西宁市主要空气污染物特征及其与气象因子的相关性分析

西宁市主要空气污染物特征及其与气象因子的相关性分析

王秀英1许文奕1周桂芝2贾

斌1

（1.青海省气象灾害防御技术中心，西宁810001；

2.青海省气象机关服务中心，西宁810001）

摘

要院本文根据叶环境空气质量标准曳渊GB3095-2012冤和叶环境空气质量评价技术规范曳中的环境空气质量评价方

法袁选取2013年的空气质量监测结果来研究西宁市主要空气污染物二氧化硫渊SO2冤尧二氧化氮渊NO2冤尧可吸入颗粒物渊PM10冤尧一氧化碳渊CO冤尧臭氧渊O3冤时间和空间上的分布特征遥在此基础上袁探析气象要素对大气污染物的制约关系袁其中起主要作用的气象因子为相对湿度袁研究得出PM10和平均相对湿度具有较高的负相关性遥关键词院空气污染物曰AQI曰时空分布特征曰相对湿度

引言

西宁市地处西北地区，在气候、地形等自然地理条件和人类的生产生活等社会活动以及城市能源结构等因素的共同作用下，影响西宁市空气环境的主要污染物[1-2]为颗粒物。目前，空气质量监测项目为

SO2、NO2、PM10、CO、O3。

冬季和春季是西宁地区污染严重的季节，根据一些学者[3-6]的研究，西宁地区污染物主要由三部分组成，第一部分是本地的排放，第二部分是周边地区污染物的输送，第三部分是污染物的再生。春季由于受大气降水较少及地面风速较大等气象因素的影

天峻为≥10mm、≥25mm、≥50mm日数的高值区，而冷湖、茫崖、小灶火地区≥25mm、≥50mm的日数没有出现；降水量等级日数也呈现出自东南向西北递减的趋势。

（4）从小波分析上看，近55年降水量不存在10年以上的周期，只有2~5年较短的几个小周期存在；降水日数存在19~22年的大周期，还存在2~5年的几个小周期；降水量与降水日数周期不统一与降水强度有关。

（5）从年降水量突变上看，年降水量在1998年通过了±1.96的临界值，在90年代末发生了突变，这基本上与累计距平曲线相一致，盆地进入了一个相对多雨期。参考文献院

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青海科技2018年第1期

研究与发展响，沙尘天气频繁发生，沙尘气溶胶在整个大气气溶胶中占较大的比重。特殊的地形条件和不利的气象条件使市区空气中的污染物不易稀释扩散，并且随着经济和城市建设高速发展，主城区许多地方进行旧房改造和道路修建等工程项目建设，人口密度的增长、城市楼群的增高、机动车保有量持续增加，使西宁市环境空气质量的压力很严峻。因此，研究西宁市空气污染质量现状、主要空气污染物时空分布

特征及其与气象条件的关系对改善西宁市大气质量具有重要意义。

1标准尧方法与数据选取

1.1环境空气质量标准

根据《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中相关规定，西宁市各监测点位均执行二级标准（表1）。

表1环境空气质量评价标准渊二级冤

评价项目二氧化硫（SO2）（NO2）二氧化氮

可吸入颗粒物（PM10）（PM2.5）细颗粒物（CO）一氧化碳（O3）臭氧

单位

日均值

μg/m3μg/m3μg/m3μg/m3mg/m3μg/m3

15080150754160

标准浓度限值

年均值60407035——————

1.2环境空气质量评价方法

城市空气质量评价方法按照检测总站编制的《环境空气质量评价技术规范》的要求执行，综合考虑了SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO、O3等六项污染物的污染状况，空气质量综合指数越大表明综合污染程度越重。城市月评价的空气质量综合指数计算方法如下：

（a）计算各污染物的统计量浓度值

统计各城市的SO2、NO2、PM10、PM2.5的月均浓度，并统计CO日均值的第95百分位数以及O3日最大8h平均值的第90百分位数。

（b）计算各污染物的单项质量指数污染物i的单项质量指数Ii按（式1）计算：Ii=CiSi（式1）

Isum=∑Ii式中：Isum———空气质量综合指数；

（式2）

Ii———污染物i的单项质量指数，i包括全

部六项指标，即SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO和O3。1.3数据选取

本文选取近几年西宁市空气质量较差的2013年空气质量检测结果，西宁市共有空气自动监测点位7个，其中，环境空气质量国控监测点4个（市监测站、省医药仓库、四陆医院、第五水厂），市控监测点3个（西宁宾馆、海湖新区、城南新区），监测项目为SO2、NO2、PM10、CO、O3的自动监测，降尘、硫酸盐化速率进行手工监测。本文依据西宁市特殊的地形条件、不利的气象条件和西宁市环境质量状况以及相关资料选取SO2、NO2、PM10作为西宁市的主要空气污染物。

式中：Ci———污染物i的浓度值，当i为SO2、NO2、PM10及PM2.5时，Ci为月均值，当i为CO和O3时，Ci为特定百分位数浓度值；

Si———污染物i的日均值二级标准（对于O3，为8h日均值的二级标准）。

（c）计算城市月评价的空气质量综合指数Isum空气质量综合指数的计算需涵盖全部六项污染物，计算方法如（式2）所示：

2主要空气污染物时间和空间分布特征

2.1主要空气污染物的采暖期与非采暖期变化

西宁市全市和市区各监测点SO2、NO2、PM10浓度采暖期与非采暖期分布均呈现采暖期明显高、非采暖期明显低的特征，全市和各监测点SO2、NO2、PM10浓度采暖期与非采暖期分布见图1。

作者简介院王秀英（1987-），女，工程师，硕士，主要研究方向：气象灾害防御。E-mail：12630374@qq.com

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图1全市和各监测点采暖期和非采暖期各污染物堆积图

2013年西宁市全市SO2浓度季节分布均呈现冬秋季高、春夏季低的特征；NO2浓度季节分布均呈现秋季高、春夏季低的特征；PM10浓度季节分布均NO2、呈现春冬季高、夏秋季低的特征。全市SO2、PM10浓度季节分布见图2。

2.2主要空气污染物的季节变化

根据气象部门对西宁市四季的界定，2013年冬季为2012年12月~2013年2月；春季为2013年3~5月；夏季为2013年6~8月；秋季为2013年9~11月。

图2

2.3主要空气污染物的逐月变化

全市SO2、NO2、PM10浓度季节分布特征

为使分析具有合理性和代表性，本次主要污染物日变化选取了各项污染物全年中的最小日均值来研究各项污染物的日变化。

SO2市日均值最小浓度值出现在6月17日。市监测站SO2浓度峰值出现在13时；省医药仓库SO2呈现四个峰值，峰值出现在2时、7时、11时；四陆医院SO2浓度峰值出现在13时；第五水厂SO2浓度峰值出现在10时。四个点位大体早上4~5时浓度最低。SO2市日均值最小浓度值日变化如图6所示。

“先降后2013年西宁市全市SO2月变化总体呈升”趋势，自1月起SO2月均值逐月下降，7月达到最低，之后上升，12月达到最高（图3）。全市NO2月变化总体呈“先降后升”趋势，NO2浓度相对较高的月份集中在1月和10~12月，12月最高，6月最低（图4）。全市PM10浓度相对较高的月份集中在1~4月，3月最高，9月最低（图5）。2.4主要空气污染物的日变化

图3浓度值月变化全市和各监测点二氧化硫（SO2）

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研究与发展图4全市和各监测点二氧化氮（NO2）浓度值月变化

图5全市和各监测点PM10浓度值月变化

图6SO2市日均值最小浓度值日变化

时；省医药仓库NO2浓度值最高值出现在11时；四陆医院NO2浓度值最高值出现在8时。NO2市日均值最小浓度值日变化如图7所示。

NO2市日均值最小浓度值出现在2月11日。市监测站NO2呈现“双峰型”的日变化特征，峰值出现在早上8时和晚上19时，两峰值浓度值8时＞19

图7NO2市日均值最小浓度值日变化

2.5环境空气质量指数渊AQI冤

[7-8]环境空气质量指数（AQI）用来反映城市空气

PM10市日均值最小浓度值出现在6月9日。市监测站、省医药仓库、四陆医院14-17时PM10浓度值相对较高，早上6-8时浓度最低。PM10市日均值最小浓度值日变化如图8所示。

质量和污染状况。2013全年有效监测日数365天，根据全年监测情况，西宁市环境空气中SO2、NO2的污染程度较低，PM10污染程度较高，以春季和冬季

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图8PM10市日均值最小浓度值日变化

（104天），四级（中度污染）天数比例为6.58%（24天），五级（重污染）天数比例为1.10%（4天），六级（严重污染）天数比例为3.29%（12天）。图9为2009～2013年西宁市环境空气污染物浓度比较图。

尤为明显。空气质量达到一级（优）天数比例为2.74%（10天），二级（良）天数比例为57.81%（211天），优良天数比例为60.55%（221天）。空气污染144天，其中三级（轻度污染）天数比例为28.49%

图92009～2013年西宁市环境空气主要污染物浓度比较图

月平均相对湿度走势呈负相关性，为了更好地探究其关系，对PM10与平均相对湿度的相关性作进一步分析，分析结果如表2、图11所示。

3

3.1

主要空气污染物与气象条件的关系

2013年西宁市PM10尧PM2.5尧主要气象要素月2013年西宁市全市PM10、PM2.5月平均相对湿

走势图

度、月降水量、月平均风速月走势图如图10所示。3.22013年西宁市PM10和相对湿度相关性分析

通过2013年PM10、PM2.5、月平均相对湿度、月降水量、月平均风速月走势图可以看出，PM10、PM2.5和

4结论

（1）西宁市的空气质量具有明显的季节特征。冬季是空气质量最差的季节，春季次之，夏季空气质量最好。西宁地区的城市空气质量最好的时段均为7~9月份，西宁受燃煤取暖以及沙尘天气影响，冬季

图10PM2.5月平均相对湿度、月降水量、月平均风速月走势图2013年西宁市全市PM10、

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青海科技2018年第1期

表2西宁市月平均相对湿度与PM10的相关性分析

月平均相对湿度

Pearson相关性

1

研究与发展全市PM10(mg/m3)

-.870.000

月平均相对湿度（%）显著性（双尾）

N

12

12

平均相对湿度具有较高的负相关性，为-0.870，说明相对湿度越高，PM10浓度越低。

西宁市区四面环山，城市呈十字型展布在湟水河及其支流形成的河谷川地中，因此，西宁市区山谷风局地环流明显，逆温出现的频率高（特别是冬季），近地（或贴地）逆温层一般在傍晚开始形成，日出后逐渐消失。有逆温层时，空气中的污染物不易扩散，加之西宁地区的降水多集中在夏季、秋季，降水可以净化空气，还可减少扬尘的产生，在这期间，各项污染物的浓度都有所降低，这也是形成西宁市区环境空气各项主要污染物表现出春冬高、夏秋低季节变化规律的重要影响因素。西宁地区的地理位置和气

图11

2013年西宁市月平均相对湿度拟合曲线

候特点使这里植物生长期短，植被覆盖率低，加之市区绿化和地面硬化率低，裸露的地面容易产生扬尘，

空气污染最严重，春季空气污染次之。

（2）从2013年西宁市主要空气污染物的时空分布特征可以看出，全市3、4、11、12月空气污染较高，空气污染程度相对较重，主要是由于3、4月天气较为不稳定，多风且有扬尘、浮尘等天气现象较其他时间多，使得颗粒物浓度值往往在这一时段增大并出现极值，污染指数上升。11、12月正值冬季采暖期，气候也比较干燥，尘量增加，空气质量轻微污染级别出现频繁，再加上2013年10~12月几乎没有有效降水，因此11、12月为全年环境空气质量最差的阶段。到了5、6、7、8、9月，由于空气对流加强，植被生长进入旺季，加之雨水逐渐增多，利于空气的自净，在这期间，空气污染降低，空气质量明显好转，为全年最优。

（3）2013年西宁市空气质量状况劣于近几年，这和2013年自然状况、气候及环境因素是分不开的，2013年有效降雨较低，造成空气干燥尘量增加。通过2013年PM10、PM2.5、月平均相对湿度、月降水量、月平均风速月走势图可以看出，PM10、PM2.5和月平均相对湿度走势呈相关性，研究分析得出，PM10参考文献院

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