上海市PM2.5浓度变化特征及其对气象变化的响应研究

孙嘉文+方海羽

摘 要：该文通过统计2014年1月至2016年12月上海市PM2.5 质量浓度的日观测数据，对上海市PM2.5 浓度变化特征及其对气候变化的响应进行了分析。结果表明：（1）PM2.5浓度最高的季节是冬季、最低的季节是夏季；（2）PM2.5月均浓度变化，1月份超标严重，8月份最低。通过月距平分析，6月至10月距平值为负，空气PM2.5月平均浓度达标；（3）PM2.5浓度与最高温度、最低温度、降水量、相对湿度均成负相关性关系。

关键词：PM 2.5；浓度变化；气象因素；上海市

中图分类号 X831 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）21-0085-02

Variation Characteristics of PM2.5 Levels and the Influence of Meteorological Conditions in Shanghai

Sun Jiawen et al.

（High School Affiliated to Shanghai Jiao Tong University ，Jiading Campus，Shanghai 201821，China）

Abstract：Data of Particulate matter （PM2.5）in Shanghai city from January 2014 to December 2016 were used to study the Change characteristics and their influencing factors. The effects of temperature，relative humidity and Rainfall were included. The results showed that the seasonal variation of PM2.5 concentration was significant，the highest concentration is winter and the lowest is summer. The monthly average PM2.5 concentration reached the maximum in January，and the minimum in August.Anomalies value is negative from June to October，monthly average concentration reached the class of the national air quality standard. Further analys is related to meteorological elements found that the temperature，relative humidity and rainfall is negatively correlated with PM2.5 concentration.

Key words：PM2.5；The level of concentration；Meteorological conditions；Shanghai

近年來，随着城市化进程的加快，空气污染成为城市发展面对的现实情况，空气主要污染物主要为可吸入颗粒物，特别是PM2.5（指空气中微粒的直径≤2.5μm，这种微粒可以直接进入肺部），不但造成雾霾天气，还引起严重的健康问题，包括心血管疾病、呼吸道疾病率、肺病以及儿童的哮喘发病率的增加[1-2]。因此，对PM2.5问题已成为政府及社会各界关注的问题。

作为中国经济最发达的城市之一的上海，因为空气中PM2.5浓度增加，发生雾霾天气次数增加，这不但对上海交通、城市建设等社会发展造成负面影响，而且也不利于市民的身体健康。已有相关学者对上海市的空气污染进行了相关研究，并取得了一定的成果。例如：通过对上海工业污染源的研究，进行了PM2.5工业源谱的测定[3]；对上海市PM2.5的浓度分布、污染物来源及健康风险评估进行了研究[4-8]；针对PM2.5持续重污染过程，采用大气化学模式进行模拟研究等[9]。相关学者的研究，为揭示上海市空气污染现状，构建空气污染评价体系，以及减轻空气污染造成的市民健康、社会经济运行的负面影响做出有益的研究。然而，单独针对造成雾霾天气的大气颗粒物PM2.5浓度的时间变化特征及与气象变化对PM2.5浓度影响尚需进一步研究。本文主要通过对PM2.5浓度的时间变化特征分析，并通过与最高温度、最低温度、降水、相对湿度进行相关分析，以对上海市PM2.5浓度时间序列变化特征进行研究，为上海市空气污染控制、减缓提供科学帮助。

1 材料与方法

1.1 数据来源 PM2.5浓度的监测数据主要来自中国国家环境监测总站。气象数据来自国家气象局。本研究的时间为2014年1月1日至2016年12月31日时间段内政府对大气环境中的PM2.5发布的数据，数据为日数据。

1.2 数据处理 PM2.5收集数据即为PM2.5的日均值，再根据所得的日均值求得月均值，根据月均值求得季均值。3—5月设为春季，6—8月设为夏季，9—10月设为秋季，12月及次年1至2月为冬季。鉴于我国空气质量标准关于PM2.5，只设有日及年标准。为研究需要，本文参考相关文献[10]，运用公式（1），计算出月、季标准值。

[C1C2=T2T1a ] （1）

式中：C1为年国家标准，C2为日国家标准，T2为365日；T1设为1日。将PM2.5的日标准值、年标准值代入（1）式中，计算出a=-0.131。再分别带入月、季的天数，可推出PM2.5月质量限值为48.33μg/m3，季节质量限值为41.94μg/m3。endprint

采用了Excel 200对所获取的数据进行了统计与分析。

2 上海市PM2.5浓度时间特征分析

2.1 PM2.5浓度季节变化情况 上海市城区不同季节的PM2.5平均浓度和国家标准存在显著性差异（如图1所示）。根据PM2.5浓度四季变化，冬季浓度最高，是季节标准限值（41.94μg/m3）的1.67倍，达到了69.98μg/m3，远高于春、夏、秋三季。其次是春季，平均浓度是53.84μg/m3，是标准值的1.28倍；夏季和秋季浓度最低，平均浓度分别为40.41μg/m3，38.47μg/m3，是標准值的0.96和0.91倍，达到空气质量标准。从不同年度来看：4个季节平均浓度最高的是2015年冬季，其次为2014年冬季，最小为2016年夏季，即76.38μg/m3>66.9μg/m3>32.27μg/m3。年季节最高值与最低值相差2.37倍。

2.2 PM2.5逐月变化情况 上海市2014—2016年PM2.5月均浓度变化趋势如图2所示。从总体来看PM2.5月均浓度变化在不年份变化存在变异。在2015年变化趋势呈现U分布，先下降后上升，其中1月平均浓度最高，12月次之，并且1—9月，浓度值呈快速下降趋势，7—8月，浓度值上下波动很小，浓度值较低，10月随着温度的降低，浓度开始上升，10—12月出现快速升高的变化趋势。从全年来看8月的PM2.5月均浓度份最低，低月于标准值48.33μg/m3。相对2015年，2016年月均浓度曲线相对2015年较低，达到国家标准的月份较2015年多，但是月份之间变化差异较2015年大。2014年月份变化介于2015年、2016年之间。

距平分析是时间变化的浓度相对于平均浓度偏差的一种分析方法，有正偏差和负偏差2种。距平值为正值的季节的浓度高于标准月浓度值，PM2.5表示空气浓度超标；距平值为负值的浓度就低于标准月浓度值，表示空气质量达标。如图3中体现的是3年各个月的距平值。从图3可以看出，1—5月的距平值正值较多，而且在6—10月距平值为负，空气PM2.5月平均浓度达标。

3 上海市PM2.5浓度对气象变化的响应

上海市气温四季变化明显。由图4可知，根据2014—2016年上海市月均最高温度、最低温度与月PM2.5质量标准分析得出，空气中PM2.5浓度随温度降低而增加，在冬季达到全年的浓度高值；6—10月，随着温度的增加，而PM2.5浓度减小。二者表现为负相关关系。

上海频临东海，台风在夏季经常出现，因此多风多降雨，表现为季风性气候。根据图5可知，月PM2.5浓度与月均降雨，同样表现为负相关关系。由于空气中PM2.5主要为微粒，其消除方式主要为湿沉降。在夏季，当降雨增加，PM2.5由于湿沉降而浓度减少。因冬季干燥少雨，PM2.5由于湿沉降减少而浓度增加。上海冬季相对湿度低，夏季多风多雨水，相对湿度大。如图6所示，相对湿度与PM2.5表现为负相关性。即空气中PM2.5浓度随相对湿度降低而增加，在冬季达到全年的浓度高值；6—10月，随着相对湿度的增加，而PM2.5浓度减小。

4 讨论与结论

（1）PM2.5浓度的季节变化规律：浓度值从高到低依次是冬季、春季、秋季和夏季，平均浓度分别是：69.98μg/m3、53.84μg/m3、40.41μg/m3和38.47μg/m3。

（2）PM2.5月均浓度变化规律：2014—2016年PM2.5月均浓度，其中1月份超标严重。8月份最低，平均浓度为32.2μg/m3。通过月距平分析，6—10月距平值为负，空气PM2.5月平均浓度达标。

（3）PM2.5浓度对气象变化的响应：PM2.5浓度污染物PM2.5浓度随气温变化显著，且与温度呈明显的负相关性。同样与月平均降水量、相对湿度的关系，表现为负相关性。原因主要是温度高空气对流明显，有利于PM2.5扩散，温度低，有利于PM2.5的聚集。通过降雨的湿沉降是PM2.5的主要清理方式。

对相对湿度而言，当空气中水分很高，但是达不到降雨条件时，会造成空气中PM2.5汇集，PM2.5浓度会随着空气中水分增加而浓度加大。虽然气象条件影响着PM2.5的浓度分布，但是不同气象条件对PM2.5浓度影响的程度尚不明确，因此，气象条件对PM2.5影响的定量化研究是下一步研究的重点。

参考文献

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