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淺析濟寧市 PM10污染狀況及其與氣象因子的關系論文
引言
顆粒物污染是導致中國多數城市空氣污染的首要因素[1-2]，尤其是小顆粒物(PM10和PM2.5) 因其粒徑較小和比表面積較大，更容易富集有毒物質，比大顆粒物(TSP)具有更大的危害[3-4]。近年來國內外對中國大氣PM10濃度所進行的一系列的試驗和監測結果表明[5-6]。城市PM10污染有加劇的趨勢。通過研究分析濟寧市近3年采暖期和非采暖期內PM10的濃度以及PM10與氣象條件的關系，力圖反映出濟寧市PM10的污染狀況和影響PM10濃度的主要因素，為整體衡量濟寧市PM10的污染狀況提供理論支持，為空氣質量預報、防治大氣污染提供理論依據。
1 研究區域和數據來源
濟寧市位于山東省南部，地處蘇魯豫皖四省結合部，屬魯南泰沂低山丘陵與魯西南黃淮海平原交接地帶，是山東省經濟發展最快的地區之一。隨著經濟的發展，城市化、工業化發展迅猛，機動車擁有量、建筑工地揚塵量和工業耗煤量、工業廢氣排放量都在不斷增加，使該地區具有典型的煤煙型污染特征[7-9]，大氣污染狀況越來越嚴重。同時，中心城區面積101.3 km2、人口為93.6萬人，人口密度為9240人/ km2[10]。這樣人口密集的地區，空氣質量特別值得關注。
2010—2012年PM10的觀測資料由濟寧市環境監測中心提供、同期氣象資料由濟寧國家氣象觀測站提供。同時規定10月—次年3月為采暖期，4—9月為非采暖期[11]。
2 采暖期和非采暖期的PM10分布特征
2.1 PM10的月變化特征
根據2010年1月—2012年12月PM10的日平均監測數據，計算出PM10日平均濃度的月平均值；圖l為PM10月平均濃度分布狀況。PM10濃度最大值出現在12月份，為0.120 mg/m3，其次是1月份，為0.118 mg/m3；最小值出現在6月份，為0.081mg/m3，年平均濃度為0.103 mg/m3。其中，10月—次年3月（采暖期）的月平均濃度為0.111mg/m3，4—9月（非采暖期）的月平均濃度為0.091mg/m3。采暖期的平均濃度整體大于非采暖期。其原因是冬季的太陽輻射弱，氣溫、氣壓低，降雨量小，大氣穩定度好，不易對流，顆粒物的擴散困難，并且冬季采暖燃料的使用量大，其中最典型的就是12月和1月，這段時間氣溫較低，用于居民采暖的燃煤量比較大，PM10的濃度水平達到最高，而到了春季氣溫相對略高，燃料的使用量也相對減少，PM10的濃度有所降低。在非采暖期PM10的月平均濃度整體變小，這是因為太陽輻射逐漸增強，溫度和氣壓升高，降雨逐漸增多，大氣不穩定，容易發生對流，顆粒物較易擴散。
3 PM10濃度與氣象要素的關系
氣象因子是影響PM10質量濃度水平的重要因素之一。由于受多種氣象因子的綜合影響以及各氣象因子之間的相互作用，PM10濃度與氣象條件的關系比較復雜。
3.1 風與PM10濃度的關系
風是邊界層內影響污染物擴散的重要動力因子，其中風向決定PM10的輸送方向，風速則決定PM10濃度的擴散速度。特別是低層(200m以下)風速、風向的變化直接影響PM10濃度的聚散及各處的濃度分布。濟寧不僅有大氣候背景的盛行風，即春季最多風向為S風，夏季為SW風，秋季為E風，冬季為N風，也有熱島環流，城市內部還受“高樓風”、“街道風”等局地環流的影響。
經統計2010-2012年平均風速資料和相應的PM10濃度資料，得到圖3，由圖可以看出，PM10濃度與風速呈現出較好的反相關，即風速越大，污染物濃度越小，相關系數達到0.97；但風速達到4m/s時, PM10與風速呈正相關，相關系數為0.89，兩者均通過了信度為0.05的顯著性檢驗。原因為大風可以引起二次揚塵增加了空氣中顆粒物的含量。濟寧采暖期的平均靜風頻率為11%，比非采暖期的6%高出5%，這也是濟寧市在采暖期PM10污染較為嚴重的一個原因。
4 小結
(1) PM10在采暖期的月平均濃度（0.111mg/m3）整體大于非采暖期的月平均濃（0.091mg/m3），且日變化有明顯的雙峰型規律，在采暖期PM10濃度07時以后開始加重，09—10時出現第一個峰值，12時以后污染減輕，13—17時出現低谷，20—21時出現第二個峰值。在非采暖期PM10濃度的兩個峰值出現時間和采暖期相比，早晨提前3h，晚上推遲1～2h。
(2) PM10濃度與 4m/s 以下的風速呈現出較好的反相關，即風速越大，PM10濃度越小，但當風速達到 4m/s時, PM10與風速呈正相關；PM10的濃度與相對濕度呈顯著的正相關，其濃度的最大值出現在 80%～90%區間；PM10濃度隨熱島強度的增加而增加。
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