论文总字数：13399字

目 录

1.引言 4

2.资料及方法 6

3.结果分析 7

3.1 PM_2.5的空间分布特征及其差异 7

3.2 PM2.5的时间分布特征及其差异 8

3.2.1 PM_2.5质量浓度的周末效应 8

3.2.2 PM_2.5质量浓度的日变化 9

3.2.3降水过程前后PM_2.5质量浓度变化特征 10

3.3 PM_2.5质量浓度与相对湿度的关系 11

4 结论和讨论 13

参考文献 13

中国半干旱地区PM_2.5浓度的变化特征及其与大气湿度的关系

沈丽

，China

Abstract: Frequent occurrence of particulate pollution in China lead to lower air quality all over the country. It is an important prerequisite for the management of urban air to clarify the concentration variation and factors of the main pollutants PM_2.5.This paper is based on the PM_2.5 mass concentration, AQI index and relative humidity . Using these data do some statistical and correlation analysis .The results showed that: (1)The spatial differences of PM_2.5 were related to emission characteristics and diffusion conditions of the city.(2)Three cities showed a clear weekend effect, Lanzhou and Xining showed a significant positive weekend effect ,while Xi'an had a negative weekend effect. Lanzhou and Xining showed a similar diurnal variation trend ,the value of PM_2.5 had the maximum in 12 am and then decreases until 21 pm. The maximum value of PM_2.5 in Xi'an occurs at 9 am，the decreases gradually until 16 pm.(3)The influence of precipitation on PM_2.5 is related to the rainfall intensity :heavy rainfall is in favor of the dilution and diffusion of PM_2.5.(4)The daily average concentration of PM_2.5 presented a negatively correction with the relative humidity .Lanzhou and Xining showed a weak positive correlation , Xi'an showed a moderate positive correlation.

Key words：PM_2.5；mass concentration；relative humidity；correlation analysis；

1.引言

我国经济正经历着快速的发展，城市化水平不断提高，人类活动造成的生活生产排放以及高密度建筑群对污染物扩散的不利，使得空气污染日趋严重，越来越受到政府和公众的关注，由以往的研究可知，在大气污染物质中，颗粒物作为我国绝大多数城市首要的污染物，其污染情况尤为突出。大气颗粒物是指悬浮在大气中的空气动力学直径为0.003~100μm的液态或者固态微粒，它是大气环境中组成成分复杂、来源多样且危害较大大的污染物之一^[1-2]，它对人类的生活环境、健康以及气候都有很大的影响。

大气颗粒物的形状复杂，一般情况下液态颗粒物近似球形，固体颗粒物形状不规则，来源不同、直径不同的颗粒物呈现出的形状也不同，例如，来自机动车尾气排放的颗粒物基本上呈球星或椭球形，而燃煤飞火形成的颗粒物则呈圆球形或椭圆形，较大的飞灰颗粒常呈现出多空状，化学反应生成的二次矿物颗粒则多呈长条状^[3]。大气颗粒物并没有严格的分类标准，一般按照颗粒物的物理状态以及生成过程分类，唐孝炎 ^[3]、刘志荣^[4]等研究发现可以从以下角度对大气颗粒物进行分类：

1. 按颗粒物的沉降特性分类，可将其分为降尘(由于重力沉降作用能在大气中较快沉降下来的大气颗粒物)和飘尘(飘尘是能长期漂浮在大气中的颗粒物，其粒径一般小于10m，在大气环境中很难因重力作用自然沉降而从大气中除去^[5])；
2. 按颗粒物粒径不同分类，可将其划分为总悬浮颗粒物、飘尘、降尘、可吸入颗粒物(可吸入颗粒物是指空气动力学直径小于或者等于10m的大气粗颗粒物，粗粒子大多是机械过程产生的，可以通过自身的重力沉降作用在短时间内从大气中去除，并且其扩散的距离较短)以及可入肺颗粒物(可入肺颗粒物即PM_2.5，是指空气动力学直径小于或者等于2.5m的大气细颗粒物，其在大气中较难沉降，因此滞留的时间较长，且可传输距离较远，因此其对大气环境的影响更大^[6])；
3. 按物理状态不同分类，可将其划分为液态颗粒物（主要为雾和雾尘），固态颗粒物（主要为烟、粉尘）以及固液混合颗粒物（如烟尘）。雾是由于大量微小水滴或冰晶悬浮于大气中导致大气能见度低于1km的天气现象；尘雾是由工业生产过程中产生中的化学反应生成的悬浮体系，尘雾的粒径一般可认为小于10m ^[7]；烟尘是指以燃烧等工业生产过程产生的粒子作为凝结核形成的烟和雾的混合体系，其粒径一般小于1m。
4. 依据颗粒物其他特性分类，还可将其进行下列划分：按组成成分可划分为有机、无机以及生物颗粒物；按粒子模态分为爱根核模（指粒径小于0.05m的粒子，主要来自燃烧过程中生成的二次粒子，因粒径较小极易相互碰撞合成大粒子）、积聚核模（0.05~2m之间的粒子称为积聚模，其主要来源是爱根核膜的碰撞凝聚过程、燃烧过程中的的冷凝和凝聚以及大气化学反应产生的气体分子的二次转化过程）和粗粒子模（粒径大于2m的粒子为粗粒子模，主要来自机械过程产生的海盐飞沫、风沙、火山爆发等过中的生成物）；按颗粒物的吸湿性可将其划分为吸湿性、非吸湿性、亲水性、以及憎水性颗粒物。

各地颗粒物的组成与其来源密切相关，近年来，随着技术和源解析模型的发展，我们可以分析得知各类污染源排放的污染物和环境大气中颗粒物的浓度和详细组成成分，在此基础上，利用统计分析方法，结合各个城市的地理、气象条件以及排放特征等进行综合分析，就能对城市颗粒物的来源、浓度分布变化特征及影响因素作出科学的判断。自2000年以来，我国环境研究者对我国多个城市的大气颗粒物进行了研究，通过这些分析总结得出了我国城市大气颗粒物来源的普遍特征。胡敏^等在其文章中通过对中国近30个城市进行源解析研究分析了PM₁₀来源的特征。结果表明，扬尘是我国大多数城市可吸入颗粒物的主要来源，尤其是在我国北方城市（如天津、安阳、沈阳、北京等），南方城市则情况较好，其中春季是扬尘的高发季节；受各地排放特征以及扩条件影响，燃烧过程对城市可吸入颗粒物浓度的贡献较大，烟尘表现出明显的冬季高夏季低的季节性变化；随着各地机动车数量的明显增加，机动车燃料不完全燃烧产生的大气颗粒物也日渐增多；工业排放也是我国大多数工业城市大气颗粒物的增多的原因之一。

大气颗粒物的状态、粒径大小、组成成分以及扩散方式等均与人们的生活和健康息息相关，漂浮在空气中的大气细颗粒物极易被人体吸收进入人们的支气管和肺部并沉积下来，对人类的健康造成不利影响，且粒子越小对人类的不利影响越大。在众多颗粒物中，可入肺颗粒物对环境以及人类健康的影响尤为突出，它是我国绝大多数城市的首要污染物，因此要制定使空气质量达标的有效措施，就要对PM_2.5的分布变化特征以及其各影响因素进行进一步的研究分析。

PM_2.5是指粒径小于或等于2.5m的大气颗粒物的质量浓度^[3]，最新的环境空气质量标准规定PM_2.5质量浓度24小时平均值35g/m³为一级浓度限制，75g/m³为二级浓度限制，PM_2.5作为空气质量标准中颗粒物的限值，与粗颗粒物相比更容易吸附大气中的污染物粒子、细菌以及有毒物质，因其粒径较小较容易通过呼吸道进入肺部，其中粒径小于1mm的极细粒子甚至可以直接进入肺泡中，由于细粒子携带的有毒物质要比大粒子更多，因此它对人类健康危害更大。

国内外很早就对PM_2.5进行了相关研究，美国环保局于1997年就制定了相关的PM_2.5的标准限值，之后国际上发达国家相继定制了PM_2.5的相关标准，我国研究人员对PM_2.5的研究开始于20实际80年代，期间取得了很多研究成果。郎凤玲^[10]等通过采用宽范围粒径谱仪对北京大学附近大气颗粒物进行连续检测，排除了雨雪天气的影响后，利用得到的数据分析得到结论：颗粒物日变化受边界层高度及太阳辐射、机动车排放的影响，北京颗粒物浓度分布存在季节差异（冬季颗粒物浓度明显高于其他季节，并且呈现春高夏低的趋势）；相对湿度对颗粒物浓度有很大的影响，尤其是在颗粒物成核和凝聚的过程中，相对湿度对不同粒径粒子影响不同，超细粒子随相对湿度增大而减少，而积聚态和粗粒子的浓度则随相对湿度增大；风速对其浓度影响最为显著，爱根核模粒子随风速增大而增多，而其他模态粒子则与风速呈负相关。杨书申^[11]等选取中国环境保护网和天气在线网两网站7个典型城市2014年的数据进行分析了，得到以下结论：沿海城市大气颗粒物浓度随季节变化不明显，内陆城市大气颗粒物浓度有明显季节性变化，且内陆城市的颗粒物浓度普遍高于沿海城市；当有降水时，颗粒物浓度有明显的下降。黄亚林^[12]等利用2013-2014年武汉地区PM_2.5数据和地面气象交换站的数据运用统计学原理以及相关分析，得到结论：PM_2.5呈季节性分布，表现为冬季gt;秋季gt;春季gt;夏季；研究的时间段内该地区PM_2.5日均值呈现出明显的正周末效应，即 周日gt;周六gt;周一gt;周五gt;周四gt;周三gt;周二；该时间段内PM_2.5空间水平方向分布的差异表现为城区污染比郊区严重，并且工业区、居民区以及交通区等污染量排放较大的区域污染情况比风景区和水域周围要严重；PM_2.5与气象因素由一定的相关性，其月均值与最小相对湿度和平均相对湿度均呈负相关关系，与气压呈现出正相关。赵晨曦^[13]等通过收集北京市环境保护检测中心提供的30个站点的监测信息，选取2012年12月~2013年5月各监测点PM_2.5和PM₁₀的实时浓度值，分析得北京颗粒物的浓度空间分布具有梯度特征，冬季比春季的梯度特征更加明显，浓度分布差异体现为局部地区存在城乡差异，污染源多、人口密集的城镇的颗粒物浓度高于植被覆盖面积大、扩散条件好的乡村；北京市颗粒物浓度的月变化趋势基本相同，表现为1月浓度最高，4月最低；其日变化随天气状况变化明显，日出时质量浓度最低，中午达到一个小高峰，午后逐渐降低，并且在夜晚达到一天中的峰值；研究的时间段内北京冬季PM_2.5和PM₁₀的质量浓度与相对湿度相关程度较高，呈正相关，且气象因子对较大颗粒污染物的影响比细颗粒物显著。黄巍^[14]等选取成都小型气象站及同期地面观测资料，并利用三维模型进行模拟后分析发现：成都冬季污染较严重；PM_2.5质量浓度与能见度和风速均呈现明显的负相关关系，而与相对湿度、气压、温度等气象因子相关性较弱，降水对于减少PM_2.5质量浓度的影响较为有效；风速对于颗粒物的扩散和稀释有重要作用。马楠^[15]等利用非线性方法对能见度与PM_2.5和PM₁₀、相对湿度进行了量化分析，分析认为在研究时间段内天津市PM_2.5和PM₁₀的质量浓度均表现出明显的正相关关系，且两者差值受相对湿度影响不大；

2.资料及方法

本文旨在研究我国半干旱地区城市PM_2.5质量浓度分布的普遍特征以及与相对湿度的关系，选取兰州、西宁和西安这三座城市的数据资料作为研究对象，这三个城市都是典型的半干旱地区城市，兰州位于黄河上游，西宁位于青藏高原东北部且西宁市四周群山环抱，西安地处关中平原中部且南临秦岭，从地形上来看三市均周围均有山体阻挡，类似的地形在一定程度上都不利于污染物的扩散。其次除以农业为第一产业的结构外，兰州和西安作为西部地区重要的综合交通枢纽和工业基地，其排放特征较为相似，而西宁市以轻工业和手工业为第二产业，其颗粒物的排放比兰州和西安要少，再加上三市地理上距离较近，因此将这三个城市作为研究对象。

本文数据摘自2016年2月29日至4月2日中国天气网（http://www.weather.com.cn/）以及绿色呼吸网（http://www.pm25.com/）上发布的实时整点监测数据，主要获取的资料有PM_2.5的整点质量浓度、AQI指数以及相对湿度值。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：13399字

相关图片展示：