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淺析濟(jì)寧市 PM10污染狀況及其與氣象因子的關(guān)系論文
引言
顆粒物污染是導(dǎo)致中國(guó)多數(shù)城市空氣污染的首要因素[1-2]，尤其是小顆粒物(PM10和PM2.5) 因其粒徑較小和比表面積較大，更容易富集有毒物質(zhì)，比大顆粒物(TSP)具有更大的危害[3-4]。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)中國(guó)大氣PM10濃度所進(jìn)行的一系列的試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)結(jié)果表明[5-6]。城市PM10污染有加劇的趨勢(shì)。通過(guò)研究分析濟(jì)寧市近3年采暖期和非采暖期內(nèi)PM10的濃度以及PM10與氣象條件的關(guān)系，力圖反映出濟(jì)寧市PM10的污染狀況和影響PM10濃度的主要因素，為整體衡量濟(jì)寧市PM10的污染狀況提供理論支持，為空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)、防治大氣污染提供理論依據(jù)。
1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)來(lái)源
濟(jì)寧市位于山東省南部，地處蘇魯豫皖四省結(jié)合部，屬魯南泰沂低山丘陵與魯西南黃淮海平原交接地帶，是山東省經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的地區(qū)之一。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化、工業(yè)化發(fā)展迅猛，機(jī)動(dòng)車擁有量、建筑工地?fù)P塵量和工業(yè)耗煤量、工業(yè)廢氣排放量都在不斷增加，使該地區(qū)具有典型的煤煙型污染特征[7-9]，大氣污染狀況越來(lái)越嚴(yán)重。同時(shí)，中心城區(qū)面積101.3 km2、人口為93.6萬(wàn)人，人口密度為9240人/ km2[10]。這樣人口密集的地區(qū)，空氣質(zhì)量特別值得關(guān)注。
2010—2012年P(guān)M10的觀測(cè)資料由濟(jì)寧市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心提供、同期氣象資料由濟(jì)寧國(guó)家氣象觀測(cè)站提供。同時(shí)規(guī)定10月—次年3月為采暖期，4—9月為非采暖期[11]。
2 采暖期和非采暖期的PM10分布特征
2.1 PM10的月變化特征
根據(jù)2010年1月—2012年12月PM10的日平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出PM10日平均濃度的月平均值；圖l為PM10月平均濃度分布狀況。PM10濃度最大值出現(xiàn)在12月份，為0.120 mg/m3，其次是1月份，為0.118 mg/m3；最小值出現(xiàn)在6月份，為0.081mg/m3，年平均濃度為0.103 mg/m3。其中，10月—次年3月（采暖期）的月平均濃度為0.111mg/m3，4—9月（非采暖期）的月平均濃度為0.091mg/m3。采暖期的平均濃度整體大于非采暖期。其原因是冬季的太陽(yáng)輻射弱，氣溫、氣壓低，降雨量小，大氣穩(wěn)定度好，不易對(duì)流，顆粒物的擴(kuò)散困難，并且冬季采暖燃料的使用量大，其中最典型的就是12月和1月，這段時(shí)間氣溫較低，用于居民采暖的燃煤量比較大，PM10的濃度水平達(dá)到最高，而到了春季氣溫相對(duì)略高，燃料的使用量也相對(duì)減少，PM10的濃度有所降低。在非采暖期PM10的月平均濃度整體變小，這是因?yàn)樘?yáng)輻射逐漸增強(qiáng)，溫度和氣壓升高，降雨逐漸增多，大氣不穩(wěn)定，容易發(fā)生對(duì)流，顆粒物較易擴(kuò)散。
3 PM10濃度與氣象要素的關(guān)系
氣象因子是影響PM10質(zhì)量濃度水平的重要因素之一。由于受多種氣象因子的綜合影響以及各氣象因子之間的相互作用，PM10濃度與氣象條件的關(guān)系比較復(fù)雜。
3.1 風(fēng)與PM10濃度的關(guān)系
風(fēng)是邊界層內(nèi)影響污染物擴(kuò)散的重要?jiǎng)恿σ蜃樱渲酗L(fēng)向決定PM10的輸送方向，風(fēng)速則決定PM10濃度的擴(kuò)散速度。特別是低層(200m以下)風(fēng)速、風(fēng)向的變化直接影響PM10濃度的聚散及各處的濃度分布。濟(jì)寧不僅有大氣候背景的盛行風(fēng)，即春季最多風(fēng)向?yàn)镾風(fēng)，夏季為SW風(fēng)，秋季為E風(fēng)，冬季為N風(fēng)，也有熱島環(huán)流，城市內(nèi)部還受“高樓風(fēng)”、“街道風(fēng)”等局地環(huán)流的影響。
經(jīng)統(tǒng)計(jì)2010-2012年平均風(fēng)速資料和相應(yīng)的PM10濃度資料，得到圖3，由圖可以看出，PM10濃度與風(fēng)速呈現(xiàn)出較好的反相關(guān)，即風(fēng)速越大，污染物濃度越小，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.97；但風(fēng)速達(dá)到4m/s時(shí), PM10與風(fēng)速呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.89，兩者均通過(guò)了信度為0.05的顯著性檢驗(yàn)。原因?yàn)榇箫L(fēng)可以引起二次揚(yáng)塵增加了空氣中顆粒物的含量。濟(jì)寧采暖期的平均靜風(fēng)頻率為11%，比非采暖期的6%高出5%，這也是濟(jì)寧市在采暖期PM10污染較為嚴(yán)重的一個(gè)原因。
4 小結(jié)
(1) PM10在采暖期的月平均濃度（0.111mg/m3）整體大于非采暖期的月平均濃（0.091mg/m3），且日變化有明顯的雙峰型規(guī)律，在采暖期PM10濃度07時(shí)以后開(kāi)始加重，09—10時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值，12時(shí)以后污染減輕，13—17時(shí)出現(xiàn)低谷，20—21時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰值。在非采暖期PM10濃度的兩個(gè)峰值出現(xiàn)時(shí)間和采暖期相比，早晨提前3h，晚上推遲1～2h。
(2) PM10濃度與 4m/s 以下的風(fēng)速呈現(xiàn)出較好的反相關(guān)，即風(fēng)速越大，PM10濃度越小，但當(dāng)風(fēng)速達(dá)到 4m/s時(shí), PM10與風(fēng)速呈正相關(guān)；PM10的濃度與相對(duì)濕度呈顯著的正相關(guān)，其濃度的最大值出現(xiàn)在 80%～90%區(qū)間；PM10濃度隨熱島強(qiáng)度的增加而增加。
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