龙岩市大气中PM10污染与地面风速的相关分析

【摘　要】 为了研究影响城市大气环境中PM10的污染因素，本文利用2006年至2010年龙岩市的师范专科学校、环境监测站、闽西大学和龙岩学院四个大气点位的自动站空气环境质量监测数据。通过方差分析和相关分析来研究龙岩市PM10污染的来源与风速的关系。结果表明，风速对龙岩市PM10污染物浓度具有显著的影响。龙岩市冬季平均风速最大，空气中污染物的扩散效果较好；夏、秋季节风速相对较小，空气中污染物的浓度升高，城市空气质量相对较差。

【关键词】 风速 PM10 相关分析

1. 研究背景

近年来，随着工业发展和城市扩张，大气污染渐渐受到人们的关注。大气污染以人为因素为主，包括气态污染物和颗粒态污染物。颗粒物按照空气动力学粒径划分为TSP（粒径≤100μm）、PM10（粒径≤10μm）和PM2.5（粒径≤2.5μm）。PM10是目前我国城市大气环境的首要污染物，是大气质量状况的决定性因素。因为PM10细小并且不受人的鼻腔阻挡，可以直接进入肺部并存留在肺的深处，对人体健康威胁较大[1]。目前，美国和欧洲的研究表明[2]，城市大气中PM10与呼吸系统疾病和心脏病发病率之间存在明显的计量-响应关系。并且，其复杂的理化组成、多相反应、众多来源以及对人体和环境产生的多种危害，成为我国环境工作者关注的焦点问题，使其成为目前环保研究的重点领域[3]。

龙岩市在“十五”期间大力发展工业、交通和城市建设项目，致使在2001-2005年期间龙岩市PM10的年平均值范围为0.120-0.138mg/m3，均超过空气环境二级标准，近几年政府控制了污染物的排放，进行了关停水泥厂等方面的环境污染治理措施，虽使得近年来龙岩市的PM10年日均浓度有所下降，但空气污染现象仍没有明显的好转情况,推测该区域空气污染存在其他因素的影响，例如气象因素[4]、城市扬尘等，这与包贞等[5]的研究结果类似。2006-2009年全市的年际日均浓度为0.096mg/m3，其中对照点的年日均浓度为0.056 mg/m3，市区的年日均浓度为0.098 mg/m3。市区PM10浓度是对照点的2倍左右，这说明龙岩市市区内的PM10污染仍然很严重，不容忽视。影响PM10排放的因素有很多，例如气象、地质、地形等因素，本文主要研究风速对龙岩市PM10污染的影响。

2. 原理与方法

2.1研究区域简介

龙岩市位于福建省西部，即闽西。新罗区为龙岩市中心城市，是市政府所在地，即本文的主要研究区域。龙岩市地处于丘陵河谷盆地，地形以低山、丘陵为主，地势呈东高西低状。区域气候属于亚热带季风气候，温暖湿润，冬无严寒，夏无酷暑。小风、静风频率高，平均风速小，逆温频率高，且逆温强度较大的污染气象特征，不利于大气污染物的扩散和迁移，造成局地环境空气污染十分突出，冬、春两季尤为明显[6]。

2.2数据来源

本文所使用的基础数据资料取自龙岩市大气自动监测站结果，监测点位共四处，分别包括：龙岩师专（对照点）、龙岩市监测站、闽西大学和龙岩学院。根据检监测数据的全面性，取监测时间段为2006年至2010年2月的逐日逐时PM10污染物浓度、气象监测数据等为分析对象。

2.3分析方法

本文主要运用方差分析和相关分析来研究风速和龙岩市PM10污染物浓度的关系。方差分析是检验不同的处理所产生的效应之差异是否具有显著性的统计学分析方法，并用F检验进行显著性检验，研究风速对PM10浓度是否具有显著性影响。相关分析是研究随机变量之间相关性的统计分析方法，研究风速的不同水平与城市污染物浓度之间是否存在某种依存关系，并研究其相关方向以及程度[7]。

3. 案例分析

3.1龙岩市PM10污染与风速的统计分析

2006-2009年，龙岩市风速与PM10浓度月均值走势如图3.1所示。

图3.1　龙岩市风速与PM10浓度月均值走势图

从图中趋势来看，龙岩市风速与PM10浓度整体呈负相关趋势。从月份变化来看，1月、7月、9月、11月风速明显高于其他月份，在这些月份前后，随着风速的降低，PM10浓度值有相应上升的趋势。

2006-2009年，龙岩市污染日与非污染日风速分布频率如表3.1所示。

表3.1　污染日与非污染日风速分布频率

分布频率统计结果表明，风速小于2m/s时更易出现高浓度污染，特别是在风速小于1m/s时。所以，当静风或风速很小(

3.2龙岩市PM10污染与风速的方差分析

我们通过风速因素的方差分析来研究风速的不同水平是否对城市PM10污染物浓度产生显著影响。下面通过风速与PM10浓度的年度日均值、冬季日均值、冬季小时均值三个水平范围进行分析，分析情况如表3.2所示，其 中，当F>F0.01时，认为风速有高度显著性影响，记为“**”；当F0.05

表3.2　风速与龙岩市PM10的方差显著性分析

3.3龙岩市PM10污染与风速的相关分析

通过对风速因子与PM10浓度的年度日均值、冬季日均值、冬季小时均值三个水平范围进行一元线性相关分析，来确定风速对城市PM10浓度的影响。这里用相关系数r来反映两种变量之间的相关程度，分为正相关（r>0）、负相关（rr0.01时，认为有高度显著性相关，记为“**”；当r0.05

结论

通过上述三种分析方法，我们已经确定出风速对龙岩市PM10污染物浓度具有显著的影响。通过对龙岩市2006-2009年各季节风速的

测定，得出龙岩市地面年际平均风速为 表3.3　风速与龙岩市PM10的相关性分析

1.31m/s，四季平均风速分别为1.22m/s、1.31m/s、1.34m/s、1.38m/s，全年风速大部分在0-2m/s之间。从季节的年际变化来看，冬季平均风速最大。一般情况下，污染物的浓度与风速呈现反比的关系。风速较大时，污染物在短时间内被输送的范围就较广泛，空气中污染物的扩散效果就较好，则冬季空气质量较好；夏、秋季节风速相对较小，风对污染物的扩散能力有所减弱，空气中污染物的浓度升高，则城市空气质量较差。除2007年春、夏季节风速较低外，各年份季节的平均风速均大于1m/s。各风速季均值变化范围：09h风速0.74-1.89m/s、21h风速0.49-1.61m/s、平均风速0.79-1.66m/s。可见，09h和21h风速普遍低于平均风速，表示在这两个时间段可能更容易导致污染物的堆积，最终导致龙岩市区城市环境质量下降。

参考文献：

[1]LIN C，PENG C.Characterization of indoor PM10，PM2.5，and ultrafine particles in elementary school classrooms: a review[J]．Environmental Engineering Science，2010，27(11):915-922．

[2]LI Y，GIBSON J M，JAT P,et al．Burden

of disease attributed to anthropogenic air pollution in the United Arab Emirates: estimates based on Observed Air Quality Data[J]．Sci Total Environ，2010，408:5784-5793．

[3]朱志超，孔玲莉，夏锴.武汉市PM10源解析及其对策研究.环境科学与技术[J].2009年9月.第32卷 第9期:64-67.

[4]徐鹏炜，徐乔根，蔡菊珍.杭州城市可吸入颗粒物污染与气象条件关系的分级评价和BP神经网络评估[J].环境污染与防治. 第31卷 第6期,2009年6月:92-95.

[5]包贞,冯银厂,焦荔,等.杭州市大气PM2.5和PM10污染特征及来源解析[J].中国环境监测,2010,26(2):44-48.

[6]林康.龙岩中心城市大气污染现状分析及治理对策[J].能源与环境，2008(3)：113-116.

[7]ZHOU De-ping ,QI Ying ,GAN Lu-lin ,

GAO Jie .Analysis on PM10 Pollution and Meteorological Conditions in Changchun City[J].Meteorological and Environmental Research 2010,1(6):53-56.

（作者单位：杜静文，长春市环境监测中心站；李延莉，吉林省环境信息中心）