气象与地理因素对化工园区大气污染指数的影响研究

杨斌 汪万军 张珊

摘 要： 为提升化工园区周边空气质量，探讨气象和地理因素对化工园区大气污染指数的影响。以湖北省宜都市作为研究区域，先利用国家环境保护部和宜都市气象局网站中的数据，分析了化工园区周边空气指数的影响因素，确定主要影响因子PM 2.5、PM 10和O 3随季节变化的情况，并将其作为化工园区大气污染指数的影响因子。然后结合气象条件和地理因素，通过影响因子的Pearson系数，分析二者与污染指数变化的相关性，得出气象与地理因素对化工园区大气污染指数影响的变化规律。最后依据得出的规律，提出适宜化工企业周边环境的保护措施，希望可借此降低化工企业带来的空气污染。

关键词： Pearson系数；化工园区；大气污染指数；逐时变化特征；气象因素；地理因素

中图分类号： X511;TQ085+.419

文献标志码： A  文章编号： 1001-5922（2023）08-0115-04

Study on the influence of meteorological and geographical factors

on the air pollution index of Chemical Industry Park

YANG Bin1，WANG Wanjun2，ZHANG Shan1

（1.Yichang Ecological Environment MonitoringCenter，Hubei Provincial Department of Ecology and Environment，

Yichang 443000 China;

2.Yidu Environmental MonitoringStation，Yichang 443000 China）

Abstract： In order to improve the air quality around the chemical industry park，the influence of meteorological and geographical factors on the air pollution index of the chemical industry park were studied.Yidu City in Hubei Province was selected as the research area.Data from the websites of the Ministry of Environmental Protection and Yidu Meteorological Bureau were first used to analyze the influencing factors of the air index around the chemical industry park，and the seasonal changes of the main influencing factors PM2.5，PM10 and O3 were determined as the influencing factors of the air pollution index of the chemical industry park.Then，combining meteorological conditions and geographical factors，the correlation between them and the change of pollution index was analyzed through Pearson coefficient of the influencing factors，and the changing law of the influence of meteorological and geographical factors on air pollution index of the chemical industry park was obtained.Finally，according to the law obtained，the protection measures suitable for the surrounding environment of chemical enterprises were put forward，hoping to reduce the air pollution caused by chemical enterprises.

Key words： pearson coefficient;chemical industry park;air pollution index;hourly variation characteristics;meteorological factors;geographical factors

现阶段化工企业的废气主要来源于生产过程中通过物化、生化等反应形成的气体及其排放污染物散发的气体。每天从化工园区排出的废气量十分庞大，且种类复杂，造成较为严重的大气污染。这一现象严重限制着社会经济发展，同时对人类的身体健康造成危害。如何有效控制和治理化工园区周边空气污染问题已经成为当前研究的热点话题[1]。随着国内外研究的不断深入，现阶段有关化工园区周边大气污染指数变化分析的内容较少，将针对该类内容展开研究，获取气候和地理因素对化工园区周期大气污染指数的影响，提出改进策略。

1 材料与方法

1.1 研究区域概述

本次研究区域为湖北省宜都市，该区域属于亚熱带季风气候，冬冷夏热，四季分明，且雨热同期，其年平均气温达到16.7 ℃，年平均降水量达到1 235.3 mm。该地处于鄂西山地和江汉平原过渡地带。西南地势高竣，群山连绵，高程在250～800 m，东部为丘陵，海拔在50～250 m，地势西南高、东北低，由西南向东北倾斜，是一个丘陵起伏的半山区。所研究的化工园区位于宜都市枝城镇，该区域地势开阔，有利于大气污染物扩散。

1.2 数据来源

宜都市2019年每天PM 2.5、PM 10和O 3的日均浓度数据来自于国家设立的环境部网站，其气象数据来自于宜都市气象局。除此之外，本次还采用Sniffer 4D对化工园区的大气污染物进行监测，其装置可装配在无人机或汽车上。Sniffer 4D内含有GPS模块和一套传感器装置，可记录经纬度坐标及高度，并对空气中SO 2、CO、O 3、PM 2.5、PM 10等污染物浓度数据及温湿度、气压等气象数据进行采集。

1.3 指標选取

为有效确定化工园区周边空气污染的主要影响因素，结合空气质量指数法对大气污染指数进行评价指标选取。空气质量指数法主要是通过6种常见污染物的浓度值，按照一定计算法则分别获取各项污染分指数，最后将最大分指数确定为空气质量指数（AQI）[2-4]。由环境空气质量指数规定，获取AQI对应的计算式：

AQI=max  IAQI 1，IAQI 2，…，IAQI n    （1）

式中： IAQI 代表空气质量指数； n 代表污染项目[5]。空气质量指数是评价大气质量状况的综合性指标，主要利用化工园区周边AQI值[6-8]。按照空气质量分级标准科学评估化工园区周边大气质量情况，具体划分等级如表1所示。

2 结果与分析

2.1 气候与地理因素对污染指标影响的关联性分析

典型污染事件发生时的空气质量数据如表2所示。

由表2可知，在整个污染过程中存在十分严重的污染时段，且其持续时间较长。化工园区中污染物的积累、扩散以及稀释过程会受到不同因素的影响，尤其是在特定的污染环境下，大气污染指数会受到气象条件等相关因素的影响。为分析重污染过程产生的负面影响，本次研究将针对城市12月份化工园区周边空气重污染及非重污染期间不同气象要素值进行计算，其具体结果如表3所示。

2.1.1 气象因素对化工园区周边空气质量的影响

分析表3可知，在重污染期间的风速和风级明显低于非重污染期间，由此可证明风速较小时不利于污染物的扩散。当风等级较大时，气流移动速度会增加，污染物扩散的速度也会增加，化工园区周边的空气并不会受到较为严重的污染。并且，在化工园区周边空气处于重污染期间，其当地的温度和湿度与之前相比明显偏高。由此可见，气象条件风速风级较小，相对湿度较大，并不利于污染物的扩散，容易对大气质量产生严重影响[8]，所以气象条件也是该污染时段中十分重要的一个因素。为更好地掌握重污染研究期间气团的来源以及输送轨迹，通过MeteoInf软件计算获取距离地面500 m高度3 d内的运动轨迹。结合气象条件分析可知，此次重度污染受到外部输送以及区域传输的影响，因此，进行大气污染联防联控具有重要意义

Pearson相关系数是统计学中涉及的一项重要线性相关系数方法，可通过以下几种方法判断各个变量间的相互线性关系。按照Pearson相关系数的大小，对其相关性进行分类，划分结果如表4所示：

以下主要借助Pearson相关性分析方法和Spss软件衡量PM 2.5、PM 10和O 3这3种大气污染物质量浓度和气象要素之间的相关关系。为更好地描述气象条件对宜都市化工园区周边不同污染物浓度的影响，将2019年宜都市每天PM 2.5、PM 10和O 3的日均浓度作为基础数据，分析其与当地气象要素之间的相关关系，具体结果如表5～表7所示。

由表5～表7可知，从年尺度分析，PM 2.5与温度、相对湿度及风速3个气象条件间呈负向相关关系，其中负相关性最大的气象条件为温度，相关系数为-0.982。这主要是由于当地面气温增加且受低压控制时，各个方向的气流开始逐渐向中心移动，此时中心气流呈直线上升趋势，能有效促进污染物向上方扩散；而当地面温度下降且受到空压控制时，可有效抑制污染物的扩散，容易导致地面污染物大量聚集，污染物浓度增加。从季节尺度分析，PM 2.5在各个季节中均与温度条件呈负相关关系，这与其湿度条件的关系不同，PM2.5在春季、秋季与相对湿度呈负相关，在夏季冬季呈正相关。夏季和冬季与相对湿度之间的相关系数较小，主要是因为降水会对悬浮物在空气中的污染物具有一定冲刷作用，促使PM 2.5的浓度降低；PM 2.5和风速在春秋季节呈现较为明显的负相关关系，主要是因为风速较小，大气环境相对稳定，水平以及垂直扩散条件十分差，污染物十分容易在区域内形成停滞或者沉积，而由于春季和秋季的风速较大，PM 2.5的集聚与风速的相关性较小。

针对PM 10而言，在年尺度上，PM 10与温度及湿度呈现较为明显的负相关关系，与风速之间的相关性较小。其中，PM 10与温度之间的相关性较强，而与相对湿度相关性较弱主要是由于相对湿度增加时，颗粒物发生吸收膨胀，形成湿沉降。当湿度达到一定阈值时会引发降水，对颗粒物起到冲刷作用。在季节尺度上，PM 10在春季与相对湿度呈现较为明显的负相关；PM 10在春季和风速呈现出十分明显的正相关，再次证明春季大风天气对PM 10的影响；在冬季，则与春季呈相反状态，PM 10和风速呈较为明显的负相关。

对于O 3而言，在年尺度上，O 3与温度及风速呈现出相对较强的正相关。在季节尺度上，O 3在各个季节均与温度呈现出十分明显的正相关；在春冬季O 3和相对湿度呈现出十分明显的负相关，而在夏季和秋季相关性的关系并不明显。当风速达到一定取值时，污染物浓度会以水平方向进行扩散，而此时O 3与风速呈现负相关。

2.1.2 地理位置对空气质量的影响：

地理位置对化工园区周边空气质量影响较大，该城市属于内陆城市，相比于沿海城市，风速较小，且整体的空气流动性较差，受地形风影响显著，这会促使污染物积聚现象发生。利用图1给出2019年J城市的PM 2.5、PM 10浓度分布情况。

由图1可知，为更进一步分析地理位置对化工园区周边空气质量的影响，需要优先收集某城市各个化工城市的地理位置信息，获取具体的位置分布图。通过分析可以看出，城市所处的地理位置主要影响风速和大气压温度等信息，山区的影响较为明显。

2.2 化工园区周边空气质量改善策略

（1）城市在规划化工园区地址时不能建立在整体空气流动性较差的区域，十分容易导致污染物堆积。大气污染物容易受到地形风以及逆温条件的影响。为有效缓解化工园区的污染情况，需要在附近组建通风廊道系统，通过系统有效改善城区的微气候，促使冷空气能够快速流通到化工园区周边，全面加强空气流通，最终达到祛湿散热、降低温度、促进污染物稀释的目的。在通风廊道实施的过程中，需要合理布局建筑物的高度以及密度，有效避免空气流动的瓶颈区；

（2）由于大部分化工园区的企业的分布状态呈多且散的特点，这些产业布局的特点最终会导致城市的空气污染程度高于相同区域内的其它城市。分析某城市的空气污染现状，需要进一步优化化工产业的布局，在远离市民居住且处于主导风下风向的郊区设立工业点位，有效改善由于化工园区布局不合理而导致的空气污染；

（3）城市空气质量的好坏还与职能部门的政策管理存在较大关联，需要进一步加强地方政府的环保意识。即一方面出台严格的大气环境保护法律以及奖惩制度，禁止不合法行为，全面推行最低排放政策，以此来达到节约能源、减少污染物排放、提升化工园区生产效率的目的。另一方面，严格落实污染实时监测，要求不符合需求的化工园区撤离工业园区，严防应付检查以及数据造假等不良行为。

除此之外，化工园区还应加强周边污染治理工作，对料场堆放进行严格管控，同时需进一步加强化工园区周边绿化，有效改善空气质量。

3 结语

针对化工园区周边的首要污染物特征变化规律进行分析，获取的首要污染物空间分布差异显著。各个首要污染物的季节分布为春季和秋季，其中PM 2.5、PM 10和O 3出现的频率最高，是化工园区周边的主要污染物。针对其地理环境对其大气污染指数的影响，内陆城市且周遭环山等风速较小的区域，容易引起污染物积聚，对其大气污染指数变化造成较大影响，可通过相关策略提升园区周边的空气质量。

【参考文献】

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[2] 谭丽娜.大气污染物分布与气象因素间的关系研究[J].环境科学与管理，2021，46（3）：64-68.

[3] 彭瑾，成海容，王祖武，等.武汉市城区大气挥发性有机物的污染特征及来源解析[J].武汉大学学报（理学版），2020，66（4）：369-376.

[4] 謝昆，陈博明.长沙市气象因素对大气污染的影响分析[J].矿冶工程，2021，41（4）：170-175.

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