浅析济宁市PM10污染状况及其与气象因子的关系

　　引言
　　颗粒物污染是导致中国多数城市空气污染的首要因素[1-2]，尤其是小颗粒物(PM10和PM2.5) 因其粒径较小和比表面积较大，更容易富集有毒物质，比大颗粒物(TSP)具有更大的危害[3-4]。近年来国内外对中国大气PM10浓度所进行的一系列的试验和监测结果表明[5-6]。城市PM10污染有加剧的趋势。通过研究分析济宁市近3年采暖期和非采暖期内PM10的浓度以及PM10与气象条件的关系，力图反映出济宁市PM10的污染状况和影响PM10浓度的主要因素，为整体衡量济宁市PM10的污染状况提供理论支持，为空气质量预报、防治大气污染提供理论依据。
　　1 研究区域和数据来源
　　济宁市位于山东省南部，地处苏鲁豫皖四省结合部，属鲁南泰沂低山丘陵与鲁西南黄淮海平原交接地带，是山东省经济发展最快的地区之一。随着经济的发展，城市化、工业化发展迅猛，机动车拥有量、建筑工地扬尘量和工业耗煤量、工业废气排放量都在不断增加，使该地区具有典型的煤烟型污染特征[7-9]，大气污染状况越来越严重。同时，中心城区面积101.3 km2、人口为93.6万人，人口密度为9240人/ km2[10]。这样人口密集的地区，空气质量特别值得关注。
　　20102012年PM10的观测资料由济宁市环境监测中心提供、同期气象资料由济宁国家气象观测站提供。同时规定10月次年3月为采暖期，49月为非采暖期[11]。
　　2 采暖期和非采暖期的PM10分布特征
　　2.1 PM10的月变化特征
　　根据2010年1月2012年12月PM10的日平均监测数据，计算出PM10日平均浓度的月平均值；图l为PM10月平均浓度分布状况。PM10浓度最大值出现在12月份，为0.120 mg/m3，其次是1月份，为0.118 mg/m3；最小值出现在6月份，为0.081mg/m3，年平均浓度为0.103 mg/m3。其中，10月次年3月（采暖期）的月平均浓度为0.111mg/m3，49月（非采暖期）的月平均浓度为0.091mg/m3。采暖期的平均浓度整体大于非采暖期。其原因是冬季的太阳辐射弱，气温、气压低，降雨量小，大气稳定度好，不易对流，颗粒物的扩散困难，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，这段时间气温较低，用于居民采暖的燃煤量比较大，PM10的浓度水平达到最高，而到了春季气温相对略高，燃料的使用量也相对减少，PM10的浓度有所降低。在非采暖期PM10的月平均浓度整体变小，这是因为太阳辐射逐渐增强，温度和气压升高，降雨逐渐增多，大气不稳定，容易发生对流，颗粒物较易扩散。
　　3 PM10浓度与气象要素的关系
　　气象因子是影响PM10质量浓度水平的重要因素之一。由于受多种气象因子的综合影响以及各气象因子之间的相互作用，PM10浓度与气象条件的关系比较复杂。
　　3.1 风与PM10浓度的关系
　　风是边界层内影响污染物扩散的重要动力因子，其中风向决定PM10的输送方向，风速则决定PM10浓度的扩散速度。特别是低层(200m以下)风速、风向的变化直接影响PM10浓度的聚散及各处的浓度分布。济宁不仅有大气候背景的盛行风，即春季最多风向为S风，夏季为SW风，秋季为E风，冬季为N风，也有热岛环流，城市内部还受高楼风、街道风等局地环流的影响。
　　经统计2010-2012年平均风速资料和相应的PM10浓度资料，得到图3，由图可以看出，PM10浓度与风速呈现出较好的反相关，即风速越大，污染物浓度越小，相关系数达到0.97；但风速达到4m/s时, PM10与风速呈正相关，相关系数为0.89，两者均通过了信度为0.05的显著性检验。原因为大风可以引起二次扬尘增加了空气中颗粒物的含量。济宁采暖期的平均静风频率为11%，比非采暖期的6%高出5%，这也是济宁市在采暖期PM10污染较为严重的一个原因。
　　4 小结
　　(1) PM10在采暖期的月平均浓度（0.111mg/m3）整体大于非采暖期的月平均浓（0.091mg/m3），且日变化有明显的双峰型规律，在采暖期PM10浓度07时以后开始加重，0910时出现第一个峰值，12时以后污染减轻，1317时出现低谷，2021时出现第二个峰值。在非采暖期PM10浓度的两个峰值出现时间和采暖期相比，早晨提前3h，晚上推迟1 2h。
　　(2) PM10浓度与 4m/s 以下的风速呈现出较好的反相关，即风速越大，PM10浓度越小，但当风速达到 4m/s时, PM10与风速呈正相关；PM10的浓度与相对湿度呈显著的正相关，其浓度的最大值出现在 80% 90%区间；PM10浓度随热岛强度的增加而增加。