基于相对湿度及AQI值的哈尔滨市大气能见度分析

2021-05-28齐海超周长明

黑龙江气象 2021年1期

齐海超，周长明，魏帅，杨頔

（1.黑龙江省气象灾害防御技术中心，黑龙江哈尔滨150030；2.黑龙江省龙天防雷科技有限公司，黑龙江哈尔滨150030）

1 引言

近年来，空气污染成为人民生活日益关注的话题，虽然“大气十条”等政策的实施有效降低了颗粒污染物浓度，重污染天数显著降低，但是环境形势依然严峻。随着中国空气质量不断恶化，国内外有关霾污染方面的研究有很多，有关霾发生的致灾因子相关研究主要集中在两方面[1-2]：一方面是根据霾的定义分析，霾是由于气溶胶增多或相对湿度增大引起气溶胶吸湿增长而导致的能见度降低的现象，以能见度和相对湿度来分辨霾的方法，另一方面是根据空气质量指数的高低判断霾天气发生的严重程度，并通过与地面气象要素的相关关系进行系统分析。

综上所述，不同的学者采用不同的污染物作为研究对象来研究空气污染的时空变化特征。然而，空气质量状况不能由大气污染物（如：PM2.5、SO2和NO2等）全面衡量。空气质量预报应该基于气象基础信息，再叠加污染物排放情况，进行综合预测。目前，环保部门主要用空气质量指数AQI值作为界定污染程度的参数，气象部门主要用霾预警信号发布大气污染预警，两者并没有发布空气污染统一标准，通过开展发布空气污染预警的不同参数间相关性基础研究，有助于建立调控空气污染级别方案。

2 研究资料与方法

2.1 资料来源

哈尔滨市空气质量指数数据来源于环保部中国环境监测总站发布的环境数据，主要选取哈尔滨市12个监测站点（见表1）六种主要污染物细颗粒物（PM2.5）、可吸入颗粒物（PM10）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、臭氧（O3）及AQI每个监测站点每小时浓度的数值。

表1 哈尔滨市监测点分布表

能见度及相对湿度数据来自于2015-2017年哈尔滨气象自动站（国家一般气象站）1-12月全年逐小时资料。

2.2 研究方法

针对环保与气象部门发布空气污染预警的不同参数进行相关关系分析，选取哈尔滨市2015-2017年监测总站观测的空气质量指数以及同期观测的相对湿度和能见度日均数据，并通过绘制折线图进行对比分析空气质量指数与能见度、相对湿度之间的关系。

综合能见度、相对湿度及AQI值变化相关拟定湿环境及干环境定义指标[3]，通过不同干湿环境下能见度与AQI值的相关关系，找到不同空气质量指数区间段AQI值变化对应的能见度变化趋势，根据降低调节大气污染物浓度分等级提高大气能见度，从而演变为政府防御治理空气污染时制定调控政策的依据。

3 AQI与六种污染物浓度的相关分析

空气质量指数（AQI）是以空气中污染物对人体造成的危害为基础的空气质量评价体系，定量描述空气质量状况的无量纲指数。其定义为主要空气污染物的浓度及污染物所对应的空气质量分指数IAQI中的最大值，AQI值越大，说明空气质量越差，污染越严重。即：

本节通过统计分析2017年AQI及六种污染物浓度的月均值，进行相关分析，综合得到哈尔滨市首要污染物规律如表2，可以看出经过月平均计算，哈尔滨市的首要污染物是可吸入颗粒物。但选取2017年AQI及六种污染物浓度的日均值进行统计，PM2.5占首要污染物93.3%，PM10占首要污染物4.8%，SO2占首要污染物1.1%，NO2占首要污染物0.8%，由此可以说明PM2.5并不是唯一首要污染物。

表2 2017年月平均空气质量情况表

4 相对湿度、AQI值及能见度相关分析

大气能见度与空气中水分子含量、颗粒物等有较大关系。图3显示在不同相对湿度下大气能见度及AQI值变化曲线图。由图3可知，大气能见度随着相对湿度的升高而呈线性下降趋势，相关系数为0.996。平均大气能见度在相对湿度低于20%时约18km，相对湿度在20%-79%之间，随着相对湿度的升高，AQI值总趋势是增长趋势，而相对湿度大于79%时平均大气能见度<4 m，大气能见度与AQI值的相关性最强。综合以上分析，在相对湿度小于40%时，大气能见度主要受AQI值变化影响；在相对湿度大于80%时，大气中水汽含量增加，能见度不断下降，空气中悬浮的颗粒物吸收大气中水汽从而进一步降低大气能见度。

图3 不同相对湿度下大气能见度及AQI值变化曲线图

根据干湿环境定义指标，通过不同干湿环境下能见度与AQI值的相关关系，分析得到：当湿环境（RH＞80%）时，能见度随湿度升高成线性递减，相对湿度每升高1%，哈尔滨平均能见度降低1.5km。而干情景下（RH＜40%），能见度迅速降低的关键因素是AQI值升高，AQI值在0-100区间段，AQI值每升高10，哈尔滨平均能见度减低0.2km，AQI值在101-200区间段，AQI值每升高10，哈尔滨平均能见度减低0.3km，AQI值在201-300区间段，AQI值每升高10，哈尔滨平均能见度减低0.6km，AQI值在300以上，AQI值每升高10，哈尔滨平均能见度减低1.1km。