大气颗粒污染物的扩散条件及浓度时空变化监测技术研究

关键词：大气颗粒污染物；扩散条件；浓度时空变化；监测

中图分类号：X831 文献标志码：B

前言

大气颗粒污染物是一种主要的空气污染问题，对人类健康和环境质量产生严重影响。颗粒污染物的扩散条件和浓度时空变化的监测技术是研究此类污染问题和制定相应治理策略的重要基础。风向、风速、温度、湿度等天气要素直接影响大气颗粒污染物的输送和分布。同时，地形位置也会对颗粒物的扩散产生重要影响。因此，在研究和监测颗粒物扩散条件时，需要综合考虑气象、地理和污染源等诸多因素。中国是世界上空气污染最严重的国家之一，在过去的十几年中，随着中国经济迅速崛起，工业快速发展和持续增加的人口数量对大气环境产生了十分显著的影响。尤其是大气颗粒物污染方面，颗粒物高浓度对能见度以及气候变化等多个方面产生了不利影响，引起了中国政府以及科学家的广泛关注。以河北省为例，其面临着十分严重的空气污染问题，尤其是冬季更为严峻。雾霾现象发生频率不断增加，所以大力整治空气污染已经成为当前的重中之重。以下通过调查河北省的空气质量基本状况，对大气颗粒污染物扩散的主要影响因素展开分析，同时对大气颗粒污染物浓度展开时空变化监测，为河北省环境保护工作提供一定的理论以及实践基础。

1大气颗粒污染物的扩散条件分析

根据河北省2017年- 2022年的空气质量数据可知，城市中的污染源主要是向环境中排放污染物，也是导致环境污染问题日益严峻的主要原因。其中，大气污染物向大气环境的排放形式主要有：（1）点源；（2）面源；（3）线源。

相关研究结果显示，大气污染物的扩散是根据研究区域气候的条件变化而变化。即使相同区域内，气候不同，污染物的浓度也会相差较大。

充分了解大气污染物的物理性质和化学性质，同时还需要了解不同类型污染源的主要排放形式以及研究地区的具体气候情况。空气质量模式主要是采用模式计算的方式描述大气污染物在空气中的浓度变化情况，同时将污染源以及气象等因素展开模式化处理，通过计算掌握大气中污染物的具体浓度分布情况，获取大气颗粒污染物的扩散规律。

相关研究结果表明，在大气颗粒污染物的扩散过程中，不仅和研究区域的污染物排放量存在关联，同时也和温度以及风速等因素存在密切关联。其中，扩散系数是计算过程中一个比较重要的参数，它主要用来描述大气边界湍流扩散的强弱，均会随着以上参数的变化而变化。

1.1大气稳定度对大气颗粒污染物扩散的影响分析

大气稳定度是衡量空气垂直运动情况的指标，对大气颗粒污染物扩散具有重要影响。大气稳定度的大小与云量和地面风速密切相关。较强的大气稳定度会抑制颗粒物的纵向混合和垂直扩散，导致颗粒物在较低高度范围内积聚增加，使污染物浓度无法有效地被稀释和扩散。而较弱的大气稳定度则有利于颗粒物的垂直混合和扩散，使污染物得以更好地稀释和传输，降低浓度。当大气处于比较稳定的状态，大气湍流强度相对较低，对应大气污染物的扩散能力也较差；反之，大气湍流强度得到进一步提升，会全面提升污染物的垂直扩散能力。

因此，了解和分析大气稳定度对颗粒物扩散的影响，对制定相应的污染控制措施和改善空气质量具有重要意义。

1.2风速对大气颗粒污染物扩散的影响分析

在通常情况下，大气中污染物的扩散速度与风速呈反比关系。当风速增大时，对应的大气湍流强度也会变大，污染物的扩散能力也得到增强，但是污染物的浓度比较小；反之，则说明大气颗粒污染物扩散能力下降，但是会在小范围内造成比较严重的污染现状，污染物浓度比较大。

1.3温度

相关研究显示，日平均气温和空气污染指数两者呈现负相关关系，空气污染指数随着平均气温的增加而下降。

1.4降水量

降水将大气中部分污染物有效冲刷掉，使空气质量得到一定程度提升。降水量越大，则净化效果越显著。

2大气颗粒污染物浓度时空变化监测

2.1研究范围和方法

2.1.1区域划分

对河北省11个城市（唐山、邢台、石家庄、邯郸、张家口、沧州、秦皇岛、承德、衡水、保定、廊坊）的大气颗粒污染物浓度展开时空变化监测。为了精准对比不同地区的空气质量差异，将其划分为冀北地区、冀东地区、冀东中地区、冀南地区。

2.1.2污染数据来源

从2015年开始，环保部门开始采集河北省主要城市的各项污染物在各个监测点的空气质量数据。将2017年-2022年的空气质量数据作为主要数据来源展开分析。

2.1.3主要污染物确定

采用空气质量指数（Air Quality Index，AQI）描述河北省的空气质量状态，根据空气中的多种污染物（如颗粒物、臭氧、二氧化氮、二氧化硫等）浓度和其他因素（例如风速、能见度）的综合考虑，将空气质量划分为几个级别，并为每个级别分配相应的得分，从而表示空气质量的好坏程度。通过AQI取值，划分空气质量指数等级如下。

根据相关规定，对不同的功能区域具有不同的环境质量要求，以下研究采用二级浓度限值。

2.2结果分析

河北省2017年-2022年大气颗粒污染物浓度监测结果见图1。

河北省2022年不同区域大气颗粒污染物日均浓度月变化结果见图2。