某市几种主要大气污染物浓度时间变化特征及其与气象因子的关系

某市几种主要大气污染物浓度时间变化特

征及其与气象因子的关系

某市位于A高原东北侧，黄河河谷之中，四周群山环绕，是我国建国后首批重点建设的工业城市之一。特殊的山谷地形、不利的气象条件、以重工业和石化工业为主体的产业结构等诸多因素的影响下，使某市成为我国大气污染较严重的城市之一。本文通过对某市大气污染监测数据及相关气象资料的统计处理，分析了某市几种主要大气污染物浓度的时空变化以及污染物浓度与气象因子的关系。主要结论如下：

(1)某市主要污染物浓度近30年来呈波动下降趋势，且2001年以后下降幅度显著增加。

(2)一年当中SO2、 NO2、PM10月均浓度峰值主要集中在11月、月12和1月，整体而言，三种污染物季节变化均值整体呈“冬高夏低”的变化特点，即冬季污染最严重，夏季空气质量最好。一年四季中，三种污染物浓度按冬>春>秋>夏的顺序排列。。此外，春季沙尘天气发生频繁，导致PM10在3、4月出现次高峰。

(3)SO2、NO2、PM10日平浓度与同期的气温、相对湿度、风速、总云量、水平能见度均呈负相关，与同期的气压均呈正相关，均通过显著性检验。具体到每个季节季节，三种污染物与六种地面气象要素之间的相关性不尽相同。 (4)某市月均逆温频率和逆温层厚度年内变化趋势均与污染物浓度年内变化趋势基本一致，表现出冬季频率高、厚度大，夏季频率低、厚度小。在考虑等温层和不考虑等温层两种情况下，逆温层厚度均与同期SO2、NO2、PM10浓度之间呈显著的正相关，说明逆温层厚度可以作为某市空气污染预报的重要指标之一。

(5)月平均最大混合层厚度的年变化特征呈单周期型，12月最低，4月最高。污染最严重的11、12和1月的月均最大混合层厚度最低，出现在1000m以下的频率也最高。SO2、NO2、PM10日平均浓度与同期最大混合层厚度之间呈显著的负相关，说明混合层厚度是影响某市市空气污染的重要因素。

关键词：大气污染物、气象因子、变化特征、相关分析

IV

第一章 引言

空气污染作为世界性的重大问题越来越受到人们的重视，尤其是在城市和工业区。某市是我国建国后首批重点建设的工业城市之一，某西固区又是我国最早建成的一个重要的石油化工基地加之该市位于A高原东北侧，黄河河谷之中，海拔约1500多米，四周群山环绕。特殊的山谷地形、不利的气象条件、以重工业和石化工业为主体的产业结构等诸多因素的影响下，使某市成为我国大气污染较严重的城市之一，其主要特点是以尘、二氧化硫为代表的煤烟型污染和以氮氧化物和挥发性有机物为代表的夏季西固区的光化学烟雾污染。

近20年来，许多科学工作者就某市的大气环境问题开展了一系列广泛而深入的研究工作，分析了西固区光化学烟雾的时空变化规律及其成因[1~2]，通过对1975-1987年间环境监测数据和1988-1992年自动监测数据的处理，分析了某城区大气污染的现状和时空分布特征以及与气象条件的关系[3~8]；研究了大气稳定度、最大混合层厚度与空气污染物的关系[9-18]，为空气污染预报业务系统的建立提供了重要科学依据。本文在以往分析和研究基础上，通过系统的整理分析，揭示了某市近30多年来几种主要大气污染物的时空变化规律，探讨了近十年SO2、NOX、PM10三种污染物浓度与一些气象因子之间的关系，以期为某市大气污染的防治和预报提供依据。

第二章 资料来源与研究方法

2.1 资料来源

1.某市环境监测站1975-2000年SO2、NOX、TSP浓度监测资料。其中1975-1987年，由环境监测站按国家环保局《大气监测例行规范》要求进行监测，得到的污染物浓度数据；从1988-1991年，利用从美国引进的大气自动监测系统，得到的自动监测资料；自1992年到目前是在第一阶段的基础上不断改进监测手段和方法，得到的污染资料。

2.某市环境监测站2001-2011年SO2、NO2、PM10浓度监测资料。 3.某市环境监测站2012年SO2、NO2、PM10月平均浓度监测资料。 4.某市气象台2001-2011年地面气象要素监测资料。 5．榆中县气象台2001-2011年地面气象要素监测资料。

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6.榆中县探空站2001-2011年探空资料(某市探空站于2001年六月搬到榆中县）。

第三章 某城区几种主要大气污染物的时空变化特征

3.1 某市几种主要大气污染物的年际变化特征

图3-1是某市1975-2012年SO2年平均浓度值的年际变化曲线。由图可见，某市SO2 年均浓度峰值出现在1977年为0.320mg/m3，是国家二级标准(0.15 mg/m3)的2.13倍，谷值出现在1989年为0.042mg/m3 ；从1985年起SO2年均浓度值基本都在0.1 mg/m3 以下(除1995年年均浓度为0.102 mg/m3以外）；整体而言，SO2年平均浓度值呈下降趋势，平均每年下降约0.0031 mg/ m3，且SO224小时平均浓度值低于国家二级标准值0.15 mg/m3(GB3095-2012）的天数从2001年的296天提高到2011年的363天。

0.350.30.25mg/m30.20.150.10.0501975197819811984198719901993199619992002200520082011年so2线性(so2)

图3-1 某市1975-2011年SO2年平均浓度值年际变化

图3-2为某市1975-2000年NOx年平均浓度值的年际变化曲线，NOx的年均浓度值分别在1980(0.11 mg/m3)、1985(0.11 mg/m3)、1990(0.106 mg/m3)和1995(0.103 mg/m3)年出现高值，且均超过国家二级标准(0.10mg/m3),最小值出现在1988年为0.046 mg/m3；NOx年平均浓度值的年际变化的线性趋势线是缓慢下降的，平均每年下降约0.0004 mg/m3。图3-2为某市2001-2012年NO2年平均浓度值的年际变化曲线，由图可见NO2年平均浓度值的年际变化和NOx 的一样，都比较稳定；但NO2年平均浓度的最大峰值出现在2002年(0.055 mg/m3),且小于国家二级标准(0.08 mg/m3), 最小谷值出现在2005年为0.037 mg/m3；2001到2011年11年NO224小时平均浓度小于国家二级标准的平均天数为325.9天，但NO2

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年平均浓度值的年际变化的线性趋势线下降非常缓慢，平均每年下降约0.0004 mg/m3。

20.261.81.61.4mg/m3mg/m30.240.220.21.210.80.60.40.180.160.140.120.219751978198119841987年19901993线性(TSP)199619990.1200120032005200720092011年pm10TSP线性(pm10)

图3-4 某市1975-2000年TSP年平均 图3-5 某市2001-2011年PM10年平均

浓度值年际变化 浓度值年际变化

图3-4为某市1975-2000年总悬浮颗粒物TSP年平均浓度值的年际变化曲线，可以看出这25年内TSP的年均值都超过国家二级标准(0.3mg/m3)，最大峰值出现在1977年，高达1.9mg/m3，1980和1987年出现次峰值，年均值均为1.3mg/m3，最小谷值出现在1989年为0.38 mg/m3 ；从线性趋势线看出，TSP年平均浓度值的年际变化呈下降趋势，下降速度约每年0.0251mg/m3。图3-5为某市2001-2012年可吸入颗粒物PM10年平均浓度值的年际变化曲线，最大值出现在2001年为0.238mg/m3，最小值出现在2007年为0.13 mg/m3，且11年间只有2007、2008、2011年的年均浓度小于国家二级标准(0.15 mg/m3）；线性趋势线上看，PM10年平均浓度值的年际变化呈下降趋势，下降速度约每年0.0073mg/m3，且PM10的24小时平均浓度值低于国家二级标准值0.15 mg/m3的天数从2001年的114天提高到2011年的243天。

根据以上分析可以看出各污染物年平均浓度总体上呈下降趋势，这说明了随着国家和省市各级政府和相关部门对环境保护工作的重视和治理力度的加大，特别是能源结构由以燃煤为主向燃烧天然气和利用电能的转变，某市空气污染状况有了明显改善。尤其是2008年以后，某市主要污染物年平均浓度大幅度下降，且SO2、NO2的年平均浓度较前十年相比有了量级上的减少。

3.2 某市几种主要大气污染物的年变化特征

为进一步研究SO2、NO2和PM10年内变化特征，根据2001-2012年的某市环境监测站的大气污染物浓度资料，对三种污染物月平均浓度值的年变化进行统计

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分析。为统一定义每年的3月至5月为春季，6月至8月为夏季，9月至11月为秋季，12月至次年2月为冬季。结果如图3-6所示。

0.120.100.080.06mg/m30.040.020.0012345SO26789NO2101112月

图3-6 某市2001-2012年SO2和NO2月平均浓度值年变化

图3-6是2001-2012年某市SO2和NO2月平均浓度值年变化曲线。由图可见：冬季）SO2的月均浓度比一年中其它月份大近一个量级， 1月份出现SO2峰值，高达0.1089 mg/m3；SO2在春季）和夏季）的月均浓度在0.0216-0.0583 mg/m3之间波动，浓度变化不大；进入秋季）前两个月浓度变幅不大，11月SO2月平均浓度升高到0.0987 mg/m3，是10月份的2.9倍，究其原因，主要是进入冬季，随着某11月1日燃煤采暖的开始，导致SO2浓度显著急剧升高。NO2月平均浓度与SO2类似，在冬季最高，最大值出现在12月，为0.067 mg/m3；NO2月均浓度在春季和夏季相对较小且变幅不大；秋季开始升高。整体而言，，某市冬季SO2和NO2污染严重，夏季污染轻。

图3-7 是某市PM10月平均浓度值年变化曲线，可以看出： PM10月平均浓度冬季最高，但最大值出现在秋季11月，浓度为0.202 mg/m3，春季浓度有所升高，在三月出现次峰值为0.1968 mg/m3。这主要是因为春、秋季节大气层结极不稳定，发生沙尘暴的频率较其它月份增大，沙尘暴期间颗粒物浓度骤然升高，从而导致颗粒物春、秋季节浓度整体较高。

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