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目 录

1.引言 1

1.1研究目的和意义 1

1.2国内外研究现状 1

2.研究内容 1

3.研究数据及方法 2

3.1数据来源 2

3.2研究方法 2

4.大气污染物浓度总体特征 3

5.大气污染物浓度的昼夜特征 4

5.1两种颗粒物浓度的昼夜特征 5

5.2气态污染物浓度的昼夜特征 6

6.大气污染物浓度的气象影响因素分析 9

6.1相关性分析 10

6.2建立多元线性回归模型 12

7.结论 13

参考文献 14

南京春季大气污染物浓度的昼夜特征

及其气象影响因素分析

朱怡杰

, China

Abstract: The purpose of this study is to analyse the diurnal variation characteristics of PM_2.5, PM₁₀, NO₂, O₃ and SO₂ concentrations in Nanjing during the period of 2-21 in March 2016 and the difference between city and suburb by using the hourly monitoring data of atmospheric pollutants concentrations. In addition, the influences of meteorological factors on the concentration of pollutants are studied by using the correlation analysis of meteorological data. The results show that the diurnal changes of PM_2.5, PM₁₀, NO₂ and SO₂ are all bimodal type, and the diurnal variation of O₃ concentration is single peak type. PM_2.5 and O₃ and SO₂ concentrations are higher in urban areas than those in the suburban areas throughout the day, NO₂ concentration are higher in suburban areas except 5:00-8:00, urban PM₁₀ concentration is lower than suburban areas in the afternoon; Temperature is positively related to air pollutants while precipitation have negative correlation with them. Wind speed is positively correlated with O₃, and negatively correlated with other pollutants. Air pressure is positively correlated with O₃ and negatively correlated with NO₂ and PM_2.5. Relative humidity is positively correlated with PM_2.5 and NO₂ as well as negatively correlated with O₃ and SO₂. Multiple linear regression analysis shows that concentrations of different pollutants are comprehensively affected by various meteorological elements.

Key words: Nanjing; spring; atmospheric pollutant; diurnal characteristics; meteorological factors

1.引言

1.1研究目的和意义

现如今城市不断发展，空气污染问题却愈发引人深思。大气污染物能够对生物、建筑以及自然环境造成严重的影响。一次污染物如颗粒物能造成气管的损伤，引起呼吸道疾病；SO₂有助于酸雨的形成进而破坏生态；O₃会刺激眼睛，使人头痛、呼吸障碍，使儿童的肺功能异常^[1]。二次污染物如光化学烟雾更是严重危害人体健康。从AQI指数来看，南京近几年的空气质量较差，市区的情况则更为严重，有关雾霾天气以及其危害实例的报道也屡见不鲜。因此对于大气污染物生成、传输和浓度特征等研究已经成为当下热门。本文通过研究南京春季污染物浓度的昼夜变化特征，为其他相关研究提供参考，也为污染物的治理提供一定的理论支持；研究气象影响因素对污染物浓度的影响，为污染状况的预报提供帮助。

1.2国内外研究现状

在对于大气污染物浓度的分布、扩散、影响因素以及预报方法的研究中，国内外的学者们探索出了很多参数化、非参数化方法。

在国内，对于各种污染物时间、空间变化的规律、污染物之间的污染物浓度与气象要素之间关系有着大量的研究，取得了丰富的成果。比如高晋徽等从后向轨迹的聚类分析出发探讨了近距离输送对污染物浓度的影响^[2]。赵晨曦等选择用Spearman秩相关系数这种非参数分析方法来研究非正态分布的污染物浓度与气象因素的共变趋势^[3]。彭晓武、余淑苑等人鉴于气象因素的多重共线性问题用主成分分析法进行降维^[4-5]。

国外研究更加注重污染物浓度分布模型和气象要素变量的选取和控制从而使得污染物浓度与气象因子的相关性得到更有效地解释。Snezhana Georgieva Gocheva-Ilieva等使用了单变量季节性差分自回归滑动平均模型(SARIMA)研究大气污染物浓度的变化趋势^[6]。Said Munir采用了分位数回归模型(QRM)研究变量在不同分位数的影响，这种方法能够涵盖大部分污染物浓度变化范围^[7]。K. Heinke Schlünzen等通过对中尺度气象模型中的一些常用参数进行定量地评估来衡量模型的价值^[8]。

2.研究内容

通过对历史资料的总结分析可知大气污染物浓度在夏季较低，在其他季节较高。因此有必要通过研究春季污染物浓度特征来治理大气污染。影响污染物浓度的因素有很多：排放源的位置与强度、扩散的形式、气象因素以及下垫面特征等。由于边界层和人类活动具有日变化，污染物浓度也表现出昼夜变化特征。此外，南京地区春季期间冷暖气流交汇，锋面活动频繁，天气多变，污染物浓度也随之变化。故本文研究南京春季3月2-21日期间污染物浓度昼夜变化特征以及气象因素对污染物浓度的影响。由于数据来源有限以及排除了相关性极小的因素，本文只选取几个广泛探讨的污染物种类和气象因素。主要内容如下：

1.简述南京春季大气污染物浓度的总体特征。

2.研究大气污染物浓度的昼夜特征、城乡差异及其原因。

3.利用统计学方法分析五种气象因子对不同大气污染物浓度的影响。

3.研究数据及方法

3.1数据来源

本次研究污染物种类包括PM_2.5(空气动力学当量直径≤2.5微米的大气颗粒物)、PM₁₀(空气动力学当量直径≤10微米的大气颗粒物)、SO₂、NO₂、O₃，气象因素包括气温、相对湿度、降雨量、风速以及气压，选取2016年南京3月2日至3月21日这20天的观测数据进行分析。污染物浓度的逐小时浓度的单位为μg/m³，数据来自南京市空气质量检测站，包括草场门、中华门、瑞金路、玄武湖、迈皋桥、山西路、仙林大学城、奥体中心和浦口九个大气国控点。具体位置由图1列出。可以看到九个站点中有一个站点位于江北郊区的浦口地区，其它均分布于江南区域的交通、工业、住宅、文教、卫生等地区，能够很全面地体现南京整体的空气质量状况。本次研究选取浦口和山西路两站数据用于对比城郊污染物的昼夜差异。气象因素的逐小时资料来自于中国气象局数据网，其中气温的单位为℃，降雨量的单位为mm，气压的单位为hpa，风速则用级数表示。

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