姜 江，郭文利，王春玲

（北京市氣象服務(wù)中心，北京 100089）

城市熱島效應(yīng)和大氣污染物的濃度對(duì)城市環(huán)境和居民生活的影響是非常顯著的。研究指出在影響熱島效應(yīng)和大氣污染物的原因中，既包含自然因素，如風(fēng)速、相對(duì)濕度、降雨量等[1-6]，也包含人為因素，主要涉及城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展。北京作為中國(guó)超大城市之一，截至2016年底常住人口數(shù)量已經(jīng)達(dá)到2 172.9萬人，機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到了548萬輛，城區(qū)集中了全市50%以上的人口和80%以上的建筑物。未來隨著城市內(nèi)人口和車輛的持續(xù)增加，人類活動(dòng)對(duì)城市熱島效應(yīng)和大氣污染的影響范圍和程度必然會(huì)持續(xù)擴(kuò)大和增加。

當(dāng)前就人類活動(dòng)對(duì)城市環(huán)境影響的研究已有很多[7-9]，結(jié)果均指出了制造業(yè)、交通、工業(yè)發(fā)展和能源利用的增長(zhǎng)對(duì)城市大氣環(huán)境組成成分（大氣顆粒物、氮氧化物、硫化物、二氧化碳等）造成了一定的影響[10-12]。同時(shí)，就超大城市而言，人類活動(dòng)在區(qū)域和時(shí)間上都表現(xiàn)出明顯的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)自然會(huì)對(duì)城市大氣環(huán)境造成相比于其他區(qū)域和時(shí)段更顯著的影響。其中，在區(qū)域上，表現(xiàn)為地表溫度和氣溶膠光學(xué)厚度高值區(qū)分布于城區(qū)人口密集、交通和商業(yè)活動(dòng)頻繁的區(qū)域[13-16]；在時(shí)間上，具體表現(xiàn)為早晚高峰期間，大量車輛、人口涌入城區(qū)。早晚高峰的大規(guī)模交通出行已經(jīng)成為超大城市中人們的一種生活規(guī)律。這樣的活動(dòng)特點(diǎn)不僅僅表現(xiàn)在北京，在中國(guó)其他超大城市也都存在類似的現(xiàn)象。

雖然以往的研究已經(jīng)證實(shí)了超大城市中的大規(guī)模人口活動(dòng)對(duì)城市熱島效應(yīng)、城市氣候特點(diǎn)等方面的影響[17-19]，但是針對(duì)早晚高峰出行對(duì)城市環(huán)境的影響研究仍需要進(jìn)一步關(guān)注。目前，北京市氣象局自動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間間隔已經(jīng)發(fā)展至小時(shí)級(jí)別，因此本文基于前人的研究[20]，關(guān)注2006—2015年春節(jié)及春節(jié)前后各3周，分別來代表早晚高峰期人類出行活動(dòng)頻率較低和較高的時(shí)段，從而解釋人類出行對(duì)城市環(huán)境所造成的具體影響。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文所有數(shù)據(jù)均來自北京市氣象局自動(dòng)氣象要素觀測(cè)站，所涉站點(diǎn)有大興站（39°48'N，116°28'E，海拔高度32 m）、密云站（40°23'N，116°52'E，海拔高度73 m）、寶聯(lián)站（39°57'N，116°16'E，海拔高度37 m）、上甸子站（40°39'N，117°07'E，海拔高度287 m），涉及2006—2015年2 m氣溫、降水量、風(fēng)速、風(fēng)向等逐時(shí)氣象要素?cái)?shù)據(jù)。大氣污染成分主要來自城區(qū)寶聯(lián)站和郊區(qū)密云上甸子站的逐時(shí)大氣污染數(shù)據(jù)，涉及PM2.5、NOx濃度，文中所采用的觀測(cè)數(shù)據(jù)均經(jīng)過質(zhì)量控制和均一性檢驗(yàn)。

1.2 研究方法

每年的春節(jié)假期期間，北京會(huì)有接近一半的城市人口返回家鄉(xiāng)，如2017年春節(jié)假期期間北京人口減少了約4成，近848萬人離開北京返鄉(xiāng)過年[19]。春節(jié)長(zhǎng)假的特點(diǎn)為：人口大量返鄉(xiāng)，行駛車輛大幅減少。這恰巧能夠作為大規(guī)模人口早晚高峰出行活動(dòng)頻率降低的背景值。另外，春節(jié)長(zhǎng)假處于冬季，冬季既是北京地區(qū)城市熱島效應(yīng)最為明顯的時(shí)期，也是平均污染物濃度相對(duì)較高的時(shí)期。鑒于此，為更加準(zhǔn)確地分析早晚高峰交通出行對(duì)城市環(huán)境的影響，參考前人的實(shí)驗(yàn)方案[20]：選用2006—2015年10 a春節(jié)及春節(jié)前后各3周，即每年共7周（49 d），之后在文中稱其為ALL時(shí)段。為下文便于說明，按順序?qū)⑺婕暗降?周分別稱為第-3周、第-2周、第-1周、第0周、第+1周、第+2周、第+3周。其中，定義第0周為春節(jié)周（以下稱為“CNY時(shí)段”，來自Chinese New Year的縮寫），第-1、+1周被總稱為過渡時(shí)段（稱之為過渡周，因?yàn)椴糠秩巳涸诖似陂g處于返鄉(xiāng)離京的時(shí)期），第-3、-2、+2、+3周被總稱為背景時(shí)段（以下稱為“BG時(shí)段”，來自Background的縮寫，也是大部分人群穩(wěn)定在京的時(shí)段）。同時(shí)，為了突出識(shí)別城區(qū)人口出行對(duì)城市環(huán)境的影響，在背景周計(jì)算時(shí)去除了周末2 d的數(shù)據(jù)，每年具體時(shí)間見表1。

表1 2006—2015年所選研究時(shí)段

文中城市熱島效應(yīng)的計(jì)算方法為同時(shí)間同高度下，城市熱島中心氣溫與郊區(qū)的氣溫差值[21-22]?？紤]到不同代表站點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)于熱島效應(yīng)還是有一定的影響，選取位于北京平原城區(qū)內(nèi)最高級(jí)別大興站為城市代表站，同時(shí)綜合考慮到城市化的擴(kuò)張以及站點(diǎn)所在海拔高度的差異等因素，選取密云站為郊區(qū)代表站，熱島效應(yīng)以兩站同時(shí)間的2 m氣溫差值來表示。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制后，剔除共同或單一站點(diǎn)數(shù)據(jù)中的缺測(cè)值和異常值，對(duì)PM2.5、NOx觀測(cè)的寶聯(lián)站與上甸子站全要素樣本量分別為9 096、9 136份?？紤]到降水對(duì)城市熱島效應(yīng)的減弱影響[19、23-25]，將大興站與密云站中的有降水樣本（92個(gè)）剔除，剩余為無降水樣本（11 411個(gè)），城市熱島效應(yīng)具體計(jì)算公式為：

式中，Tu代表城市站氣溫，Tr代表參考站氣溫。為保證NOx、PM2.5與熱島效應(yīng)的研究時(shí)段一致、站點(diǎn)位置穩(wěn)定，選用北京市氣象局僅有的兩個(gè)長(zhǎng)時(shí)間序列的大氣成分觀測(cè)站點(diǎn)。其中，城區(qū)寶聯(lián)站位于北京西三環(huán)和西四環(huán)之間，周邊沒有大的污染源，主要為居民區(qū)。郊區(qū)的上甸子站位于北京市東北部密云區(qū)上甸子村，距密云縣城55 km，距北京市區(qū)150 km。寶聯(lián)站在2016年初進(jìn)行了遷站工作，為了保障數(shù)據(jù)連續(xù)和數(shù)據(jù)質(zhì)量，在本文中統(tǒng)一研究時(shí)段為2006—2015年。城、郊站間NOx濃度差異和城、郊站間PM2.5濃度差異計(jì)算公式如下：

城、郊站間NOx濃度差異：

城、郊站間PM2.5濃度差異：

式（2）中，NOxu代表城區(qū)站NOx濃度，NOxr代表郊區(qū)站NOx濃度；式（3）中，PM2.5u代表城區(qū)站PM2.5濃度，PM2.5r代表郊區(qū)站PM2.5濃度。

考慮到降水、大風(fēng)對(duì)城市熱島效應(yīng)和污染物的影響，定義降雨天氣為：小時(shí)累積降水＞0.1 mm；定義大風(fēng)天氣為：風(fēng)速＞5.4 m/s時(shí)，相當(dāng)于三級(jí)風(fēng)力以上。文中所涉及t檢驗(yàn)，主要用于樣本含量較小，總體標(biāo)準(zhǔn)差σ未知的正態(tài)分布，常用于比較兩組數(shù)據(jù)的差異是否顯著。t檢驗(yàn)公式如下：

2 結(jié)果

2.1 城市熱島效應(yīng)

從ALL時(shí)段內(nèi)的熱島效應(yīng)日變化趨勢(shì)（圖1a）可以看出，熱島效應(yīng)在00—06時(shí)基本處在同一水平（平均為3.02℃），07時(shí)達(dá)到最高值3.26℃，之后熱島效應(yīng)隨著近地面氣溫的升高和湍流交換加強(qiáng)而迅速減弱，直至15時(shí)達(dá)到最低值0.35℃，17時(shí)前后隨著近地面氣溫的降低和湍流交換減弱，熱島效應(yīng)又迅速增強(qiáng)，至22時(shí)再次達(dá)到峰值3.04℃，隨后變化幅度趨于平緩。就平均狀態(tài)而言，城市熱島的日變化主要受熱力因素和湍流活動(dòng)的日變化規(guī)律影響，因而與氣象條件的日變化是非常一致的[26-27]。

BG時(shí)段內(nèi)分析城市熱島的日變化特征（圖1b）。多年平均熱島效應(yīng)最大值同樣出現(xiàn)在07時(shí)，為3.42℃，相比于ALL時(shí)段的平均值偏高0.16℃。夜間并沒有出現(xiàn)明顯的熱島效應(yīng)高峰值，22時(shí)達(dá)到3.14℃，相比于ALL時(shí)段同時(shí)間偏高0.10℃。CNY時(shí)段（圖1c）城市熱島效應(yīng)的兩次高峰值，第一次仍然出現(xiàn)在07時(shí)，為3.08℃，相比于BG時(shí)段同時(shí)間偏低0.34℃，夜間22時(shí)城市熱島效應(yīng)再次達(dá)到高峰，為3.04℃，相比于BG時(shí)段同時(shí)間偏低0.10℃。

為了更清楚地了解早晚高峰的城市人口出行對(duì)熱島效應(yīng)的影響，利用城市熱島效應(yīng)在CNY時(shí)段與BG時(shí)段的差異進(jìn)行分析（圖1d）。結(jié)果表明，BG時(shí)段與CNY時(shí)段之間的城市熱島效應(yīng)差異在早高峰期間平均為0.30℃，在晚高峰期間平均為0.43℃，在其他時(shí)段平均為0.26℃。BG時(shí)段與CNY時(shí)段城市熱島效應(yīng)差異的最大值和次大值分別為19時(shí)的0.75℃和08時(shí)的0.57℃。對(duì)BG時(shí)段與CNY時(shí)段之間的城市熱島效應(yīng)的差異利用t檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，兩階段的差異通過了0.01的顯著性檢驗(yàn)。結(jié)果說明，不同規(guī)模下的人口出行規(guī)律的確對(duì)城市熱島效應(yīng)產(chǎn)生了影響。尤其是在傍晚之后，由于近地面氣溫的降低和湍流交換減弱，再疊加大規(guī)模人口晚高峰出行的影響作用，使得大規(guī)模人口出行對(duì)于城市熱島影響的程度還要高于早高峰期間。

圖1 2006—2015年不同研究時(shí)段內(nèi)的熱島效應(yīng)日變化

2.2 氮氧化物（NOx）城郊濃度差異

氮氧化物（NOx）目前已經(jīng)成為大氣污染中的主要污染物之一，其主要成分包括NO、N2O、NO3、N2O3、N2O4和N2O5等[28]，是光化學(xué)煙霧污染、城市灰霾天氣、大氣酸沉降等一系列環(huán)境問題的重要根源，也是生成臭氧光化學(xué)反應(yīng)的主要前體物。由于NOx可以在大氣層中長(zhǎng)距離輸送，其引起的全球性或區(qū)域性污染問題也日益凸顯。研究指出NOx可以經(jīng)過一系列的光化學(xué)反應(yīng)生成硝酸鹽氣溶膠，導(dǎo)致城市能見度下降，出現(xiàn)灰霾現(xiàn)象[29]。而NOx也是汽車尾氣中的主要污染物之一，由于早晚高峰期有大量的車輛行駛，因而對(duì)城市大氣環(huán)境造成相比于其他時(shí)段更顯著的影響。因此，以NOx的城區(qū)、郊區(qū)站間的濃度差異來判斷大規(guī)模人群出行規(guī)律對(duì)城郊大氣污染物的影響是具有一定代表性的。

從圖2a可知，郊區(qū)上甸子站的NOx濃度在一天當(dāng)中呈現(xiàn)波動(dòng)性的變化，并在10—16時(shí)期間有一個(gè)低谷存在，但整體而言并無特別明顯的波峰與波谷存在，多年日平均值為15.92 μg/L。城區(qū)寶聯(lián)站則表現(xiàn)出明顯的日變化特征（圖2b），就平均值而言，第一個(gè)波峰出現(xiàn)在08時(shí)，NOx濃度為91.58 μg/L。隨著白天擴(kuò)散條件轉(zhuǎn)好后明顯下降至16時(shí)的40.41 μg/L。隨后伴隨著晚高峰污染的積累與擴(kuò)散條件轉(zhuǎn)差的共同作用，NOx濃度再次上升至23時(shí)的78.67 μg/L。由于郊區(qū)站的NOx濃度日變化特征微弱，因此圖2c中ALL時(shí)段城、郊兩站NOx濃度差異類似于寶聯(lián)站的日變化特征，其中10 a平均值的日間最大差異出現(xiàn)在08時(shí)，為76.11 μg/L，最小值出現(xiàn)在16時(shí)，為26.86 μg/L。

圖2 2006—2015年ALL時(shí)段城、郊兩站NOx日變化及兩站NOx濃度差異的日變化

由圖3可以看出，在CNY時(shí)段NOx的濃度城、郊差異整體上均明顯低于BG時(shí)段。其中，BG時(shí)段與CNY時(shí)段城、郊NOx濃度差的最大差異在08時(shí)，達(dá)54.95 μg/L。在早高峰期間平均差異為48.55 μg/L，也是一天當(dāng)中差異BG時(shí)段與CNY時(shí)段差異最大的時(shí)期。晚高峰期間平均差異為23.44 μg/L，其他時(shí)間段平均為27.97 μg/L。對(duì)BG時(shí)段與CNY時(shí)段城、郊兩站NOx的濃度差異的差值利用t檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明兩階段的差異通過了0.01的顯著性檢驗(yàn)。相比于CNY時(shí)段，BG時(shí)段城市晚高峰出行活動(dòng)對(duì)城、郊NOx濃度差異的貢獻(xiàn)量隨著夜間的不利擴(kuò)散條件而延遲出現(xiàn)峰值，城市早高峰出行對(duì)城、郊NOx濃度差異的增大作用更為突出。此外，考慮到不同天氣過程對(duì)結(jié)論的影響，嘗試剔除大風(fēng)、降雨天氣過程之后，對(duì)城、郊兩站NOx的濃度用相同方法進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果并無明顯差別（圖3）。

圖3 不同天氣情況下多年平均CNY時(shí)段、BG時(shí)段內(nèi)寶聯(lián)站與上甸子站間的NOx濃度差異

2.3 PM2.5濃度城郊差異

PM2.5是懸浮在空氣中的空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑≤2.5 μm的顆粒物的統(tǒng)稱，主要來源是工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放、火力發(fā)電等過程中經(jīng)過燃燒而排放的殘留物，大多含有重金屬等有毒物質(zhì)[30-34]。從結(jié)果來看PM2.5濃度在城、郊兩站間的差異，相較于NOx的濃度在城、郊兩站間的差異，兩者既有共性又存在著明顯的不同。原因在于PM2.5濃度的日變化不僅受到污染物的累積和擴(kuò)散條件兩方面的影響，同時(shí)還存在著化學(xué)反應(yīng)以及顆粒物吸濕增長(zhǎng)的影響，PM2.5濃度比NOx的濃度的日變化情況和規(guī)律要更復(fù)雜。

圖4a中ALL時(shí)段內(nèi)郊區(qū)站PM2.5濃度并沒有表現(xiàn)出非常明顯的日變化特征，但是也仍然存在著一定的變化規(guī)律，ALL時(shí)段內(nèi)郊區(qū)站PM2.5濃度最高峰出現(xiàn)在23時(shí)前后，次高峰出現(xiàn)在14時(shí)前后。相比之下，ALL時(shí)段內(nèi)城區(qū)站則存在著更明顯的日變化特征（圖4b），類似于同站點(diǎn)的NOx的濃度日變化特征，只是峰谷出現(xiàn)的時(shí)間存在差異。

圖4 2006—2015年ALL時(shí)段內(nèi)的城、郊兩站PM2.5日變化及兩站PM2.5濃度差異的日變化

就平均值而言，07時(shí)城區(qū)站PM2.5濃度出現(xiàn)第一個(gè)波谷，為73.87 μg/m3，隨后增加至14時(shí)達(dá)到第一個(gè)波峰，為91.51 μg/m3；第二個(gè)波谷出現(xiàn)在16時(shí)，為78.08 μg/m3，隨后再次增加直至23時(shí)達(dá)到第二個(gè)波峰（也是最高峰），為107.82 μg/m3。簡(jiǎn)言之，ALL時(shí)段內(nèi)城區(qū)PM2.5濃度的日變化呈明顯的雙峰現(xiàn)象，一個(gè)峰出現(xiàn)在夜間，另一個(gè)峰出現(xiàn)在中午，這既與污染物排放有關(guān)，又與氣象條件有關(guān)[35-37]。

一般而言，中午到下午是一天當(dāng)中擴(kuò)散條件最好的時(shí)候，也是多數(shù)污染物都呈現(xiàn)較低值的階段。夜間，多數(shù)污染物都有高值出現(xiàn)，原因在于夜間易發(fā)生逆溫，相對(duì)濕度通常最高，擴(kuò)散條件最差，使得地面產(chǎn)生的顆粒物不易擴(kuò)散而逐漸累積。ALL時(shí)段內(nèi)城區(qū)PM2.5濃度卻在14時(shí)出現(xiàn)波峰，說明城市早高峰出行對(duì)PM2.5濃度的影響是有一定的滯后作用的。夜間23時(shí)出現(xiàn)另一個(gè)波峰，證明疊加因素（不利擴(kuò)散條件、晚高峰影響）對(duì)夜間PM2.5濃度的影響相比白天更明顯，這一點(diǎn)在分析NOx的濃度日變化特征時(shí)也得到了類似的結(jié)論。午夜到凌晨的時(shí)段PM2.5濃度的變化則很平緩，PM2.5濃度分布也比較均勻，與前人的結(jié)論一致[35-38]。研究指出，雖然單純機(jī)動(dòng)車直接排放的顆粒物對(duì)PM2.5濃度的貢獻(xiàn)并不高，但是汽車尾氣中的超細(xì)粒子和污染氣體，可以在空氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者吸濕增長(zhǎng)變成PM2.5。這也解釋了PM2.5濃度的快速增長(zhǎng)階段沒有完全對(duì)應(yīng)于早晚高峰出行的時(shí)間，而是有所延遲。相對(duì)而言，NOx的日變化能更加直接地反映出機(jī)動(dòng)車高峰等人類活動(dòng)對(duì)大氣的影響[39-40]。

根據(jù)2006—2015年ALL時(shí)段內(nèi)的城、郊PM2.5濃度差異的日變化趨勢(shì)來看（圖4c），夜間擴(kuò)散條件差，00—06時(shí)城郊PM2.5濃度差異持續(xù)減小，至07時(shí)達(dá)到最低（28.78 μg/m3），07時(shí)以后擴(kuò)散條件逐漸改善，但位于山區(qū)的上甸子站海拔較高，擴(kuò)散條件恢復(fù)更快，且城區(qū)站在07—10時(shí)顆粒物濃度變化略有上升，因此兩者間的差異反而隨著熱力條件的改善而增加，至13時(shí)達(dá)到最高（41.02 μg/m3）；13時(shí)以后顆粒物濃度隨著擴(kuò)散條件逐漸轉(zhuǎn)差而上升，但位于山區(qū)的上甸子站擴(kuò)散條件轉(zhuǎn)差得更快，因此兩者間的差異隨著熱力條件的轉(zhuǎn)差再次減小，至18時(shí)達(dá)到最低（27.81 μg/m3）。而后擴(kuò)散條件失去作用，污染物累積占據(jù)主導(dǎo)作用，而城區(qū)站的顆粒物增長(zhǎng)速度快于郊區(qū)，使得顆粒物效應(yīng)再次增加，至次日23時(shí)達(dá)到48.89 μg/m3。

圖5顯示BG時(shí)段PM2.5濃度城、郊差異日變化的峰、谷并不十分明顯，差異最大的時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)在13時(shí)，為47.48 μg/m3；次高峰出現(xiàn)在00時(shí)，為44.30 μg/m3。CNY時(shí)段PM2.5濃度城、郊差異與ALL時(shí)段、BG時(shí)段相比，在峰值的數(shù)值、最高峰出現(xiàn)的時(shí)間上則存在著很大的不同。CNY時(shí)段內(nèi)PM2.5濃度城、郊差異在01時(shí)出現(xiàn)最高峰，為103.46 μg/m3，而次高峰出現(xiàn)在11時(shí)，為27.10 μg/m3，且兩個(gè)峰值間差值更大。

從BG時(shí)段PM2.5濃度城、郊差異與CNY時(shí)段PM2.5濃度城、郊差異間的差別來看，PM2.5濃度城、郊差異在兩個(gè)時(shí)段的表現(xiàn)特征完全不同于NOx濃度相應(yīng)的結(jié)果。PM2.5濃度城、郊差異在BG時(shí)段內(nèi)的05—19時(shí)高于CNY時(shí)段，而其余時(shí)間均低于CNY時(shí)段。其中，在01時(shí)出現(xiàn)了最大差值為-62.42 μg/m3，早高峰期間平均差值為12.82 μg/m3，晚高峰期間平均差值為8.22 μg/m3，其它時(shí)間段平均差值為-7.35 μg/m3。BG時(shí)段與CNY時(shí)段城、郊兩站PM2.5濃度差異的差值利用t檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果未通過0.01的顯著性檢驗(yàn)，這一結(jié)果與前文得到的熱島效應(yīng)、NOx濃度差異的結(jié)果存在著明顯不同，說明PM2.5的變化規(guī)律更復(fù)雜，除了大規(guī)模交通出行以外，PM2.5的局地源排放（煙花爆竹燃放等）、相對(duì)濕度、氣粒轉(zhuǎn)化以及遠(yuǎn)程輸送等綜合作用都會(huì)影響PM2.5的日變化規(guī)律[41-43]，具體原因有待進(jìn)一步深入研究。

大規(guī)模的人口早高峰出行活動(dòng)在CNY時(shí)段內(nèi)大幅減少，PM2.5濃度來源減輕，結(jié)合前文ALL時(shí)段得到的研究結(jié)論，即城市早高峰出行對(duì)PM2.5濃度的影響是有一定的滯后作用，導(dǎo)致了圖5中表現(xiàn)出來的CNY時(shí)段內(nèi)PM2.5濃度城郊差異自早高峰起至晚高峰之前低于BG時(shí)段。

此外，從CNY時(shí)段內(nèi)20時(shí)起，雖然大規(guī)模人口出行活動(dòng)減少，交通來源上的PM2.5濃度減輕，但是在CNY時(shí)段內(nèi)夜間由于北京本地?zé)熁ū竦娜挤牛B加夜間相對(duì)靜穩(wěn)的大氣條件，往往會(huì)使PM2.5的最大小時(shí)平均質(zhì)量濃度在短短的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)濃度增加數(shù)倍[4、35]，因而導(dǎo)致了圖5中夜間至凌晨期間城區(qū)站的顆粒物增長(zhǎng)速度快于郊區(qū)，且遠(yuǎn)高于BG時(shí)段。考慮到不同天氣過程對(duì)結(jié)論的影響，嘗試剔除大風(fēng)、降雨天氣過程之后，對(duì)城、郊兩站PM2.5的濃度進(jìn)行相同方法的計(jì)算，所得結(jié)果并無明顯差別（圖5）。

圖5 多年平均下CNY與BG時(shí)段寶聯(lián)站與上甸子站間的PM2.5濃度差異

3 結(jié)論與討論

城市熱島效應(yīng)、PM2.5濃度、NOx濃度在城、郊站間的差異與局地天氣條件、大氣污染物濃度、城市下墊面性質(zhì)、人口密度及城市化程度均有一定程度的關(guān)系。本文以北京地區(qū)為例，試圖剝離出超大城市人類出行規(guī)律的影響，得到的主要結(jié)論如下：

（1）城市熱島效應(yīng)在CNY時(shí)段與BG時(shí)段的差異最大值和次大值為別為19時(shí)的0.75℃和08時(shí)的0.57℃，說明早晚高峰期間的人群出行活動(dòng)的確對(duì)城市熱島效應(yīng)造成影響，而且晚高峰時(shí)期的影響程度還要超過早高峰期間。CNY時(shí)段與BG時(shí)段的城市熱島效應(yīng)差異在早高峰期間平均為0.30℃，在晚高峰期間平均為0.43℃，在其它時(shí)段平均為0.26℃。

（2）郊區(qū)站NOx濃度無明顯的日變化特征，而城區(qū)站則出現(xiàn)了08時(shí)的最高峰和23時(shí)的次高峰。CNY時(shí)段NOx的濃度城郊站之間的差異明顯低于BG時(shí)段，差異最大的時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)在08時(shí)。城市內(nèi)晚高峰出行活動(dòng)對(duì)NOx濃度的貢獻(xiàn)量隨著夜間的不利擴(kuò)散條件而延遲出現(xiàn)峰值，早高峰出行對(duì)NOx濃度的增大作用更明顯。

（3）郊區(qū)站PM2.5濃度最高峰出現(xiàn)在23時(shí)前后，次高峰平均出現(xiàn)在14時(shí)前后。城區(qū)站的次高峰、最高峰出現(xiàn)時(shí)間點(diǎn)與郊區(qū)站相同，只是日變化特征更加明顯。PM2.5的快速增長(zhǎng)階段沒有完全對(duì)應(yīng)于早晚高峰的出行規(guī)律，是因?yàn)镻M2.5來源復(fù)雜，除了工業(yè)、揚(yáng)塵等一次排放，二次轉(zhuǎn)化也非常重要。PM2.5濃度受到局地源排放（煙花爆竹燃放等）、相對(duì)濕度、氣粒轉(zhuǎn)化以及遠(yuǎn)程輸送等因素的綜合作用，其日變化規(guī)律表現(xiàn)得較不規(guī)則，但是早晚高峰這樣的人口大規(guī)模出行對(duì)于PM2.5的延遲影響作用仍然是不可忽視的。

本文通過分析城市熱島效應(yīng)和城、郊兩站NOx濃度在春節(jié)期間（CNY時(shí)段）和背景期間（BG時(shí)段）的差異，證實(shí)了大規(guī)模的人口活動(dòng)的確對(duì)城市環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響。但由于PM2.5濃度的變化規(guī)律非常復(fù)雜，將在下一步研究工作中，繼續(xù)收集人為活動(dòng)的具體數(shù)據(jù)，客觀地解釋采暖、機(jī)動(dòng)車、煙花爆竹燃放等其他源在一天中不同時(shí)刻對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)，同時(shí)結(jié)合顆粒物的成分進(jìn)行更深入的分析。