李彩霞　李浩　朱國(guó)強(qiáng)　龔平　肖盛

摘 要：綜述了大氣顆粒物的年際、季節(jié)性、日變化規(guī)律及其在空間上的污染特征。介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)大氣顆粒物與風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、相對(duì)濕度、氣壓、降水量及大氣能見度等氣象要素的相關(guān)性研究成果，并提出了今后兩者相關(guān)性分析的研究方向。

關(guān)鍵詞：大氣顆粒物 氣象條件 相關(guān)性

中圖分類號(hào)：P4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）05（b）-0118-02

大氣顆粒物是一種重要的大氣污染物。大氣顆粒物一般按其空氣動(dòng)力學(xué)直徑（Dp）分類：懸浮在空氣中、Dp≤100μm的大氣顆粒物稱為總懸浮顆粒物（TSP）；懸浮在空氣中、Dp≤10μm的大氣顆粒物稱為可吸入顆粒物或粗顆粒物，記為PM10。此外，通常將Dp≤2.5μm的大氣顆粒物稱為細(xì)顆粒物，記為PM2.5?？晌腩w粒物（PM10）能散射太陽(yáng)輻射，影響地球——大氣系統(tǒng)能量平衡，降低大氣能見度[1-2]，造成灰霾天氣。細(xì)顆粒物（PM2.5）還嚴(yán)重危害人體健康[3]。有研究表明[4-5]，大氣顆粒物的濃度水平與呼吸系統(tǒng)和心肺疾病的發(fā)病率、死亡率存在著正相關(guān)關(guān)系。

大氣顆粒物污染狀況與氣象條件關(guān)系密切，在污染源分布及其排放相對(duì)穩(wěn)定的情況下，大氣顆粒物的濃度主要取決于各種氣象條件下顆粒物的輸送、擴(kuò)散情況[6]。污染源和氣象條件的共同影響，造成大氣顆粒物在時(shí)空上的起伏變化。在沒有明顯的天氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)折變化的情況下，大氣顆粒物的時(shí)空分布主要取決于污染源排放位置和源強(qiáng)；當(dāng)有大的天氣變化時(shí)，則引起氣象要素的一系列變化，從而引起大氣顆粒物擴(kuò)散條件的明顯變化，影響大氣顆粒物原有的時(shí)空分布規(guī)律。近年來關(guān)于大氣顆粒物與氣象條件相關(guān)性分析的研究越來越多。

1 大氣顆粒物的污染特征研究

1.1 大氣顆粒物的時(shí)間分布特征

1.1.1 年際、季節(jié)性變化

國(guó)內(nèi)外針對(duì)大氣顆粒物年際、季節(jié)性變化的研究很多。劉克利等[7]利用烏海市2006～2010年P(guān)M10監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析得出5年來PM10年平均濃度呈下降趨勢(shì)，但下降幅度較小。一年里夏季PM10濃度最小，冬季最大，極大值出現(xiàn)在3月。呂麗莉等[8]研究了蘭州市2000～2011年P(guān)M10污染的變化趨勢(shì)，結(jié)果表明蘭州市PM10污染有所改善，其濃度呈現(xiàn)緩慢的下降趨勢(shì)，且每年的11月至次年4月PM10濃度最高。李金娟等[9]對(duì)貴陽(yáng)市4個(gè)采樣點(diǎn)TSP和PM10污染的季節(jié)性變化特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)TSP和PM10濃度的變化規(guī)律大小順序?yàn)椋憾?、秋季、春季、夏季。朱敏等[10]的研究結(jié)果也是PM10濃度在夏季處于低值，冬季處于高值。國(guó)外的研究表明，部分地區(qū)大氣顆粒物濃度的季節(jié)變化與我國(guó)有相似的特點(diǎn)，如意大利的MARCAZZAN等[11]的研究得出，冬季PM2.5濃度高于夏季。

1.1.2 日變化

宋宇等[12]于1999年6月底-7月初對(duì)北京市城區(qū)PM2.5進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明，PM2.5出現(xiàn)高峰值的時(shí)候一般是在上午和正午時(shí)刻（9：00～13：00）。郭二果等[13]對(duì)北京西山3種典型游憩林春季大氣中TSP、PM10、PM2.5、PM1.0污染的日變化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)4種粒徑顆粒物濃度日變化趨勢(shì)基本保持一致，均近似呈雙峰雙谷形，兩個(gè)高峰分別出現(xiàn)在7：00～9：00和21：00～1：00，兩個(gè)低谷分別出現(xiàn)在15：00和3：00～5：00。劉淑梅等[14]利用2001～2005年5年蘭州市區(qū)連續(xù)污染物濃度監(jiān)測(cè)資料，分析得出春季污染物濃度逐日變化表現(xiàn)為“陡峰型”；冬季的特點(diǎn)是逐日緩慢上升，積累到一定程度達(dá)到重度污染，之后持續(xù)或快速下降。

張濤等[15]對(duì)灰霾天氣下廣州市PM2.5濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)00：00～06：00時(shí)段PM2.5濃度較低，其中在04：00左右達(dá)到一天中的最小值，主要是由于該時(shí)段人為活動(dòng)明顯減少；06：00～08：00和18：00～19：00時(shí)段PM2.5濃度明顯增高，并各出現(xiàn)一個(gè)峰值，這主要是由于這兩個(gè)時(shí)段是上班和下班的高峰期，機(jī)動(dòng)車排放對(duì)顆粒物數(shù)濃度貢獻(xiàn)比較明顯；09：00～18：00時(shí)段基本保持在一個(gè)較高的濃度水平，這可能與灰霾天氣下大氣邊界層比較穩(wěn)定，不利于污染物的擴(kuò)散有關(guān)。

1.2 大氣顆粒物的空間分布特征

鄧?yán)旱萚16]根據(jù)成都市3類不同功能區(qū)劃采樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)資料，得出城市下風(fēng)向位置PM10、PM2.5污染狀況最嚴(yán)重，商業(yè)繁華地段次之，生活居住區(qū)最好。李金娟等[9]對(duì)貴陽(yáng)市4個(gè)采樣點(diǎn)TSP和PM10污染的空間變化特征進(jìn)行了研究，TSP和PM10的濃度變化規(guī)律大小順序?yàn)椋汗I(yè)污染區(qū)、文教區(qū)、市中心、背景點(diǎn)。

2 大氣顆粒物與氣象條件相關(guān)性研究

2.1 與風(fēng)向、風(fēng)速的相關(guān)性分析

王琳琳等[1]對(duì)北京市PM10、PM2.5濃度與氣象條件的相關(guān)性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)或東南風(fēng)時(shí)，大氣顆粒物濃度顯著上升，其中0.5～1.0m/s的東南風(fēng)條件下污染最嚴(yán)重；而主導(dǎo)風(fēng)向變?yōu)楸憋L(fēng)或東北風(fēng)時(shí)大氣顆粒物污染有明顯改善。

隋珂珂等[17]對(duì)各季節(jié)北京市PM10持續(xù)污染時(shí)段氣象條件做了進(jìn)一步的研究。結(jié)果顯示，秋季相對(duì)濕度在60%～90%時(shí)，持續(xù)污染發(fā)生概率在70%以上，且風(fēng)速多集中在2 m/s以下，低于1 m/s時(shí)污染概率接近80%，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾和W。而春季出現(xiàn)持續(xù)污染時(shí)相對(duì)濕度多低于60%，并多伴隨2 m/s以上的風(fēng)速，風(fēng)速在4 m/s以上時(shí)污染概率超過50%，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹和W。冬季發(fā)生持續(xù)污染時(shí)對(duì)應(yīng)相對(duì)濕度的范圍較寬，為40%～90%（污染概率超過60%），風(fēng)速在2 m/s左右，偏西和偏北風(fēng)占多數(shù)。夏季持續(xù)污染所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度則多集中在30%-40%和60%～90%，風(fēng)速為1～2 m/s，以西南風(fēng)和北風(fēng)為主。

2.2 與氣溫的相關(guān)性分析

馮建軍等[18]的研究表明，春、秋兩季日平均氣溫對(duì)PM10污染的影響大致相同，均為當(dāng)日平均氣溫在季平均值附近徘徊時(shí)，較易出現(xiàn)PM10污染，當(dāng)日平均氣溫高于季平均值時(shí)則不易出現(xiàn)PM10污染；而冬季則相反，當(dāng)日平均氣溫略高于季平均值時(shí)，較易出現(xiàn)PM10污染，當(dāng)日平均氣溫低于季平均值時(shí)則不易出現(xiàn)PM10污染；夏季較少出現(xiàn)PM10污染。而鄧?yán)?、楊榮師等[4、16]人的研究結(jié)果則是，氣溫對(duì)顆粒物在大氣中的分布沒有顯著影響。

2.3 與相對(duì)濕度的相關(guān)性分析

大氣顆粒物與相對(duì)濕度的相關(guān)性有兩種研究結(jié)論。楊榮師、朱敏、周德平等[4、10、19]認(rèn)為空氣干燥，大氣濕度較小的情況下，較易形成PM10的污染；而大氣濕度高時(shí)，PM10濃度較低，不易出現(xiàn)PM10污染。然而也有研究表明[20]，在一定濕度范圍內(nèi)，濕度增加時(shí)污染物濃度升高，灰塵等顆粒物作為水汽的凝結(jié)核，凝結(jié)后沉于大氣低層，使灰塵濃度升高，在足夠的濕度和降溫條件下形成霧，加劇大氣污染。

2.4 與氣壓的相關(guān)性分析

國(guó)內(nèi)關(guān)于大氣顆粒物與氣壓關(guān)系的研究很多。氣壓的高低與大氣環(huán)流形勢(shì)密切相關(guān)。當(dāng)?shù)孛媸艿蛪嚎刂茣r(shí)，四周高壓氣團(tuán)流向中心，中心形成上升氣流，通常風(fēng)力較大，利于污染物向上擴(kuò)散，顆粒物濃度較?。坏孛媸芨邏嚎刂茣r(shí)，中心部位出現(xiàn)下沉氣流，阻止污染物向上擴(kuò)散，在穩(wěn)定高壓的控制下，大氣污染加重，顆粒物濃度較大[21]。所有氣壓對(duì)大氣顆粒物濃度影響的研究結(jié)果[4、18、19]與前面的理論分析一致：大氣顆粒物濃度與氣壓呈正相關(guān)關(guān)系。但氣壓是影響大氣顆粒物濃度變化的次要因素。

2.5 與降水量的相關(guān)性分析

肖舜等[22]利用西安世園會(huì)召開期間氣象資料與PM10指數(shù)簡(jiǎn)單相關(guān)分析結(jié)果表明，大氣降水對(duì)PM10具有一定的清洗作用。當(dāng)日降水量<20mm時(shí)，PM10指數(shù)次日才有明顯降低，PM10濃度存在大約1天的延遲效應(yīng)；而降水量>20mm，PM10指數(shù)當(dāng)日就有明顯降低。朱敏等[10]認(rèn)為日降雨量達(dá)到或超過5mm的降雨對(duì)PM10濃度降低作用較顯著；當(dāng)日降雨量在5mm以下時(shí)，降雨的清除作用不明顯。而且春夏季降雨對(duì)PM10的改變作用要大于秋冬季。馮建軍等[18]通過對(duì)廣州市2001～2004年P(guān)M10和同期地面氣象要素監(jiān)測(cè)資料的分析，得出不同等級(jí)的降雨對(duì)PM10污染均有一定的清除作用；PM10日平均質(zhì)量濃度的改變量總的來說是隨著降雨量的增大而增大；1mm降雨量對(duì)PM10的清除能力按春、夏、秋、冬依次遞增。

2.6 與大氣能見度的相關(guān)性分析

王煒等[23]利用天津市1990～2004年大氣能見度觀測(cè)資料及天津市2002～2004年空氣污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，春、冬季的PM10對(duì)大氣能見度影響較大，夏季水汽對(duì)大氣能見度影響較大，在干燥天氣條件下的大氣能見度以大氣污染物影響為主。

徐鵬煒等[24]利用杭州市區(qū)2003～2007年的PM10濃度數(shù)據(jù)和氣象資料研究得出，PM10濃度對(duì)大氣能見度的影響在無降水情況下更為明顯。當(dāng)PM10日均質(zhì)量濃度>300μg/m3時(shí)，日最大大氣能見度僅為4.9km；當(dāng)PM10日均質(zhì)量濃度≤50μg/m3時(shí)，日最大大氣能見度則高達(dá)23.0 km。鄧?yán)旱萚16]則認(rèn)為，大氣能見度與PM2.5的相關(guān)系數(shù)大于與PM10的相關(guān)系數(shù)，即能見度的好壞受大氣顆粒物尤其是細(xì)顆粒物濃度大小的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

通過國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究綜述，可以得出以下結(jié)論：近年來各區(qū)域在保持經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，引進(jìn)清潔能源，促進(jìn)綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大氣顆粒物年平均濃度呈下降趨勢(shì)，污染程度有所改善。一年里大氣顆粒物濃度呈現(xiàn)出冬季最大，夏季最小的季節(jié)特征。絕大多數(shù)情況下，大氣顆粒物濃度日變化趨勢(shì)基本保持一致，均近似呈雙峰雙谷形。在空間分布上，城市下風(fēng)向、工業(yè)污染區(qū)大氣顆粒物濃度最高，居民混雜區(qū)次之，背景點(diǎn)郊區(qū)最低。

大氣顆粒物濃度變化不是由單個(gè)氣象要素決定，而是各氣象要素共同起作用的結(jié)果，故不同環(huán)境狀況下大氣顆粒物與氣象條件相關(guān)性的研究結(jié)果存在一定的差異。目前有關(guān)大氣顆粒物與單個(gè)氣象要素的分析已不能滿足指導(dǎo)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的需求，應(yīng)加快各氣象要素組成的邊界層氣象條件對(duì)大氣顆粒物濃度變化的影響分析，以期為今后的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)和防治大氣污染提供更有效的依據(jù)。

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