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邹平县空气质量与气象条件关系研究
作者：刘路花 李华
来源：《安徽农学通报》2014年第24期
摘 要：利用邹平县2010-2013年空气质量定点监测资料以及同期的地面气象要素降雨量、相对湿度、风和气压等资料，该文开展了主要空气污染因子同气象条件之间的必然性研究，掌握了不同的气象条件情况下空气污染因子质量浓度的变化情况，建立了污染浓度预报模式，为有效控制空气污染提供科学依据。
关键词：空气质量；气象条件；预报模式；邹平县
中图分类号 X511 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）24-103-06
20世纪以来，随着现代工业及交通运输业等的快速发展，城市空气污染日益严重，空气质量问题也越来越受到世界各国政府和社会民众的高度关注。控制大气污染，改善城市大气环境质量的呼声日益强烈。由于城市环境短期内变化相对有限，城市空气污染状况实际上是由污染源和气象条件2个内外因素共同决定的。其中，影响空气质量的核心因素是复杂的气象条件，大气条件的优劣直接影响着空气污染物的分布状态，气象因子对城市大气环境质量的影响是当前一个重要研究课题。利用邹平县2010-2013年空气质量定点监测资料以及同期的地面气象要素降雨量、相对湿度、风和气压等资料，本文开展了主要空气污染因子同气象条件之间的必然性研究，进而掌握在不同的气象条件情况下空气污染因子质量浓度的变化情况，并利用逐步回归方法，建立了污染浓度预报模式，为有效控制空气污染提供科学依据。
1 基础资料及分析方法
1.1 大气污染的定义 大气污染是指在自然环境或人为因素的影响下，引起气体成分、性状、构成等发生改变，改变之后的气体与原始气体相比较而言，内部含有了一部分有害、有毒物质，这些有害、有毒物质将不利于人们生活质量的提升和身心健康的保障，因此，我们将这类气体称为污染气体，也就是所谓的大气污染。大气污染从本质上来讲，大致涵盖了3类构成者：一是污染源头；二是污染物质浓度；三是污染危害状况。
1.2 空气污染指数分级及其浓度限值 在针对空气污染指数分级的过程中，笔者的取值范围为0～500，空气污染指数的高低，直接体现出空气污染的状况。与此同时，空气污染指数与空气污染浓度存在必然的联系，详情如表1所示。由表1可知，空气污染指数与空气质量存在必然的关联，即指数越高，空气质量越差，当然对人类的身心健康影响也越大。因此，针对空气质量现状，必须提出切实可行的决策和依据。
表1 空气污染指数分级浓度限值
[污染指数 龙源期刊网
AP1＼&污染物浓度（mg/m3）＼&SO2＼&i=1＼&NO2＼&i=2＼&PM10＼&i=3＼&j=6＼&500＼&2.101～2.620＼&0.751～0.940＼&0.501～0.600＼&j=5＼&400＼&1.601～2.100＼&0.566～0.750＼&0.421～0.500＼&j=4＼&300＼&0.801～1.600＼&0.281～0.565＼&0.351～0.420＼&j=3＼&200＼&0.151～0.800＼&0.121～0.280＼&0.151～0.350＼&j=2＼&100＼&0.051～0.150＼&0.081～0.120＼&0.051～0.150＼&j=1＼&50＼&0.000～0.050＼&0.000～0.080＼&0.000～0.050＼&]
1.3 资料选取 主要污染物PM10、NO2、SO2的监测数据取自邹平县环保局提供的2010年1月1日至2013年12月31日逐日监测实况资料。空气质量日报监测周期为24h，数据监测周期起止时间为前一日12：00至当日12：00。共有3个监测点，分别在邹平县环保局、邹平县实验二小、邹平县高新区3个采样点，取其逐日平均浓度的算术平均值，以代表污染物的平均状况。我国于2000年对城市空气质量进行了分级，根据空气污染指数，确定出了分级标准，具体划分为5档7级，详情如表2所示。该空气质量资料选自于邹平县气象局提供的气象要素数据（气压、降水、风向风速、相对湿度、云量等）资料。
表2 空气质量分级标准
[API＼&空气质
量级别＼&空气质
量状况＼&对人体健康的影响＼&0～50＼&Ⅰ＼&优＼&能够正常活动 ＼&51～100＼&Ⅱ＼&良＼&能够正常活动＼&101～150＼&Ⅲ＼&轻微污染＼&长期呼吸之后，易感人群出现症状＼&151～200＼&Ⅳ＼&轻度污染＼&长期呼吸之后，健康人群出现症状＼&201～250＼&Ⅴ＼&中度污染＼&一定时间呼吸之后，健康人群出现症状＼&251～300＼&Ⅵ＼&中度重污染＼&一定时间呼吸后，心脏病和肺病患者症状显著加剧＼&>300＼&Ⅶ＼& 重度污染＼&健康人群明显出现强烈症状，提前导致部分病症＼&]
1.4 分析方法 采用统计方法分析3种污染物的月、季、年变化特征和年际变化趋势，利用SPSS软件，对空气污染指数与气象条件之间的关联性进行了深入细致的研究，通过关联性的分析，明确气象条件因素对空气污染指数大小的制约。
2 邹平县空气质量特征分析
2.1 近年空气质量状况 根据空气质量分级标准，统计邹平县2010-2013年各级空气污染指数出现日数（表3），结果表明，邹平县最近4a以来，其空气质量状况达到优级的天数非常少，仅为27d，占总天数的2%；良的为475d，占总天数的35.3%；轻微污染为667d，占总天数的49.6%；轻度污染为121d，占总天数的9.0%；中度污染为15d，占总天数的1.1%；中重度污染为16d，占总天数的1.2%；重度污染为25d，占总天数的1.9%。也就是说，空气质量龙源期刊网
适宜人类活动的时间占总时间的37.3%，不利于人类生活、工作，甚至诱发某些疾病的时间占62.7%，说明邹平县污染比较严重，空气质量状况较差。
表3 2010-2013年邹平县不同等级空气质量出现日数（d）
[年份＼&优＼&良＼&轻微
污染＼&轻度
污染＼&中度
污染＼&中重度
污染＼&重度
污染＼&2010＼&3＼&133＼&178＼&27＼&2＼&3＼&3＼&2011＼&18＼&132＼&158＼&31＼&2＼&3＼&2＼&2012＼&6＼&99＼&181＼&27＼&4＼&0＼&1＼&2013＼&0＼&111＼&150＼&36＼&7＼&10＼&19＼&]
2.2 3种污染物的年际变化特点 2010-2013年，邹平空气污染指数平均数值是118，处于国家环境空气质量三级标准（101
[0.18
0.14
0.1
0.06
0.02][污染物浓度（mg/m3）][2010 2011 2012 2013][年份][PM10浓度
NO2浓度
线性（SO2浓度）][SO2浓度
线性（PM10浓度）
线性（NO2浓度）]
图1 各污染物浓度的年变化 龙源期刊网
2.3 3种污染物浓度的月际变化特征 由图2可见，各污染物的平均浓度具有明显的月变化规律。其中：（1）PM10浓度10月至次年3月偏高，平均浓度大于年平均浓度，6～9月较低，平均浓度均小于年平均浓度，1月浓度最高（0.184mg/m3），污染最重，9月浓度最低（0.130mg/m3），污染最轻，年平均API值110，是3种污染物中污染程度最严重的。（2）SO2浓度11月至次年3月较高，7～8、10月浓度较低，年平均API值81，质量等级为良。（3）NO2浓度10月至次年4月较高，4月最高，是3中污染物中污染程度最轻的，年平均API值38，质量等级为优。造成3种污染物这种分布的主要原因是11月至次年的3月大气层结相对稳定，大气低层容易出现逆温层，污染物垂直输送能力差，导致污染物堆积，造成空气污染严重；而4～10月太阳辐射强，近地面层热力对流旺盛，易产生较强的局地对流，低层污染物易被垂直输送到高空，所以空气质量相对较好。
[污染物浓度（mg/m3）][0.250
0.200
0.150
0.100
0.050
0.000][1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12][月份][PM10][SO2][NO2]
图2 各污染物物浓度的月变化
2.4 污染物的季节变化特征特征 空气质量具有明显的温差反应。污染物浓度按照一年四季来划分，其浓度从大到小依次为冬季、春季、秋季、夏季，具体如下图3所示。
[污染物浓度（mg/m3）][0.200
0.180
0.160
0.140
0.120
0.100
0.080
0.060 龙源期刊网
0.040
0.020
0.000][冬季][春季][夏季][秋季][PM10][SO2][NO2]
图3 各种污染物浓度的季节变化特征
3 气象条件变化对空气质量的影响
空气质量的变化特征和季节因素重点由污染源与和污染物在大气中扩散的气象条件所决定。一般来说，污染源的状况在一定时间内相对稳定，大气对污染物的扩散能力则变化很大，与季节及气象条件的变化极其密切。在污染源恒定的情况下，天气系统及气象要素的变化直接影响着空气质量的变化。在此以主要污染物PM10为例，来说明气象条件变化对空气质量的影响。
3.1 季节的影响 由表4可知，冬季（12月至次年2月）污染日数最多，占总污染日数的46%；冬季API指数平均为138，其次为春季（3～5月），占总污染日数的38%，春季API指数仅次于冬季为133，秋季（9～11月）占总污染日数的12%，API指数平均为101，夏季（6～8月）污染日数仅占4%，API指数平均为89，这表明，空气质量在冬季最差，夏季最好。究其原因，是因为冬季采暖导致燃煤量增加，污染加重，冬季降水较少，气候干燥，刮风天气较少，光照较弱，日照时间短，温度低，低空逆温层厚且出现的几率偏高，不利于污染物的稀释和扩散，春季的时候，由于刮风的原因，沙尘暴天气较多。夏季由于太阳辐射很强，大气对流活动旺盛，且降雨天气较多，对污染物质清除作用明显。
表4 空气质量季节变化
[季节＼&API指数＼&污染日数概率（%）＼&Ⅳ级以上天数（d）＼&冬季＼&138＼&46.0＼&51＼&春季＼&133＼&38.0＼&29＼&夏季＼&89＼&4.0＼&3＼&秋季＼&101＼&12.0＼&10＼&]
3.2 地面气象要素对空气质量的影响
3.2.1 降水 降水对大气污染物有清洗和稀释的作用，大气中的一些污染气体能够溶解在水中，较大的降水对空气污染物粉尘颗粒也起着有效的清除作用，使空气中的污染物得到自然净化，研究中的4a中，凡是下雨天，邹平的空气质量要稍微好一些，优良等级也比较明显。根据统计，2010-2013年降水日数为284d占全部监测日的21%，与无降水相比，SO2、NO2、PM10污染物浓度平均降低0.024、0.014、0.018，API指数平均降低11%、14%、10%。从表5可以看出，降水日与非降水日的空气污染指数相差很大，分别为97和120，空气优良率分别为58.3%和35.3%，降水日空气质量为优良等级的日子有123d，占总比的43.3%。与此同时，可以看到，当降水之后，空气污染指数会得到大幅减小，这就说明空气污染指数在一定程度上