趙旭輝,張付海,王含月,朱 余

安徽省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,安徽 合肥 230071

大氣能見(jiàn)度一般指視力正常的人能從天空背景中看到目標(biāo)物的最大水平距離,是表征大氣透明度和環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,也是反映公眾對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量感知情況的最直接指標(biāo)[1]。大氣能見(jiàn)度不僅能反映環(huán)境空氣質(zhì)量狀況,而且與人們的日常生活息息相關(guān)[2]。例如,在過(guò)去50年中,洛杉磯、倫敦、北京等城市都遭受了空氣污染事件的影響,導(dǎo)致能見(jiàn)度降低,影響交通運(yùn)輸,甚至引發(fā)重大交通事故,造成一定的生命和財(cái)產(chǎn)損失[3-5]。因此,國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者相繼開(kāi)展了一系列大氣能見(jiàn)度變化趨勢(shì)及其影響因素研究工作,希望能為提高城市大氣能見(jiàn)度、改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

眾多研究表明,氣象條件變化是引發(fā)能見(jiàn)度下降的外部原因,而大氣環(huán)境污染是造成城市大氣能見(jiàn)度下降的根本原因[4,6-7]。在氣象條件變化方面,CHEN等[8]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)相對(duì)濕度大于90%時(shí),能見(jiàn)度降低主要受相對(duì)濕度的影響,顆粒物可通過(guò)吸濕性增長(zhǎng)來(lái)增加消光系數(shù),從而降低大氣折射率;毛卓成等[9]發(fā)現(xiàn),風(fēng)速和溫度等氣象參數(shù)是通過(guò)稀釋大氣污染物或改變大氣穩(wěn)定度來(lái)間接影響大氣能見(jiàn)度的,影響程度相對(duì)較小。在大氣環(huán)境污染方面,環(huán)境空氣中的高濃度大氣顆粒物可以通過(guò)消光作用顯著降低大氣能見(jiàn)度[10];MOLNR等[11]的研究表明,粒徑小于1.0 μm的超細(xì)顆粒物對(duì)太陽(yáng)輻射的散射貢獻(xiàn)率高達(dá)82%,吸收貢獻(xiàn)率占7%。此外,有研究發(fā)現(xiàn),顆粒物中的化學(xué)組分有機(jī)碳(OC)、元素碳(EC)等]是影響大氣顆粒物消光作用的主要因素,顆粒物的化學(xué)組分結(jié)構(gòu)同樣會(huì)顯著影響能見(jiàn)度[12]。例如,洪盛茂等[13]通過(guò)對(duì)散射系數(shù)和黑碳(BC)濃度等進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)霾天和非霾天的消光特性(散射系數(shù)和吸收系數(shù))均呈早晚雙峰特征,能見(jiàn)度則呈雙谷特征。綜上,顆粒物的吸濕特征、化學(xué)組分、粒徑分布、BC濃度、散射系數(shù)等因素均會(huì)影響大氣能見(jiàn)度,因而亟需對(duì)此開(kāi)展系統(tǒng)分析[14]。

近年來(lái),我國(guó)大氣污染類型逐漸轉(zhuǎn)為以PM2.5和O3污染為主要特征的復(fù)合型污染,表征顆粒物污染的PM2.5和PM10等指標(biāo)顯著降低[15],大氣環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善,但低能見(jiàn)度事件仍然頻發(fā)、多發(fā)且時(shí)常發(fā)生在顆粒物指標(biāo)相對(duì)較低的非污染時(shí)段,導(dǎo)致公眾對(duì)環(huán)境質(zhì)量改善程度的感知偶爾與顆粒物濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果存在一定的矛盾。以合肥市為例,合肥市地處江淮之間,是長(zhǎng)三角城市群的副中心城市,近年來(lái)環(huán)境空氣質(zhì)量改善顯著(2021年合肥市PM2.5濃度同比2015年下降49.2%),但低能見(jiàn)度污染事件仍偶有發(fā)生,能見(jiàn)度改善程度相比部分北方城市[16-17]和周邊城市[2]存在一定的差距。此外,目前仍缺乏針對(duì)江淮地區(qū)氣象因素、顆粒物組分及消光特性等因素對(duì)能見(jiàn)度影響的具體研究[18]。因此,本文選取2019—2021年合肥市氣象參數(shù)、顆粒物濃度、顆粒物化學(xué)組分、顆粒物散射系數(shù)、顆粒物粒徑譜等逐小時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù),系統(tǒng)分析造成合肥市能見(jiàn)度改善相對(duì)較慢的具體原因,以期為江淮地區(qū)實(shí)現(xiàn)大氣能見(jiàn)度改善和精準(zhǔn)污染防治等提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測(cè)方法

1.2 分析方法

運(yùn)用SPSS軟件,通過(guò)Spearman相關(guān)性分析法對(duì)大氣能見(jiàn)度的影響因子進(jìn)行分析,利用相關(guān)系數(shù)(r)衡量?jī)蓚€(gè)變量之間的相關(guān)程度。相關(guān)研究顯示,環(huán)境氣象因子與大氣能見(jiàn)度呈良好的冪函數(shù)關(guān)系[14,19]。通過(guò)分別建立冪函數(shù)擬合方程,獲得影響大氣能見(jiàn)度的主要因子。R2是指擬合優(yōu)度,表示回歸方程對(duì)觀測(cè)值的擬合程度[19]。

消光系數(shù)是光波在大氣中傳輸?shù)倪^(guò)程中,由環(huán)境中的氣體、液滴和顆粒物對(duì)光輻射產(chǎn)生的吸收、散射等作用造成的能量衰減,包括分子吸收、分子散射、氣溶膠吸收和氣溶膠散射[20],計(jì)算方法如公式(1)所示[21]：

σext=σsp+σap+σsg+σag

(1)

式中：σext為大氣消光系數(shù),Mm-1;σsp為顆粒物散射系數(shù),Mm-1,由濁度儀直接測(cè)得;σsg為干潔大氣散射系數(shù),一般取值13 Mm-1[22];σag為氣態(tài)污染物吸收系數(shù),Mm-1,一般僅考慮NO2吸收;σap為顆粒物吸收系數(shù),Mm-1,一般通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到[23],具體見(jiàn)公式(2)。

σap=a×C+2.23

(2)

式中：a為比吸收系數(shù),取8.28 m2/g;C為BC質(zhì)量濃度,μg/m3。

(3)

式中：n代表粒徑級(jí)數(shù),本文共采用46個(gè)粒徑級(jí)數(shù),對(duì)應(yīng)的粒徑范圍為0.523～12.846 μm;Di代表第i個(gè)粒級(jí)對(duì)應(yīng)的粒徑值;Ni代表第i個(gè)粒級(jí)對(duì)應(yīng)的顆粒物數(shù)濃度,個(gè)/cm3。

2 結(jié)果與討論

2.1 能見(jiàn)度總體概況

2019—2021年,合肥市年平均能見(jiàn)度分別為13.4、14.3、14.2 km,總體呈上升趨勢(shì)。從能見(jiàn)度的季節(jié)變化特征來(lái)看(本研究以3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、12月—翌年2月為冬季),合肥市能見(jiàn)度在季節(jié)上的變化呈現(xiàn)夏高冬低的特征,其中夏季能見(jiàn)度比冬季高42.7%～121.1%(表1)。這與CHANG等[25]發(fā)現(xiàn)的在1973—2017年,冬季均是北京市能見(jiàn)度最低的季節(jié)的研究結(jié)論一致。其原因可能是合肥市冬季低溫、高濕、小風(fēng)的氣象條件有利于顆粒物的累積,顆粒物消光作用顯著,從而導(dǎo)致能見(jiàn)度明顯低于其他季節(jié)。此外,相關(guān)性分析表明,合肥市各個(gè)季節(jié)的能見(jiàn)度均與相對(duì)濕度相關(guān)程度最高。從春季到夏季,能見(jiàn)度與顆粒物濃度的相關(guān)程度略有降低,但與平均溫度、風(fēng)速的相關(guān)程度明顯增強(qiáng)(表2)。這可能是由于風(fēng)速較小時(shí),污染物容易累積且相對(duì)濕度較大,導(dǎo)致能見(jiàn)度降低;而天氣晴朗時(shí),強(qiáng)對(duì)流天氣往往對(duì)應(yīng)著風(fēng)速較大且相對(duì)濕度較低,使得污染物快速擴(kuò)散,能見(jiàn)度明顯提高[26]。進(jìn)入秋冬季,PM2.5濃度以及相對(duì)濕度成為影響合肥市能見(jiàn)度的直接因素。從能見(jiàn)度的日變化特征來(lái)看,2019—2021年合肥市能見(jiàn)度日變化呈單峰形。其中：能見(jiàn)度最低值一般出現(xiàn)在06：00—07：00(低于10.0 km),對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度高達(dá)90%,PM2.5濃度峰值達(dá)到了42 μg/m3;其后,隨著氣溫的升高,相對(duì)濕度逐漸減小,能見(jiàn)度逐漸提高,一般在15：00—17：00出現(xiàn)能見(jiàn)度高值(超過(guò)18.0 km);之后,隨著相對(duì)濕度和PM2.5濃度的升高,能見(jiàn)度逐漸降低(圖1)。

圖1 2019—2021年合肥市能見(jiàn)度、相對(duì)濕度、PM2.5濃度日變化

表1 2019—2021年合肥市不同季節(jié)能見(jiàn)度和顆粒物質(zhì)量濃度統(tǒng)計(jì)

表2 2019—2021年合肥市能見(jiàn)度與影響參數(shù)的相關(guān)性

此外,與2019年相比,2020年和2021年合肥市平均能見(jiàn)度分別提高了6.7%和6.0%,低能見(jiàn)度(小于10 km)天氣的出現(xiàn)頻率分別降低了3.7、1.9個(gè)百分點(diǎn)。與此同時(shí),相比2019年,2020年合肥市PM10、PM2.5、PM1.0濃度分別下降了17.6%、18.2%、19.0%,2021年分別下降了7.4%、27.3%、14.3%。能見(jiàn)度的改善速度顯著滯后于顆粒物濃度的降低速度,可能是因?yàn)樵斐傻湍芤?jiàn)度事件的原因較為復(fù)雜。例如,研究表明,環(huán)境空氣中的水汽本身具有吸光作用,高濕條件會(huì)增強(qiáng)水汽的吸光性,從而直接影響能見(jiàn)度[27]。同時(shí),大氣顆粒物吸收水汽后,粒徑會(huì)增大,導(dǎo)致顆粒物的消光特性增強(qiáng),進(jìn)而降低能見(jiàn)度[27]。PM2.5濃度下降幅度明顯高于能見(jiàn)度改善程度,表明能見(jiàn)度與顆粒物濃度之間不是線性相關(guān)。因此,合肥市能見(jiàn)度變化可能受氣象參數(shù)和顆粒物濃度等多種因素的共同影響。

2.2 能見(jiàn)度的影響因素

2.2.1 氣象因素對(duì)能見(jiàn)度的影響

通過(guò)對(duì)能見(jiàn)度與氣象因素進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),合肥市能見(jiàn)度與相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.699,P<0.01),且能見(jiàn)度與相對(duì)濕度的相關(guān)程度(絕對(duì)值)比與顆粒物濃度的相關(guān)程度高15.5%～219.2%,表明相對(duì)濕度是直接影響合肥市能見(jiàn)度的主要因素之一。相對(duì)溫度可能主要通過(guò)影響顆粒物的吸濕增長(zhǎng)改變其消光特性,進(jìn)而影響大氣能見(jiàn)度[16]。由冪函數(shù)擬合方程可知,相對(duì)濕度與能見(jiàn)度擬合方程的回歸參數(shù)大于其他參數(shù),表明能見(jiàn)度對(duì)相對(duì)濕度的敏感性相對(duì)較高(表3)。此外,合肥市能見(jiàn)度與平均溫度、風(fēng)速呈現(xiàn)一定程度的正相關(guān)關(guān)系(0.283≤r≤0.496,P<0.01),且能見(jiàn)度與平均溫度的相關(guān)程度比與平均風(fēng)速的相關(guān)程度高75.3%。對(duì)比各參數(shù)擬合方程可知：風(fēng)速的R2值明顯低于溫度和相對(duì)濕度,表明能見(jiàn)度與溫度、相對(duì)濕度的方程擬合程度更好;相對(duì)濕度的回歸參數(shù)分別是平均溫度、風(fēng)速的107倍、42倍,說(shuō)明平均溫度、風(fēng)速對(duì)能見(jiàn)度的影響程度較小,兩者可能通過(guò)改變大氣污染狀況間接影響大氣能見(jiàn)度(表3)。

表3 2019—2021年合肥市能見(jiàn)度與顆粒物濃度、氣象參數(shù)的擬合方程及相關(guān)性統(tǒng)計(jì)

2.2.2 顆粒物濃度對(duì)能見(jiàn)度的影響

為更好地反映PM2.5濃度與能見(jiàn)度的關(guān)系,按照不同的相對(duì)濕度范圍(≤40%、>40%～50%、>50%～60%、>60%～70%、>70%～80%、>80%～90%和>90%)對(duì)能見(jiàn)度和PM2.5濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

由圖2可以看出,相對(duì)濕度大于80%的點(diǎn)大多數(shù)分布在左下方(能見(jiàn)度小于15 km)。另外,隨著相對(duì)濕度的增加,擬合曲線向能見(jiàn)度低于10 km的方向移動(dòng),說(shuō)明高相對(duì)濕度明顯降低了能見(jiàn)度。當(dāng)相對(duì)濕度范圍在>60%～70%時(shí),能見(jiàn)度與PM2.5濃度的相關(guān)性最好。此時(shí),以10 km能見(jiàn)度來(lái)確定PM2.5濃度閾值,結(jié)果為66 μg/m3,即：當(dāng)PM2.5濃度低于66 μg/m3時(shí),降低PM2.5濃度能顯著提高大氣能見(jiàn)度;反之,對(duì)能見(jiàn)度的改善效果不明顯。王繼康等[14]研究發(fā)現(xiàn),相對(duì)濕度在40%～90%時(shí),南京和武漢能見(jiàn)度與PM2.5濃度的相關(guān)性較大,相關(guān)系數(shù)在0.800左右,略低于北京,高于廣州。本研究所得PM2.5濃度閾值低于DENG等[28]關(guān)于廣州能見(jiàn)度的研究結(jié)果(120 μg/m3),可能是因?yàn)楸狙芯恐械哪芤?jiàn)度整體水平高于廣州(11.0 km),擬合曲線相比廣州呈現(xiàn)向上移動(dòng)趨勢(shì),導(dǎo)致能見(jiàn)度與PM2.5濃度擬合方程的斜率有所提高,從而降低了PM2.5濃度閾值。

圖2 2019—2021年合肥市不同相對(duì)濕度(RH)下的能見(jiàn)度與PM2.5濃度的關(guān)系

然而當(dāng)相對(duì)濕度增加到一定范圍時(shí),隨著相對(duì)濕度的增加,合肥市能見(jiàn)度依然在下降,但PM2.5濃度展現(xiàn)出的變化趨勢(shì)卻不是單調(diào)協(xié)同,即兩者之間的相關(guān)系數(shù)在下降,顆粒物在高濕度情況下對(duì)能見(jiàn)度的影響有所增強(qiáng),尤其是在顆粒物低濃度范圍(表4)。出現(xiàn)該情況的主要原因可能是當(dāng)空氣中的水分含量達(dá)到一定范圍時(shí),大氣中的顆粒物的質(zhì)量濃度、粒徑以及復(fù)折射指數(shù)等會(huì)因?yàn)轭w粒物中的可溶性組分發(fā)生吸濕潮解而出現(xiàn)改變,進(jìn)而使顆粒物的消光能力顯著增強(qiáng),間接導(dǎo)致大氣能見(jiàn)度降低[2,17]。

表4 2019—2021年合肥市不同相對(duì)濕度下的能見(jiàn)度與PM2.5濃度的擬合關(guān)系方程及相關(guān)性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

進(jìn)一步研究顆粒物濃度對(duì)能見(jiàn)度的影響,結(jié)果表明,合肥市能見(jiàn)度與顆粒物濃度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(-0.605≤r≤-0.219,P<0.01),且能見(jiàn)度與顆粒物濃度的相關(guān)程度低于與相對(duì)濕度的相關(guān)程度,說(shuō)明顆粒物濃度對(duì)合肥市能見(jiàn)度有一定的影響。經(jīng)擬合,當(dāng)顆粒物濃度處于較低范圍內(nèi)時(shí),合肥市能見(jiàn)度變化顯著。當(dāng)PM2.5濃度范圍為5～15 μg/m3時(shí),能見(jiàn)度的范圍為17～35 km(表3)。因此,顆粒物濃度在較低水平(<50 μg/m3)時(shí),顆粒物濃度的變化會(huì)對(duì)能見(jiàn)度產(chǎn)生顯著影響。由能見(jiàn)度與顆粒物濃度的擬合方程可知,能見(jiàn)度與PM2.5濃度擬合方程的R2較高,且回歸參數(shù)比PM10、PM1.0分別高276.0%、129.6%,表明PM2.5對(duì)能見(jiàn)度的影響程度高于PM10和PM1.0。研究顯示：在大氣污染問(wèn)題較為嚴(yán)重的地區(qū),如京津冀、長(zhǎng)三角、汾渭平原等,能見(jiàn)度與PM2.5濃度的相關(guān)系數(shù)超過(guò)了0.750[14];珠三角地區(qū)的相關(guān)系數(shù)(0.700左右)略低于其他地區(qū)[14]。整體上看,我國(guó)大部分地區(qū)的能見(jiàn)度與PM2.5濃度的相關(guān)性較高。

綜合上述分析可知,當(dāng)相對(duì)濕度的范圍為>60%～70%時(shí),合肥市能見(jiàn)度與PM2.5濃度的相關(guān)性最好(r=-0.873,P<0.01),且當(dāng)PM2.5濃度低于66 μg/m3時(shí),降低PM2.5濃度能顯著提高大氣能見(jiàn)度。

2.3 能見(jiàn)度與顆粒物特性的關(guān)系

2.3.1 顆粒物組分對(duì)能見(jiàn)度的影響

顆粒物濃度對(duì)能見(jiàn)度的影響僅次于相對(duì)濕度。在不同相對(duì)濕度下,顆粒物的組成成分不同,導(dǎo)致影響顆粒物吸濕增長(zhǎng)的因子也不同[29]。水平能見(jiàn)度低于10 km是氣象學(xué)上界定霧霾天氣的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。一般將能見(jiàn)度劃分為3個(gè)等級(jí),即：Ⅰ級(jí)為能見(jiàn)度不小于10 km,Ⅱ級(jí)為能見(jiàn)度介于5～10 km,Ⅲ級(jí)為能見(jiàn)度小于5 km[30]。

表5 2019—2021年合肥市不同能見(jiàn)度等級(jí)下的PM2.5主要組分濃度和相關(guān)系數(shù)

2.3.2 顆粒物濃度對(duì)消光特性的影響

大氣中的顆粒物對(duì)可見(jiàn)光產(chǎn)生散射和吸收所形成的消光效應(yīng)是導(dǎo)致能見(jiàn)度降低的主要原因,而顆粒物的消光特性則表征了顆粒物對(duì)可見(jiàn)光的削弱作用[34]。上文研究結(jié)果表明,相對(duì)濕度在>60%～70%時(shí),合肥市能見(jiàn)度與PM2.5濃度的相關(guān)性最好。因此,以相對(duì)濕度等于60%為界,分別分析不同PM2.5濃度下的顆粒物的散射、吸收系數(shù)的變化特征。總體上,在PM2.5濃度不斷吸濕增長(zhǎng)的情況下,顆粒物散射、吸收系數(shù)顯著升高,促進(jìn)了大氣能見(jiàn)度的降低(圖3)。當(dāng)相對(duì)濕度不超過(guò)60%,且PM2.5濃度在150 μg/m3以下時(shí),顆粒物散射系數(shù)的變化幅度和吸收系數(shù)基本持平;當(dāng)PM2.5濃度超過(guò)150 μg/m3時(shí),顆粒物散射系數(shù)的峰值和谷值分別為1 305 Mm-1和145 Mm-1,即顆粒物散射系數(shù)的波動(dòng)范圍較大,而此時(shí)顆粒物吸收系數(shù)的變化范圍在31.1～55.5 Mm-1之間,表明PM2.5濃度較高時(shí),顆粒物散射系數(shù)對(duì)PM2.5濃度變化相對(duì)敏感[圖3(a)]。當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)60%時(shí),不同PM2.5濃度下的顆粒物散射系數(shù)的漲幅始終高于吸收系數(shù),高出22.2～46.1個(gè)百分點(diǎn)。與相對(duì)濕度不超過(guò)60%相比,相對(duì)濕度大于60%時(shí)的顆粒物散射、吸收系數(shù)的變化幅度均較低,可能是因?yàn)榈蜐癍h(huán)境下的顆粒物的散射、吸收系數(shù)受PM2.5濃度變化影響顯著[圖3(b)]。綜上,在低濕、較高PM2.5濃度環(huán)境條件下,顆粒物濃度會(huì)對(duì)顆粒物散射系數(shù)產(chǎn)生顯著影響,可能是因?yàn)楹戏适蓄w粒物濃度與散射系數(shù)、吸收系數(shù)呈非線性正相關(guān),尤其是PM2.5濃度與顆粒物散射系數(shù)的相關(guān)系數(shù)超過(guò)了0.500;低PM2.5濃度環(huán)境條件下,顆粒物濃度對(duì)顆粒物散射、吸收系數(shù)的影響程度基本持平。

圖3 2019—2021年合肥市不同相對(duì)濕度下的PM2.5濃度和消光特性變化

2.3.3 顆粒物粒徑對(duì)能見(jiàn)度的影響

不同顆粒物粒徑分布對(duì)合肥市能見(jiàn)度影響程度的研究結(jié)果表明,各粒徑顆粒物數(shù)量的顯著增加會(huì)降低大氣能見(jiàn)度,這與MEJIA等[35]、YAN等[36]、GNAUK等[37]、LI等[38]發(fā)現(xiàn)大氣能見(jiàn)度與顆粒物數(shù)濃度存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系的研究結(jié)果一致。當(dāng)顆粒物平均粒徑小于0.68 μm時(shí),合肥市平均能見(jiàn)度大于10 km;當(dāng)顆粒物平均粒徑范圍在0.68～1.25 μm時(shí),大氣能見(jiàn)度在10 km上下波動(dòng),對(duì)應(yīng)的能見(jiàn)度標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.3 km;當(dāng)顆粒物平均粒徑范圍為1.25～2.00 μm時(shí),能見(jiàn)度峰值達(dá)12.6 km,谷值為3.4 km,波動(dòng)范圍較大,表明此時(shí)其他影響因素對(duì)能見(jiàn)度的影響程度可能相對(duì)較大(圖4)。綜合上述分析可知,平均粒徑小于1.00 μm的顆粒物對(duì)合肥市大氣能見(jiàn)度的影響較大。

圖4 2019—2021年合肥市不同顆粒物平均粒徑下的能見(jiàn)度分布

張濤[39]研究發(fā)現(xiàn),0.50～1.00 μm粒徑的粒子對(duì)大氣消光系數(shù)的影響最大,貢獻(xiàn)率高達(dá)64.9%,而粒徑大于1.00 μm的粒子的貢獻(xiàn)率為35.1%。因此,本研究分析了不同PM1.0數(shù)濃度占比下的大氣能見(jiàn)度變化特征(圖5)。合肥市PM1.0數(shù)濃度占比主要分布在50%～100%,對(duì)應(yīng)的平均能見(jiàn)度均大于10 km,但能見(jiàn)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為6.1～9.0 km,表明其他影響因素可能也對(duì)大氣能見(jiàn)度存在影響。與PM1.0數(shù)濃度占比分布在50%～60%和80%～100%時(shí)的平均能見(jiàn)度相比,PM1.0數(shù)濃度占比分布在60%～80%時(shí)的平均能見(jiàn)度高14.4%～35.4%,標(biāo)準(zhǔn)偏差低5.5%～31.5%,能見(jiàn)度波動(dòng)范圍較小。當(dāng)PM1.0數(shù)濃度占比大于80%時(shí),大氣散射作用增強(qiáng),能見(jiàn)度下降;當(dāng)PM1.0數(shù)濃度占比小于60%時(shí),平均風(fēng)速為2.5 m/s,不利于污染物的擴(kuò)散,可能導(dǎo)致能見(jiàn)度降低。研究表明,當(dāng)能見(jiàn)度較低時(shí),杭州[40]、青島[41]、北京[42]的PM1.0數(shù)濃度占比范圍分別為48%～54%、30%～40%、60%～66%,說(shuō)明北京大氣能見(jiàn)度受小粒徑顆粒物影響的程度高于杭州和青島。綜上所述,為有效提高合肥市大氣能見(jiàn)度,應(yīng)優(yōu)先減少大氣環(huán)境中的小粒徑顆粒物,尤其是粒徑小于1.0 μm的顆粒物的濃度占比。

圖5 2019—2021年合肥市不同PM1.0數(shù)濃度占比下的大氣能見(jiàn)度分布

3 結(jié)論

1)2019—2021年,合肥市年平均能見(jiàn)度分別為13.4、14.3、14.2 km,總體上呈現(xiàn)逐年上升的變化特征,并且在季節(jié)變化上呈現(xiàn)為夏高冬低,在日變化上呈現(xiàn)為午后最高、夜間最低。能見(jiàn)度的改善速度顯著滯后于顆粒物濃度的降低速度,可能是因?yàn)樵斐傻湍芤?jiàn)度事件的原因較為復(fù)雜,能見(jiàn)度與顆粒物濃度呈現(xiàn)顯著的非線性相關(guān)關(guān)系。

2)合肥市能見(jiàn)度與相對(duì)濕度呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.699,P<0.01),且能見(jiàn)度與相對(duì)濕度的相關(guān)程度比與顆粒物濃度的相關(guān)程度高15.5%～219.2%,因此,相對(duì)濕度是直接影響合肥市能見(jiàn)度的主要因素之一,可能主要通過(guò)影響顆粒物的吸濕增長(zhǎng)改變其消光特征。合肥市能見(jiàn)度與平均溫度、風(fēng)速呈現(xiàn)一定程度的正相關(guān)關(guān)系(0.283≤r≤0.496,P<0.01),且能見(jiàn)度與平均溫度的相關(guān)程度比與平均風(fēng)速的相關(guān)程度高75.3%。因此,溫度和風(fēng)速對(duì)合肥市能見(jiàn)度的間接影響作用相對(duì)較小。

3)合肥市能見(jiàn)度與顆粒物濃度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(-0.605≤r≤-0.219,P<0.01),尤其是顆粒物濃度在較低水平(<50 μg/m3)的變化會(huì)對(duì)能見(jiàn)度產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)相對(duì)濕度范圍在>60%～70%時(shí),能見(jiàn)度與PM2.5濃度的相關(guān)性最好(r=-0.873),且PM2.5濃度的閾值達(dá)到了66 μg/m3;當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)70%時(shí),隨著相對(duì)濕度的增加,能見(jiàn)度與PM2.5濃度之間的相關(guān)系數(shù)逐漸下降(-0.854≤r≤-0.567)。

4)能見(jiàn)度與顆粒物特性的研究結(jié)果表明,能見(jiàn)度與水溶性離子的相關(guān)程度高于與碳質(zhì)組分的相關(guān)程度;當(dāng)能見(jiàn)度處于較低水平時(shí),能見(jiàn)度與PM2.5主要組分的濃度的相關(guān)性明顯減弱,其他因素對(duì)能見(jiàn)度的作用逐漸凸顯。在較高PM2.5濃度環(huán)境條件下,顆粒物散射系數(shù)的顯著變化是導(dǎo)致能見(jiàn)度降低的主要原因。小粒徑顆粒物對(duì)合肥市大氣能見(jiàn)度的影響程度相對(duì)較高,應(yīng)優(yōu)先大幅度降低PM1.0濃度。