孔雪
（娄烦县气象局 030300）
摘要:根据2017-2019年娄烦环境监测站逐时监测数据和同期地面气象观测资料，运用数理统计方法对当地月、日空气质量及各类污染物变化特征进行分析，并对娄烦县空气质量与气象因子间的相关性进行讨论。结果表明：（1）娄烦8月空气质量最优，1月污染最为严重。（2）影响当地空气质量的污染物主要为O3、PM2.5和PM10，且其月分布呈“此消彼长”的特征。（3）冬、夏两季空气质量日变化特征周期性明显。（4）娄烦空气质量与气象要素密切相关，且相关性较为复杂。
关键词：空气质量；气象因子；变化特征；相关分析
引 言：
娄烦县属于暖温带大陆性季风气候，冬寒夏热、春秋短促、温差大、降水少且集中。近年来随着娄烦经济的持续发展和人民生活水平的逐渐提高，据娄烦县环境监测站统计，娄烦县污染物超标天数呈上升趋势，空气质量下降的问题日益凸显。目前，国内外众多学者对空气污染的影响因素进行了广泛研究，众多科学研究表明，气象条件和城市空气质量密切相关，在污染源相对稳定的情况下，气象条件变化对污染物浓度变化影响十分显著。空气质量与人体健康息息相关，因此对娄烦县空气质量的研究很有必要，以期能为娄烦县的大气环境质量控制提供参考。
1 资料来源及处理方法
1.1资料来源
娄烦县环境监测站 2017 年 1 月—2019 年12 月空气质量指数( AQI) 、细颗粒物( PM2.5) 、可吸入颗粒物( PM10) 、SO2、NO2、O3、CO 浓度的逐时监测值及同期的逐日平均气压、气温、降水、相对湿度、风速、风向等 6 种地面气象观测资料。
1.2分析方法
通过对原始数据的处理，利用EXCEL统计分析娄烦县月、日空气质量及各类污染物变化特征，并运用SPSS软件对娄烦县空气质量和各气象因子进行 Pearson 相关性和回归分析。
1.3相关规定
空气质量指数AQI：是2012年3月国家发布的新空气质量评价标准。将AQI划分为0～50、51～100、101～150、151～200、201～300 和＞300，对应于空气质量的 1 级（优）、2 级（良）、3 级（轻度污染）、4 级（中度污染）、5 级（重度污染）、6 级（严重污染），指数越大污染越重。
季节划分：按照目前气候评价的标准, 将3～5月规定为春季、6～8 月为夏季、9～11月为秋季、12月～翌年2月为冬季。本文中将4～9月定义为夏半年，10～翌年3月定义为冬半年。
2 空气质量特征分析
2.1 空气质量月变化特征
2.1.1 AQI月变化
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从近3年AQI平均分布情况（图1）可以看出，娄烦当地AQI小于平均值的月份基本集中在4-10月，谷值主要出现在8月；AQI大于平均值的月份基本集中在11-3月，峰值大多出现在12月或1月。从空气质量为优或良、轻度污染及以上的日数的月际变化图（图2）上也可以看出娄烦县近三年的8月空气质量达到良好的日数最多，1月最少，2月与12月次之。其原因可能与冬季采暖期燃煤排放污染物有关，也与天气系统的不同有关。夏季气温相对较高且降水偏多，污染物被雨水冲刷沉降，空气质量较好；冬季娄烦县受大陆冷高压的控制，天气静稳，且平均风速较小，易形成逆温，造成污染物堆积。
2.1.2 首要污染物浓度月变化
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首要污染物是指当AQI大于50时空气中最主要的一种污染物。由表1可见，娄烦县近三年的首要污染物主要有PM2.5、PM10、O3、SO2和CO，其中首要污染物为O3的天数最多，共出现430天，远远大于其他几种污染物，其次是PM2.5，共259天，PM10的天数为230天，另外首要污染物为SO2和CO的总天数较少，共计31天。
由图3还可看出，娄烦地区近三年内首要污染物为PM2.5和SO2的天数呈现下降趋势，但PM10和O3的天数却在不断上升。另外，由娄烦县首要污染物的月分布情况（图3）也可以看出，PM2.5、PM10和O3的月分布呈“此消彼长”的特征：在4-9月，首要污染物主要为O3，7月份易产生峰值；而在其他月份，首要污染物主要为PM2.5或PM10，在1月份PM2.5易产生峰值。
O3和PM2.5反映的都是复合型空气污染，两者之间关系密切: 春夏季节，日照增强，空气中氮氧化物和挥发性有机物便发生光化学反应生成 O3 ，而此时风大、雨多污染扩散条件使得PM2.5较好扩散。与之相反，秋冬时期，逆温天气、静稳天气增多，大气的扩散条件较差，污染物堆积难以扩散，导致PM2.5浓度高，却产生较少的O3。另外冬季二氧化硫(SO2)浓度显著增加， 也说明冬季燃煤采暖对娄烦县空气质量产生了不利影响。
2.2 空气质量日变化特征
娄烦县地处太原市西北的吕梁山区腹地，县境西北部群山环绕，东北部丘陵起伏，地势西南高东北低。这种地理环境导致山谷风盛行，在大背景风场较弱的条件下，夜间盛行山风（偏北风），白天盛行谷风（偏南风），山风对污染物扩散有利，谷风对污染物扩散不利。
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由娄烦县2017-2019年冬季时平均AQI的时间分布图（图4）可以看出，娄烦县冬季的AQI日变化具有周期性，AQI值分别在午时及凌晨达到峰值，在5时～8时、15时～18时量时间段内出现低谷。由娄烦县2017-2019年冬季时平均PM2.5的时间分布图（图5）也可以看出主要污染物PM2.5浓度的日变化特征与AQI基本相同。
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图6 娄烦县2017-2019年春季时平均AQI的时间分布图
由娄烦县2017-2019年春季时平均AQI的时间分布图（图6）可以看出，娄烦县春季的AQI日变化特征没有冬季明显。由于春季主要污染物种类及所占比重复杂多变，导致4、5月份的AQI日变化浮动较大。从图中还可以看出3月由于仍处在供暖期，其AQI值的日变化特征除16～19时还有一个小波动外，与上述冬季的变化基本相同。
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由娄烦县2017-2019年夏季时平均AQI的时间分布图（图7）可以看出，娄烦县冬季的AQI日变化规律较为明显，可以看出AQI值11时之前呈现较为平缓的波动，11时之后开始攀升，并保持到18～19时开始下降。由娄烦县2017-2019年冬季时平均O3浓度的时间分布图（图8）也可以看出主要污染物O3浓度的日变化更加规律，从凌晨开始至7时呈下降趋势，随后攀升至13时左右达到最大并保持至17时左右开始下降，其总体日变化特征与AQI的日变化特征基本吻合。
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图9 娄烦县2017-2019年秋季时平均AQI的时间分布图
由娄烦县2017-2019年秋季时平均AQI的时间分布图（图9）可以看出，由于11月仍处在采暖期，可以看出当月AQI的日变化特征与冬季的变化特征较为相似，9、10月的AQI日变化则较为平缓。
3 结论
（1）娄烦当地AQI小于平均值的月份基本集中在4-10月，谷值主要出现在8月；AQI大于平均值的月份基本集中在11-3月，峰值大多出现在12月或1月。
（2）影响当地空气质量的污染物主要为O3、PM2.5和PM10，且其月分布呈“此消彼长”的特征：在4-9月，首要污染物主要为O3，7月份易产生峰值；而在其他月份，首要污染物主要为PM2.5或PM10，在1月份PM2.5易产生峰值。
（3）冬、夏两季空气质量日变化特征周期性明显，且两季对应主要污染物浓度的日变化特征与之基本相同；春、秋两季空气质量日变化则较为平缓。
（4）除夏半年的O3浓度与气温呈现正相关关系外，全年AQI及冬半年两种主要污染物均与气温和湿度有明显的负相关关系。与空气质量相关性最为密切的气象要素是气温，其次是相对湿度，在夏半年对空气质量有明显影响；最后是降水，对冬半年的空气质量作用较为显著。
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