北京冬季PM2.5质量浓度变化特征及其对气象因素的响应

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PM2.5作为大气重要的细颗粒物,其直径很小,不到人的头发丝粗细的1/20,但是其与大气能见度、空气质量、人类健康却有着密切的联系。与粒径较大的颗粒物相比较,细颗粒物的危害性更大,其在空气中滞留的时间更长,与人类人体健康息息相关,然而人体呼吸高度PM2.5质量浓度的变化与人类活动、身体健康则更为密切。气象因素、不同天气状况、下垫面的粗糙程度、以及不同下垫面等因素,对细颗粒物的扩散、稀释和积累有重要的作用。因此研究人体呼吸高度PM2.5质量浓度对于气象要素的响应,不同下垫面对人体呼吸高度PM2.5质量浓度的影响有重要的意义。本文利用北京环境保护监测中心20142015年冬季PM2.5质量浓度、AQI、SO2、NO2、O3、CO小时浓度数据,分析北京市冬季PM2.5、AQI的时空分布。根据监测期间的实际天气情况,将监测期间的天气划分成雾霾天、大风天、降雪天,大风后晴天四种不同的天气类型,对不同天气状况下草地PM2.5质量浓度的变化,及其对气象因素的响应进行分析。通过实测北京冬季草地人体呼吸高度PM2.5质量浓度、湿度、风速、风向、温度数据,选取雾霾天为研究对象,利用相关性分析、回归分析、通径分析以及统计分析等方法相互印证,分析轻中度污染天、一次重污染过程,气象因子对人体呼吸高度PM2.5质量浓度生成、变化的影响。根据草地、林地不同下垫面同步观测的人体呼吸高度PM2.5质量浓度、湿度、风速、风向、温度数据,比较分析不同下垫面人体呼吸高度PM2.5质量浓度的变化特征及其对气象因素的响应,以及不同下垫面类型对人体呼吸高度PM2.5质量浓度的影响。对北京市冬季空气质量变化进行探讨,从而试图为北京市全面制定控制PM2.5的政策和措施提供科学、经济和有效的依据,促进和改善北京市整体环境质量。主要研究成果与结论:1、整个冬季北京的空气质量变化特点:(1)20142015年北京冬季PM2.5质量浓度、空气质量指数AQI由底到高的月份依次是12月、2月、1月;四类功能监测点中pm2.5浓度、空气质量指数aqi由高到低的顺序依次为,交通监测点>区域对照点>城区环境平价点>郊区环境平价。冬季各监测点的pm2.5均达到轻中度污染水平。(2)从空间上来看,冬季北京空气质量指数aqi、pm2.5浓度均呈现由南到北递减的的特点,并且南北差异较为明显,重度污染面积较大的12月份,其空气质量优良的面积也较大。(3)各类站点no2、so2、o3、co与pm2.5呈极显著相关。其中no2、so2、o3、co与pm2.5呈极显著正相关,与o3呈极显著否相关。2、在不同天气条件下,主要气象因素与pm2.5质量浓度的关系:(1)雾霾天人体呼吸高度pm2.5质量浓度表现出早晚高中午低,呈现凹形的特点;夜晚少量短时降雪会加剧夜晚空气污染,但白天气象因素的综合作用,使得其浓度迅速降低,空气质量优良;大风天颗粒物浓度会处于较低水平,空气质量优良;大风后晴天,表现为0:0016:00空气质量优特点、良,16:00之后颗粒物浓度逐渐上升的。(2)除大风天气,地面风速与温度呈正比,与湿度成反比;温度与湿度呈反比;人体呼吸高度pm2.5质量浓度与温度和风速呈负相关,与湿度呈正相关,在颗粒物浓度较大时,其相关性较好,均达到极显著水平。3、在不同污染程度下,pm2.5质量浓度变化特征及其与气象因素的关系:(1)轻中度污染天,若温度较低、日平均风速为0.76m/s,湿度大时,湿度是影响pm2.5质量浓度变化的决定性因素;而温度、风速、湿度均较大时,pm2.5质量浓度变化受三者共同作用;当风速、湿度、温度均较小时,同样也是三者综合作用影响pm2.5质量浓度变化的变化。这反映出,人体呼吸高度的pm2.5质量浓度变化对气象因子微小的变化响应更为敏感。(2)一次空气质量为良到重度污染的过程中,pm2.5质量浓度积累主要是由湿度较导致,而温度则通过湿度对其起作用。此外白天西北风、东北风较大,但持续时间段,而夜间东南风、西南风风速较小,持续时间长,也有利于污染物的累积。(3)短时微小量降雪由于温度降低、空气湿度增加,不能降低pm2.5质量浓度,反而使其上升了72%。而当小时平均风速达到3m/s时,且持续时间达到5小时,能够迅速的扩散空气中的细颗粒物。4、在不同的下垫面状况下,PM2.5质量浓度的变化特征及其对气象因素的响应:(1)颗粒物的聚集过程中,林地的日均值始终低于草地,表明相比与草地不管在哪种污染状况下,林地的稀释效果要好于草地。(2)从日变化特征来看,夜间林地是空气中细颗粒物稀释的主要因素,白天气象因素对颗粒物的迁移、扩散作用更显著。
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