徐迎春 諶偉 劉佳穎 劉佩廷

摘要：本文基于武漢氣象站點(diǎn)和空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的小時(shí)數(shù)據(jù)，分析有無降水、風(fēng)對(duì)PM2.5濃度的影響。結(jié)果表明：武漢各區(qū)PM2.5污染物濃度空間分布不均。中心城區(qū)PM2.5污染最嚴(yán)重，新洲區(qū)空氣質(zhì)量最好，其余各區(qū)PM2.5平均濃度值較接近;PM2.5平均濃度值日變化趨勢(shì)呈單峰型。降水對(duì)PM2.5有清理作用。武漢重污染天氣多為輸入性污染，輸入路徑包括偏北路徑和偏東路徑。

關(guān)鍵詞：PM2.5;降水;風(fēng);武漢

中圖分類號(hào)：X16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）04-0-01

Abstract： Based on the hourly data of Wuhan meteorological stations and air quality monitoring points， this paper analyzes the effects of precipitation and wind on PM2.5 concentration. The results show that the spatial distribution of PM2.5 pollutants in various districts of Wuhan is uneven. The PM2.5 pollution in the central city is the most serious. The air quality in Xinzhou District is the best. The average concentration of PM2.5 in the other districts is close to each other; the daily variation trend of the average concentration value of PM2.5 is unimodal. Precipitation has a cleansing effect on PM2.5. Most of the heavily polluted weather in Wuhan is imported pollution， and the input path includes the northerly route and the eastward path.

Key words： PM2.5;Precipitation;Wind;Wuhan

近年來多地出現(xiàn)嚴(yán)重空氣污染天氣，其中PM2.5為首要污染物[1-3]。氣象要素對(duì)重污染天氣的影響已經(jīng)成為共識(shí)，主要表現(xiàn)在降水對(duì)污染物的清除作用[3]，風(fēng)和層結(jié)穩(wěn)定條件對(duì)污染物擴(kuò)散條件的影響[4-5]。氣象要素的變化在空氣污染潛勢(shì)預(yù)報(bào)中有很好的指示意義，研究指出均壓場(chǎng)易出現(xiàn)空氣污染[6];地面氣象要素如風(fēng)、氣溫、降水、相對(duì)濕度、水汽壓、氣壓，以及地面環(huán)流形勢(shì)與污染物指數(shù)有相關(guān)性[7-8]。

本文從小時(shí)時(shí)間尺度上，探討PM2.5與氣象要素的關(guān)系，為開展精細(xì)化空氣污染擴(kuò)散條件預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

1 資料與方法

本文使用的資料包括2016年1-11月武漢市5個(gè)基本氣象觀測(cè)站和1個(gè)中心城區(qū)自動(dòng)氣象站的逐小時(shí)降水資料，以及同期武漢市5個(gè)市級(jí)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)和中心城區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的逐小時(shí)PM2.5濃度值。文中PM2.5濃度值及降水量的月、日均值（累積量）均由逐小時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算獲得。在計(jì)算有降水及無降水的PM2.5月、日平均濃度值，先按照逐小時(shí)降水資料判斷有無降水量級(jí)（降水?dāng)?shù)據(jù)中降水量級(jí)為微量，本中均定義為無降水），后按照有降水或者無降水對(duì)逐小時(shí)的PM2.5濃度值進(jìn)行平均計(jì)算獲得。

2 降水對(duì)PM2.5濃度影響

2.1 有無降水PM2.5濃度空間分布特征

武漢市2016年1-11月有降水和無降水各區(qū)PM2.5濃度平均值（表略）。無降水的PM2.5平均濃度值大于有降水的，降水對(duì)PM2.5濃度有一定的清除作用。在無降水條件下，中心城區(qū)的PM2.5平均濃度值最大，為75.9μg·m-3，遠(yuǎn)城區(qū)除了新洲區(qū)外，其余各區(qū)PM2.5平均濃度值較接近，為71.0～72.8μg·m-3，PM2.5平均濃度值最小的是新洲區(qū)，為65.1μg·m-3，蔡甸區(qū)是武漢市5個(gè)遠(yuǎn)城區(qū)中PM2.5平均濃度最大的地區(qū)，72.8μg·m-3;故中心城區(qū)PM2.5污染最為嚴(yán)重，新洲區(qū)空氣質(zhì)量最好。在有降水條件下，PM2.5平均濃度最大為蔡甸區(qū)57.0μg·m-3，其次為江夏區(qū)，55.7μg·m-3，中心城區(qū)為53.9μg·m-3位于江夏區(qū)之后，東西湖區(qū)和黃陂區(qū)較為接近52.7μg·m-3、51.5μg·m-3，有降水條件PM2.5平均濃度值最小為新洲區(qū)，47.5μg·m-3。對(duì)比有無降水條件下各區(qū)PM2.5平均濃度變化可知，降水對(duì)PM2.5清理作用，中心城區(qū)效果最好，其次為黃陂區(qū)，其他各區(qū)清理效果依次為東西湖區(qū)、新洲區(qū)、江夏區(qū)、蔡甸區(qū)。

2.2 PM2.5濃度小時(shí)變化特征

圖1為武漢市PM2.5平均濃度數(shù)據(jù)在有降水或無降水條件下，城區(qū)、蔡甸區(qū)、黃陂區(qū)、新洲區(qū)、江夏和東西湖區(qū)的一天同一時(shí)刻PM2.5平均濃度的平均值，簡(jiǎn)稱降水PM2.5平均濃度值和無降水PM2.5平均濃度值。對(duì)比降水和無降水0～23時(shí)變化曲線發(fā)現(xiàn)，無降水PM2.5平均濃度值整體上大于降水PM2.5平均濃度值，再次佐證了降水對(duì)PM2.5有一定的清理作用。在無降水條件下，武漢市無降水PM2.5平均濃度值呈先降后升的趨勢(shì)，凌晨0～5時(shí)，無降水PM2.5平均濃度呈逐漸下降趨勢(shì)，每小時(shí)降幅為1.1μg·m-3，6～11時(shí)無降水PM2.5平均濃度較為平穩(wěn)，波動(dòng)小，12～17時(shí)無降水PM2.5平均濃度值下降幅度增大，下降速度是1.5μg·m-3/h，之后呈加速上升，濃度值由63.0μg·m-3（下午17時(shí)）爬升至78.2μg·m-3（夜間23時(shí)），上升速度是2.5μg·m-3/h。由此可知武漢PM2.5平均濃度值日變化趨勢(shì)為單峰型，傍晚至凌晨PM2.5平均濃度值上升加快，夜間至上午段維持較高水平，午后（12時(shí)）開始下降。

對(duì)比分析武漢小時(shí)平均雨量與降水PM2.5平均濃度值發(fā)現(xiàn)，武漢降水峰值出現(xiàn)在4～7時(shí)，之后開始逐漸減弱，18時(shí)平均雨量最低，之后（19時(shí)）雨量增大。雨量峰值第一次出現(xiàn)時(shí)間為4時(shí)，處于PM2.5平均濃度值弱勢(shì)上升時(shí)間段內(nèi)，6時(shí)PM2.5平均濃度開始下降，之間間隔2個(gè)小時(shí)左右。雨量最大峰值時(shí)間為7時(shí)，此時(shí)PM2.5平均濃度值呈上升趨勢(shì)中，且趨勢(shì)延續(xù)至9時(shí)，清理延遲3小時(shí)。由此可知降水對(duì)PM2.5的清理具有延遲性，延遲時(shí)間約為2～3小時(shí)。PM2.5平均濃度最低點(diǎn)位于14時(shí)，處于小時(shí)平均雨量下降時(shí)段內(nèi)，之后PM2.5平均濃度開始上升，但是小時(shí)平均雨量下降趨勢(shì)持續(xù)至18時(shí)，故小時(shí)平均雨強(qiáng)對(duì)PM2.5的清理能力表現(xiàn)出現(xiàn)一定差異， 當(dāng)小時(shí)雨量大于1.5㎜時(shí)，清理作用效果明顯;當(dāng)小時(shí)雨量小于1.5毫米時(shí)，清理作用減弱。

3 風(fēng)向?qū)χ匚廴镜挠绊?/p>

本文依據(jù)武漢氣象站，以及距離武漢氣象站位置最近的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)東西湖區(qū)站進(jìn)行分析。統(tǒng)計(jì)武漢重污染以上等級(jí)小時(shí)PM2.5濃度值，即PM2.5濃度值大于200μg·m-3，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示武漢在樣本時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)重污染等級(jí)以上的時(shí)間為102小時(shí)，其中北風(fēng)52小時(shí)，東風(fēng)25小時(shí)，靜風(fēng)11小時(shí)，南風(fēng)和西風(fēng)分別為9小時(shí)和5小時(shí)。靜風(fēng)導(dǎo)致的重污染天氣，說明武漢本地有一定的污染源，約10.8%。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，武漢重污染天氣PM2.5平均濃度的變化與北風(fēng)和東風(fēng)有關(guān)，其中北風(fēng)和東風(fēng)的相關(guān)系數(shù)為0.40和-0.24（通過0.05置信度檢驗(yàn)），其他風(fēng)向相關(guān)系數(shù)較低。因此武漢重污染天氣主要以輸入型污染為主，且包括兩條輸入路徑，即偏北路徑和偏東路徑。

4 結(jié)論

文中分析有無降水、風(fēng)對(duì)PM2.5濃度的影響，獲得如下結(jié)論：（1）武漢各區(qū)PM2.5污染物濃度空間分布不均，在無降水條件下，中心城區(qū)PM2.5污染最嚴(yán)重，新洲區(qū)空氣質(zhì)量最好，其余各區(qū)PM2.5平均濃度值較接近;PM2.5平均濃度值日變化趨勢(shì)呈單峰型，傍晚至凌晨PM2.5平均濃度值上升加快，夜間至上午段維持較高水平，午后（12時(shí)）開始下降，下降時(shí)間延續(xù)至17時(shí)。（2）降水對(duì)PM2.5有清理作用，中心城區(qū)效果最好，其次為黃陂區(qū)，其他各區(qū)清理效果依次為東西湖區(qū)、新洲區(qū)、江夏區(qū)、蔡甸區(qū);降水對(duì)PM2.5的清理作用具有延遲性，延遲時(shí)間2～3小時(shí)。（3）不同的雨強(qiáng)對(duì)PM2.5的清理能力具有差異性。當(dāng)小時(shí)雨量大于1.5㎜時(shí)，清理作用效果顯著;小時(shí)雨量小于1.5㎜，清理作用減弱。

參考文獻(xiàn)

[1]程海容，王祖武，馮家良等.武漢市城區(qū)大氣PM2.5的碳組分與源解析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（9）：1574-1579.

[2]李芳，董倩，任兆鵬等.魯西南一次持續(xù)空氣污染過程的氣象條件分析[J].山東氣象，2016，36（147）：36-41.

[3]段瑩，吳戰(zhàn)平，張東海等.貴陽市降水對(duì)PM2.5污染物濕清除作用[J].氣象科技，2016，44（3）：458-473.

[4]崔宜少.威海PM2.5濃度與氣象要素的相關(guān)分析[J].山東氣象，2015，35（143）：17-22.

收稿日期：2019-01-11

作者簡(jiǎn)介：徐迎春（1984-），男，漢族，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)闅庀蠓?wù)。

通訊作者：劉佳穎（1986-），女，漢族，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)闅庀蠓?wù)。