竹山县城区空气质量与气象条件的关系研究

0 引言

众所周知，空气质量与人们的身体健康息息相关，影响空气质量的因素主要包括气象条件和大气污染物的排放情况等，研究表明如果在有较稳定的污染源排放的条件下，则影响空气质量的主要因素是气象条件[1]。目前国内也有越来越多的专家学者涌入到气象条件对空气质量影响的领域开展相关研究，邹旭东等分析了1951-2012年沈阳市气象条件变化及其与空气污染的关系分析，发现了沈阳市气候暖化及风速较低是空气污染加重的重要原因。马杰等利用2014 年空气质量与气象数据，分析了山西省 11 个地市级空气质量变化特征及气象要素对空气质量的影响。纪忠萍等采用相关性统计方法对广州市空气高污染的变化特征进行分析，建立了广州季节性的污染天气概念模型。目前有关竹山县在该领域的研究是空白，因此开展竹山县城区空气质量与气象条件的关系研究十分必要，通过对气象条件和空气质量之间的关系进行深入的研究分析，为竹山城区空气质量预测和空气污染防治提供科学依据。

1 资料和方法

1.1 资料

环境监测资料取自竹山县生态环境监测站（位于竹山县城关镇体育场路20 号）2017 年-2021 年逐日、月的PM2.5、PM10、O3 等空气污染物浓度以及 AQI 指数的监测数据等有关资料。气象监测资料取自竹山国家气象观测站（位于城关镇北大街 ）2017 年-2021 年逐小时、日、月的气温、降水、风向风速、相对湿度等气象监测数据及有关资料。

采用相关分析、数理统计等分析方法对竹山县城区的空气质量和气象条件进行研究分析，得出空气质量与气象要素之间的特征关系，阐明空气质量受各类气象要素影响的主要机理。

2 竹山县城区空气质量特征分析

2.1 竹山县城区空气质量指数AQI 分析

根据 AQI 指数将采集的空气质量分成 6 个不同等级，分别是优（0～50）、良（ 51～100） 、轻度污染 101～ 150）、中度污染 （151～200） 、重度污染 （201～300） 、严重污染 （>300） 。

竹山县城区 2017—2021 年空气质量监测数据共计1768d（ 除去缺测天数） ，利用分类方法对城区空气质量进行统计分析：城区空气质量优 823d，占总日数的 46.55% ，良 844d，占总日数的 47.72% ，轻度污染 79d，占总日数的 4.50% ，中度污染15d，占总日数的 0.85% ，重度污染6d，占总日数的 0.33% ，严重污染1d，占总日数的 0.05% 。

通过对竹山县城区2017-2021 年空气质量指数（AQI）进行逐月分析，发现城区空气质量指数有明显的月际变化特征，12 月至次年1 月为峰值，7-10 月为低值，见图1。

图12017-2021年竹山县城区AQI指数月变化趋势图

2.2 竹山县城区空气污染物分析

竹山县 2017-2021 年城区空气质量优等级以下的共945 天，其中首要污染物是PM2.5 的日数为341d，占总日数的 36.08% ，首要污染物是PM10 的日数为299d，占总日数的 31.64% ，首要污染物是O3 的日数为293d，占总日数的31.01%，首要污染物是 C0 的日数为12d，占总日数的 1.27% 。分析得到可吸入颗粒物 （PM2.5 和PM10）和 O3 是竹山县城区空气污染的主要因素（见图2）。

可吸入污染颗粒（PM2.5、PM10）污染多发于11 月至次年3 月，而O3 污染则主要发生在 _4-9 月，见图 3。

图22017-2021竹山城区各类首要污染物出现天数统计图

3 气象要素对空气质量的影响

3.1 气象要素对空气质量的影响的相关分

年竹山县城区环境监测数据和气象监测数据进行相关性分析，结果如表1 所示

表1 竹山县城区主要污染物浓度以及AQI 指数与气象要素的相关系数

3.2 降水对空气质量的影响分析

研究表明竹山县城区降雨量与 AQI 指数和PM2.5、PM10、O3 浓度均呈负相关。这是因为降水是一种能够降低空气各种污染物（特别是PM2.5、PM10）的有效手段，随着降水量的增加，空气中的主要污染物浓度降低，雨水通过与空气中各种污染物结合，降落到地面，对空气中的污染物有清除作用，同时也能抑制扬尘的产生[2]。

3.3 气温对空气质量的影响分析

研究表明竹山县城区气温与 AQI 指数和PM2.5、PM10 浓度呈负相关，与O3 浓度呈正相关。这是因为随着气温的增加，主要是因为在气温高的日子，温度影响大气层的活性，不容易形成逆温层且逆温层的产生存在时间较短，大气的相对流动比较强，有利于空气污染的扩散，使得大部分空气污染物浓度下降，从而改善空气质量，但气温高的日子往往辐射强度大、湿度低，对 ΔO₃ 的形成十分有利，因此温度高的日子要关注 Λ_O3 对空气的污染[3]。

3.4 气压对空气质量的影响分析

研究表明，气压与 AQI 指数和 PM2.5、PM10 的浓度呈正相关，与O3 呈负相关。这是因为气压越低，大气层更容易发生对流，对流越强，空气的自净能力也就越强，空气质量也就会越好；而气压越高，对流缓慢，空气污染物也不易扩散，出现滞留、堆积等现象造成空气污染。

3.5 湿度对空气质量的影响分析

研究表明，无降水的情况下，城区湿度与 AQI 指数、PM2.5、PM10 浓度呈正相关，与 O 浓度呈负相关。这是因为高湿环境有利于二氧化硫、氮氧化物、氨等气态污染物转化为硝酸盐、硫酸盐、铵盐等成分的颗粒物，加重空气污染。

3.6 风对空气质量的影响分析

研究表明，风速与 AQI 指数和 PM2.5、PM10、O3 浓度呈负相关，这是因为风对竹山城区的本地空气污染物的扩散有重要作用，大风天气竹山城区的空气扩散条件更好，空气污染物不易堆积，利于空气质量的改善。但是空气污染还和外来污染物输入有关，因此空气污染还和风向息息相关，特别是冬季，当北方（如华北、黄淮等地区）出现重污染过程时，若上空主导风向为偏北风，会直接将北方的颗粒物（PM2.5、PM10）、气态污染物（如二氧化硫、氮氧化物等）“输送”至，使竹山县城区出现污染物浓度上升的情况。

4 竹山县城区空气污染的防治建议

1.充分利用竹山县的水资源和日照、风等气候资源，大力发展水电、太阳能、风电等清洁能源，减少对燃煤、石油等传统能源的依赖。

2.大力发展公共交通，推广新能源汽车，鼓励绿色出行，减少尾气排放。

3.加强气象、生态环境等部门间的合作，坚持预报、预警与防范应对相结合，建立常规气象要素和环境空气监测预报预警机制，提前开展预报预警，科学开展布防，及时启动应急响应，采取有力措施，最大限度避免或减少空气污染[4]。

4.进行空气质量和环保有关方面的科普宣传，提升全民对空气质量的保护意识，建立全面防治空气污染的氛围。

参考文献

[1]焦美玲，韩晶，曹彦超，王娟，秦拓 & 贺涛.庆阳市空气污染及气象因子影响特征分析.干旱区地理1-12.

[2]黎荣，贾琰，安霖钰，张丹丹 & 凡振华.（2024）.2016-2021年铜仁市城区环境空气污染特征及相关性分析.环保科技（02），49-54.

[3] 张嘉月， 康娜， 于学普， 等. 呼和浩特市大气污染特征及气象条件影响分析[J]. 科学技术与工程，2024，24（03）：1292-1300.

[4]陈娇娇，陶瑶， 娄俊.2017—2021 年上饶市空气质量变化与气象因子的关系分析[J]. 农业灾害研究，2023，13（03）：58-60+70.