的物理机制，但操作相对复杂，需要较高的计算机硬件和软件配置。所以，基于历史信息数据分析的统计方法也非常流行。金申等人用多元回归方法模拟了佛山市顺德区空气污染物的浓度水平和变化趋势。许阳等建立的大气污染物浓度统计预测模型对武汉市大气污染物浓度的预测准确率为78.1%。厦门建立的臭氧预测和评价系统，预测效果好。研究空气污染物与气象因素的关系，探讨基于气象因素的空气质量预测方法，对大气环境评价和污染控制具有重要的参考意义。
2 材料分析
信息数据为侯马市环境监测中心站2017年6月到2018年12月监测的三种主要空气污染物的日平均浓度：可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮和气象因素，包含风向、相对湿度和太阳总辐射。在同一时期，利用有关分析，建立了三种主要空气污染物与气象要素的关系。分析了三种污染物与02时、08时、14时和20时四个风向的关系和11月至次年3月和6月至9月二氧化氮与太阳总辐射的关系。
3 结果分析
3.1 风和污染物的浓度
了解风的变化规律，做出准确预报，对大气污染天气预报具有重要意义[2]。研究表明，冬季和春季冷空气活动相对频繁，由于高空向下的动量传递，地面经常刮风或风速增加。结果，侯马市的冬春季节出现了大风，使风向向北移动。在夏季与秋季，风速相对较小，再加上地形的加热，风的日变化是明显的。针对2017-2018年不同时期风向、风速信息数据分析：从晚上到早上（08：00）的风向主要是东风，中午14：00的是西风与西南风，20：00时的东风和西风的发生频率大致相同。风速决定污染物的扩散和稀释速度。夏季西南风或东风带来新鲜的空气，湿度相对比较大，使空气污染的沉淀加快;冬天的风带来的空气又脏又干。所以，夏季的空气污染水平比冬季低得多;春秋季风向为变化的季节，空气污染指数较低;秋天的西南风转向西北风，污染指数随之升高。
3.2 风向和污染物浓度值
为了探索和确定侯马市的空气污染是否来自当地，研究一天中不同时间的日污染浓度和风向是特别重要的。分析发现在夜间02时的PM10的日平均浓度只有在西南风出现时才达到最高值，而其他风向的浓度值变化不大。针对一天四次不同风向的风速信息数据，西南风夜间02时的风速较大，平均风速达到2.5m/s。灰尘利用风力作用扩散到大气中，使PM10浓度增加。清晨（08：00），污染物浓度随风向略有波动。但针对风向，信息数据显示180-225风向没有污染物。
3.3 风速和污染物浓度
从2017-2018年日平均空气污染物浓度值与一天当中不同时间的风速的关系能够看出二氧化硫和二氧化氮的变化趋势极其相近，其浓度值随着风速的增加而减小。因为，风速能够使NO2和SO2等混合并消散，所以当风速较大的时候，它们的浓度会减弱。可是，PM10浓度伴随着风的加速而增加。这是因为当天气多风时，风会把地表的小颗粒吹到大气中，导致空气中PM10浓度增加。
3.4 降水、能见度和污染浓度值
降水能有效吸收和滤除空气中的污染物，降低空气中污染的浓度。较大的雨和雪能够有效去除空气污染物中的灰尘颗粒。NO2和SO2的日平均浓度分析显示，当降水量较高时，PM10浓度随降水量的增加而降低，SO2和NO2浓度随沉淀速率变化不大。这种现象主要是由于它们的氧化反应。当空气湿度高时，SO2和NO2跟H2O迅速反应形成H2SO4和HNO 3[3]。此外，SO2和NO2浓度在雨天会有所下降，这可能跟侯马市约70%的降水发生在夏季有关，夏季是温度高、辐射能强的季节，最有利于气体的氧化反应。文献表明PM10濃度和能见度之间存在负相关。然而，侯马市的两个参数之间存在正相关。
3.5 太阳辐射和污染物浓度
污染物的浓度随季节而变化。在旱季（冬季）较弱，这跟辐射强度和太阳高度角密切相关[4]。较高的水蒸气含量和强烈的太阳辐射会使NO2的浓度减小，而强臭氧浓度也会产生NO2。NO2的日浓度随日总太阳辐射变化如下：在湿（夏季）季节，NO2的浓度通常较低，主要是由于大气中氮氧化物在较高温度下的化学转化很快。促进NO2的分解是污染物随季节变化的重要原因之一。旱季（冬季），NO2浓度比雨季高，污染物浓度随太阳总辐射增加而减小。这种现象是由于在昼短夜长的冬季，夜间的辐射冷却时间较长，而且经常出现低空辐射逆温，从而加重了空气污染，造成空气污染比其他季节严重得多。 （1）数据信息表明，温度和空气污染物之间的关系不是线性的。
（2）数据信息表明，温度低时污染稍高。污染跟温度有关，污染跟季节有关。
（3）PM10浓度随SO2和NO2的增加而增加。所以，控制SO2和NO2的污染浓度可以减少PM10的污染，意义重大。
（4）PM10的浓度因季节而异。冬天最严重，夏天最好，春天和秋天相似。从详细数据可以看出，在制定综合治理方案时，应结合当地实际情况在不同季节进行综合治理，重点加强冬季治理工作，注意冬季严重污染问题。
（5）SO2的浓度因季节而异。数据显示：冬季最严重，春季跟夏季相似，秋季浓度最低，可是在秋冬交替的几日，污染明显增加。
2007年2月6日开始，世界卫生组织（世卫组织）发布了最新的《空气质量指南》，要求各国政府必须改善空气质量，确保人民健康。新的空气质量标准首次覆盖世界所有地区，并提供了统一的空气质量标准。这些标准比世界许多地方当下使用的国家标准更加严格。在很多城市，可吸入颗粒物的年平均含量大于70μg/m?。世卫组织指出，把可吸入颗粒物从每立方米7.0μg减少到2.0μg，每年可把受污染的有关死亡人数减少20%。该组织公布的新标准代表了空气污染影响最广泛的共识。空气质量关系整个人类健康。伴随着工业的飞速发展，空气污染物中氮氧化物和可吸入颗粒对人类健康构成巨大威胁。污染短期给人类，特别是儿童造成的危害主要是呼吸系统。
4 结语
环境问题近年来一直是社会关注的焦点。各级政府把空气污染防治提高到战略水平。大量研究表明，空气质量跟气象原因存在密切关系。风向和湿度等气象因素直接或间接关系空气污染物的扩散。研究空气污染物跟气象因素的关系，并基于上述关系建立空气质量预测方法，对于政府部门应对大气污染综合防治突发性和长期性重污染天气具有重要的决策参考意义。
参考文献
[1]张伟，王金南，蒋洪强等.《大气污染防治行动计划》实施对经济与环境的潜在影响[J].环境科学研究，2015，28（1）：1-7.
[2]项佳娥，徐丽华，张方方等.杭州城區 PM2.5 和 PM10 污染特征及其影响因子分析[J].中国环境监测，2016（6）：36-42.
收稿日期：2019-09-10
作者简介：白金凤（1971-），女，汉族，本科学历，高级工程师，研究方向为综合气象业务。
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