不同影响因子对滨州低能度影响的相关性分析

汤清清,邹美玲,王兴华,万耀军

(滨州学院生物与环境工程学院，山东 滨州 256600)

能见度是用来判断大气透明程度的物理量，能反应所处地区的空气质量，同时与人类的生产生活有着紧密的关系，特别是交通出行[1-2]。据相关研究表明，大气的污染程度与能见度有着紧密的关系而且不同气象条件也会影响能见度比如温度、相对湿度、风速、等主要气象因子。

滨州市位鲁北平原，现拥有多个经济开发区，是黄河三角洲区域内最大的行政区。近年来，滨州市经济发展迅速，煤炭、石油等化石燃料快速消耗。工业污染物、汽车尾气、冬季燃煤取暖等污染源排放的污染物加重了城市的大气污染状况，导致滨州冬季霾天气频发，同时伴随着城市能见度的下降，对人们的身体健康和交通出行产生严重的负面影响[3]。

本研究选取滨州市6个典型地区进行空气采样，对颗粒物、大气污染物、气象因子与低能见度之间的相关性进行分析，为打好"蓝天保卫战"提供一些理论依据。

1 采样与分析

1.1 采样地点

表1 采样点信息

采样时间为2018年12月1日至2019年2月28日，选取滨州学院采样点进行人工采样监测

1.2 样品采集与数据分析

1.2.1 样品采集方法

本研究采用每日三次采样，时间为8∶ 00，12∶ 00，16∶ 00。能见度的监测使用适用于监测6m～80km范围的美国Belfort公司的Model600型监测仪，并设置模拟和数字输出；同时使用青岛崂应2050型大气采样器对颗粒物与大气污染物进行采样，对总悬浮颗粒物和环境空气综合采样；使用滤膜称重法捕集环境大气中的可吸入微粒(PM10)及细颗粒物(PM2.5)，其操作要求规范符合《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》(HJ618-2011)等相关要求；；利用溶液吸收法采集空气中各种污染性气体成份(SO2、NOx等)，其采样流量为16.7L/min，石英滤膜直径为47mm；使用美国Metone公司的气象五参数分析仪进行气象五参数(风速/风向传感器、温度/相对湿度传感器、大气压力传感器)的分析。

1.2.1 数据分析方法

依据地面观测规范QX/T50-2007国家相关标准，若颗粒物、大气污染物及气象因子监测项目若出现如下情况，则为异常数据：

(1)污染物浓度值为0或负值；

(2)污染物浓度低于下限值，PM10为0.010mg/m3，SO2、NO2为0.005mg/m3；

(3)某监测点污染物日均值低于滨州市整体水平50%。

依据QX/T47-2007能见度观测相关规范，在监测过程中某一监测点的每小时的检测时间必须大于54分钟才可记为正常数据，否则该检测点该小时内的监测数据记为异常数据应去除;同时能见度监测数据要在有效监测时间内进行监测，某一监测点的能见度数据要取一个小时内去除异常数据之外的所有检测值的均值；对所得的颗粒物、气态污染物、气象因子及能见度数据参照以上规范要求在去除异常数据之后按日、小时的方式进行数据统计分析[4]。

2 结果与讨论

大气能见度的主要影响因子除颗粒物、大气污染物以外，还包括湿度、降水、气温、气压、风速和风向等气象因子[5-6]。本章通过对滨州冬季霾天气下颗粒物(PM2.5、PM10)浓度、气态污染物(SO2、NO2、CO、O3)和气象因子(气压、温度、湿度、风速)与能见度相关性分析，确定滨州冬季霾天气低能见度影响因子。

2.1 颗粒物与低能见度相关性的分析

通过收集的六个站点的颗粒物(PM2.5、PM10)日平均质量浓度进行平均，分别对PM2.5、PM10与能见度做相关性分析，得到颗粒物与能见度的相关系数和线性回归曲线，如图1所示。

由图1(a)(b)可知PM2.5 、PM10日平均质量浓度与能见度呈负相关，随着PM2.5、PM10日平均质量浓度的升高能见度有降低趋势，相关性系数R2分别为为0.2058、0.103，有较好的对应关系；但是当颗粒物质量浓度处于一个较低的水平时，对应关系并不好。故PM2.5、PM10平均质量浓度对大气能见度有一定程度的影响[7]。

图1 PM2.5(a)、PM10(b)日平均质量 浓度与能见度线性回归曲线

2.2 大气污染物与低能见度相关性的分析

大气中的气态污染物主要包括SO2、NO2、CO、O3，本节利用监测点所得监测数据，分别作出大气污染物与能见度的线性回归曲线并得到相关系数如下如所示。

图2 大气污染日平均质量浓度与能见度线性回归曲线

2.3 气象因子与低能见度相关性的分析

2.3.1 相对湿度与低能见度的相关性

相对湿度是用来表示空气干燥程度的物理量，指一定的温度、空气体积的条件下水汽含量的多少。据相关研究表明大气相对湿度越高，越易形成雾霾天气，从而导致大气能见度下降。

图3 相对湿度与能见度线性回归曲线

由图3中的线性回归曲线可得，相对湿度与大气能见度呈负相关，相关系数R2为0.4466，随着相对湿度的增加能见度降低，则相对湿度对能见度有较高的线性关系，因为空气中的气溶胶粒子在相对湿度较高的气象条件下，在吸湿增长的作用下，其总质量、对可见光的散射能力、吸收能力都得到了增加，从而在相对湿度较低的条件下大气能见度较低[8-9]。

2.3.2 风速与低能见度的相关性

图4 风速与能见度线性回归曲线

风速大小是大气稳定程度的重要标识之一,风力较大时,可直接导致空气中各种污染物迅速扩散开来,能见度上升[10]。由图4风速与能见度的线性回归曲线可得，风速与大气能见度呈正相关，相关系数R2为0.506，随着风速的增加大气能见度呈升高趋势，原因可能是较高风速下有利于大气污染物的迁移与扩散，使得能见度得以提高。

2.3.3 温度与低能见度的相关性

一般大气颗粒物主要发生在近地表的大气边界层，而温度垂直剖面的变化，将影响大气扩散现象[11]。

图5 日平均温度与能见度线性回归曲线

根据图5的线性回归曲线分析得地面温度与大气能见度呈正相关，随着日平均温度的升高能见度呈升高趋势， R2为0.1025，则日平均温度对大气能见度的降低有一定程度的影响。当地面温度升高,近地层的对流运动增强,则有利于污染物向高层迁移，污染物浓度降低，水平能见度升高；当地面温度较低时，能见度呈降低趋势。

3 结论

本文基于能见度与颗粒物、大气污染物、气象五参数的自动监测数据分析得出滨州市大气低能见度主要影响因子，得出各因子与能见度的相关关系及相关系数。主要结论如下:

(1)滨州冬季霾天气下颗粒物日平均浓度与大气能见度呈负相关，且线性相关系数PM2.5>PM10，PM2.5是造成大气能见度降低的颗粒物因子。

(2)滨州冬季霾天气下大气污染物中CO、NO2、SO2日平均浓度与大气能见度呈负相关，O3浓度与能见度呈负相关，且线性相关系数O3>CO>NO2>SO2。

(3)滨州冬季霾天气下气象因子都与能见度呈负相关，且气象因子与大气能见度线性相关系数风速>湿度>日平均温度。

(4)PM2.5、O3、风速、相对湿度是滨州冬季霾天气大气能见度降低的主要影响因子，且线性相关系数R2风速>相对湿度>O3>PM2.5。