0.220.200.18mg/m30.160.140.120.100.08123456789101112月图3-7 某市2001-2012年PM10月平均浓度值年变化
分析图4-8和图4-9可得，SO2、NO2和PM10年内月平均浓度变化的共同特点是：三种污染物年变化曲线均呈单峰形势，峰值一般出现在12月或1月，冬季污染严重，夏季污染轻。这种特征主要是由某的特殊地形及气象条件共同造成的。某市为典型的哑铃状盆地地形，四面环山，静风频率非常高，年均风速仅0.94m/s。特别在冬季静风频率高，逆温出现频率超过95%且逆温层厚度大，混合层厚度小，有研究表明12月和1月逆温层厚度可达700m以上，逆温层强度可达1.2℃/100m。 且一日持续时间长达18h以上，这些气象条件均不利于大气污染物的扩散，导致冬季大气污染最为严重。相反，在夏季逆温层厚度减小，强度减弱，垂直对流运动旺盛，有利于污染物扩散和输送，故污染较轻。此外人为活动的影响也很大，冬季采暖期使燃煤量大幅增加，导致污染物排放量增大，对空气中SO2浓度的影响尤为严重。NO2主要来自汽车尾气和工业排放，它是生成的O3前体物，夏季阳光强烈，日照时间长，光化学反应相对剧烈，NO2被消耗，浓度降低，而冬季日照时间短且强度短，不利于光发生化学反应，因此在污染源排放量变化不大的情况下，这也影响NO2浓度的变化。PM10一年中出现两个峰值，春季沙尘暴频繁发生，造成某PM10浓度大幅度增加，在3月产生一个峰值，在12月出现次峰值，由于冬季采暖燃煤，排放大量颗粒污染物，加之此时气象条件不利于污染物扩散，造成PM10浓度较高。
第四章 污染物浓度与地面气象要素的关系
4.1 地面气象要素与同期污染物浓度的相关分析
地面气象资料为某市气象台2001-2011年的气温、气压、相对湿度、风速、总云量、水平能见度六种气象要素的日平均值，空气污染资料为同期某市环境监
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测站SO2、NO2、PM10浓度的日均值。对三种污染物浓度与这六种气象要素分别做相关分析。
表4-1为2001-2011年SO2、NO2、PM10日平均浓度与同期的气温、气压、相对湿度、风速、总云量、水平能见度之间的相关系数(样本个数为3761）。可以看出：SO2、NO2、PM10日均浓度与同期的气温、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；SO2、NO2、PM10与同期的气温、相对湿度、风速、总云量、水平能见度、气压之间均通过置信水平为0.01的显著性检验，说明这三种污染物与六种地面要素之间的相关性很显著；其中SO2与气温的相关性最高，与水平能见度的相关性次之，与气压的相关性最低；NO2和PM10均与水平能见度的相关性，与气温的相关性次之，与气压的相关性最低。
表4-1 2001-2011年SO2、NO2、PM10与同期地面气象要素之间的相关系数
SO2 能见度 -0.505** 总云量 -0.310** -0.364** -0.214** 气压 0.155** 0.110** 0.071** 气温 -0.558** -0.399** -0.379** 相对湿度 -0.184** -0.228** -0.249** 风速 -0.261** -0.200** -0.167** NO2 -0.498** PM10 -0.525** 4.2 不同季节地面气象要素与同期污染物浓度的相关分析
表4-2、4-3、4-4、4-5分别是2001-2011年春季、夏季、秋季、冬季SO2、NO2、PM10日平均浓度值与同期地面气象要素之间的相关系数。春季、夏季、秋季、冬季的样本个数分别为973、906、976、906。从表4-2可以看出，春季SO2与同期六种地面气象要素均显著相关，与总云量、气压、相对湿度、风速呈显著负相关，与水平能见度和气温呈显著正相关(均通过α=0.01的显著性检验)；其中与相对湿度的相关性最高，与水平能见度相关性次之。春季NO2与水平能见度、总云量、相对湿度、风速均呈显著负相关(通过α=0.01的显著性检验)，与气压和气温相关性不显著，其中与相对湿度相关性最高。春季PM10与总云量、相对湿度呈显著负相关，与气温呈显著正相关(均通过α=0.01的显著性检验)，与能见度和风速相关性不显著，其中仍与相对湿度相关性最高。总体来看，三种污染物均与相对湿度和总云量呈显著的负相关，且均与相对湿度的相关性最高。
从表4-2看出，夏季SO2与同期六种地面要素均呈现显著负相关；其中与风速的相关性最高，与相对湿度的相关性次之(均通过α=0.01的显著性检验)。夏季
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NO2与气温呈显著正相关，与总云量、气压、相对湿度呈显著负相关，与能见度和风速不相关，其中与总云量的相关性最好，与相对湿度相关性次之(均通过α=0.01的显著性检验)。夏季PM10与水平能见度、气温、相对湿度、风速呈显著负相关，与总云量和气压不相关；其中与能见度相关性最好。总的来说，夏季三种污染物与气温和相对湿度均显著相关，其中与相对湿度均呈现显著负相关，且相关性仍然较高。
从表4-4看出，秋季SO2、NO2、PM10与除气压之外的五种同期地面气象要素均呈显著负相关，SO2和PM10与气压不相关，NO2与气压负相关(均通过α=0.05的显著性检验)；其中SO2与气温的相关性最高，NO2与相对湿度的相关系最高，PM10与水平能见度的相关系最高。
从表4-5可以看出，冬季SO2、NO2、PM10与同期气温均呈显著正相关，与水平能见度、总云量、相对湿度、风速均呈显著负相关，SO2与气压不相关，NO2和PM10与气压显著负相关。三种污染物均与能见度的相关性最高。
表4-2 2001-2011年春季SO2、NO2、PM10与同期地面气象要素之间的相关系数 SO2 NO2 PM10
表4-3 2001-2011年夏季SO2、NO2、PM10与同期地面气象要素之间的相关系数 SO2 NO2 PM10
表4-4 2001-2011年秋季SO2、NO2、PM10与同期地面气象要素之间的相关系数 SO2
能见度 -0.370**
总云量 -0.351**
气压 0.022
气温 -0.502**
相对湿度 -0.349**
风速 -0.174**
能见度 -0.104** -0.033 -0.512**
总云量 -0.194** -0.319** 0.009
气压 -0.132** -0.169** -0.011
气温 -0.121** 0.124** -0.097**
相对湿度 -0.220** -0.264** -0.235**
风速 -0.352** -0.028 -0.100**
能见度 0.260** -0.033 0.056
总云量 -0.238** -0.217** -0.102**
气压 -0.141** 0.011 0.026
气温 0.284** 0.050 0.119**
相对湿度 -0.376** -0.312** -0.211**
风速 -0.089** -0.118** -0.012
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NO2 PM10
-0.379** -0.468**
-0.445** -0.445**
-0.080* -0.057
-0.310** -0.433**
-0.479** -0.415**
-0.236** -0.205**
表4-5 2001-2011年冬季SO2、NO2、PM10与同期地面气象要素之间的相关系数 SO2 NO2 PM10
能见度 -0.347** -0.520** -0.570**
总云量 -0.172** -0.230** -0.135**
气压 -0.052 -0.102** -0.112**
气温 0.109** 0.103** 0.116**
相对湿度 -0.251** -0.253** -0.173**
风速 -0.241** -0.152** -0.203**
注：表4-1、4-2、4-3、4-4、4-5中上标**和*分别表示通过α=0.01和0.05水平的显著性检
验
第五章 气象参数变化特征与同期污染物浓度的相关分析
5.1 低层稳定能量与污染物浓度的关系
在某特殊的地形条件下，低层风一般比较小(尤其是冬季)，空气污染也比较严重。造成风小的原因，除了河谷盆地条件的影响外与低层大气层结过于稳定使上层动量下传受阻也有关。因此，稳定的层结，既不利于湍流扩散又不利于平流输送，是引起某空气重污染的因素之一。尚可政等[11] 从能量学的观点出发，提出了描述地面至特定高度大气层结稳定度的参数——稳定能量，并给出了具体计算方法。本文利用文献[19]中的稳定能量算法，根据2001-2011年某市榆中县探空站资料，计算了离地面300~1000m每隔50m共十五层的稳定能量，并与同期SO2、NO2、PM10日平均浓度值做相关分析。
5.1.1 低层稳定能量的月平均状况
由表5-1可见，某市SO2、NO2、PM10三种污染物浓度在7月或8月达到最小值，之后逐渐增大，在12月或1月达到最大，之后又逐渐减小。而稳定能量在300m到550m之间各层最小值出现在7月份，600m到850m之间各层最小值出现在5月份，900m到1000m之间各层最小值出现在6月份，以后每月逐渐增加，到12月达到最大值，12月以后每月逐渐减小，减小过程中略微有些波动。这与SO2、NO2、PM10浓度的年变化规律大体一致，说明低层大气的稳定能量与
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这三种污染物浓度之间存在这较好的对应关系。
表5-1 2001-2011年某市和地空稳定能量的SO2、NO2、PM10月平均状况
月 SO2 NO2 PM10
1 0.13 0.067 0.228 61.3 78.0 97.5 120.2 145.8 174.2 205.6 239.5 274.1 307.8 342.5 379.8 421.5 464.5 510.1
2
3
4
5
6 0.038 0.034
7 0.037 0.032 0.106 35.9 46.4 58.0 70.8 85.5 101.1 117.3 134.2 152.4 170.9 189.6 209.4 229.6 249.5 269.6
8 0.034 0.031 0.109 39.1 50.0 62.2 75.6 90.5 106.5 123.2 140.6 158.4 177.1 196.5 216.6 236.6 258.5 280.2
9 0.035 0.036 0.106 42.0 53.3 65.9 79.7 94.7 110.9 128.3 146.4 165.1 184.6 204.5 224.9 245.8 267.4 290.4
10 0.049 0.047 0.137 49.5 61.0 73.5 87.4 102.9 119.7 137.8 157.7 178.2 199.4 220.8
11 0.106 0.064
12 0.128 0.073 0.256 67.5 85.8 107.3 131.5 157.6 186.9 219.1 253.9 288.1 322.3 356.8 391.1 426.3 463.3 500.0
0.09 4 0.0
51 7 0.1
95 52.6 66.0 80.9 97.6 116.5 137.7 160.4 184.7 209.8 237.0 267.6 300.2 333.0 366.2 398.8
0.06 5 0.0
42 1 0.2
22 43.0 53.5 64.9 77.7 91.4 106.5 123.1 141.1 161.3 183.5 207.5 232.7 257.9 284.1 310.9
0.051 7 0.0
39 0.211 43.0 53.7 64.9 77.4 90.9 105.6 120.9 136.3 151.7 168.6 186.4 203.9 222.4 242.2 263.4
0.041 1 0.0
39 0.142 37.0 47.5 60.0 73.6 87.5 101.9 116.6
Ew30
0 Ew350 Ew400 Ew450 Ew500 Ew550 Ew600 Ew650 Ew700 Ew750 Ew800 Ew850 Ew900 Ew950 Ew1000
0.113 36.0 46.8 58.7 71.8 86.0 101.1 116.9 132132
.7
147149.7 .2 163165.7 .4 180181.5 .7 198198.2 .4 216215.4 .4 235232.3 .5 255250.2 .0 0.2
12 64.3 80.4 98.4 118.3 140.4 164.7 190.2 216.7 242.8 268.5 294.3 320243
.7
265347.7 .5 289375.9 .3 314403.0 .5
注：表中SO2、NOx和CO的单位为mg/m3，稳定能量的单位为J/cm2;EW300～EW1 000为距
地300～1 000m层次上的稳定能量。
5.1.2 污染物浓度与同期低层稳定能量的相关分析
表5-2是利用某市2001-2011年某市环境监测站自动监测系统监测的SO2、NO2、PM10日平均浓度与同期某市榆中县探空站08时逐日资料计算的300~1000m共15层的低层稳定能量之间求的相关系数(样本个数为3300）。从表
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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
