1、毕业论文太原市灰霾天气与气象因素关系研究学生姓名学号学院专业指导教师2015年5月朱景帅1104014228化工与环境学院院环境工程刘侃侃摘要为了全面了解太原市市区大气可吸入颗粒物污染状况，本研究对太原市主要污染源及污染污染源贡献率进行分析，同时采集2014年3月至2015年2月太原市PM10和PM52自动监测数据，收集该时段内太原市气象数据。在此基础上，分析太原市可吸入颗粒物的污染状况，时间分布特点，阐明气象条件对可吸入颗粒物污染的影响。结果表明太原市PM10和PM52质量浓度年平均值分别为12483/MUG和6443/MUG分别是我国二级标准的17倍和18倍，颗粒物污染超标。10月份颗粒物
2、PM10污染水平最高为国家二级标准的25倍。太原市秋冬两季PM52污染程度明显高于春夏季节，夏季PM10污染程度最低；10月、11月以及12月PM10和PM52质量浓度较高，污染较为严重；6月、7月、8月和9月污染状况较轻，空气质量良好。（2）太原市PM52/PM10值在381627之间，均值为499，说明太原市污染程度转向良好。二者之间存在明显的正相关，相关方程98236294715210PMPM，相关系数695502R。（3）太原市降雨量较少，夏季集中降雨，占全年降雨量的594；气温变化规律，夏季温度高，湿度大，降雨多；冬季寒冷，气候干燥，且有风天气较多，风速高于年平均值。（4）可吸入颗粒
3、物质量浓度与降水量成反比，降雨和降雪均能有效地去除大气中的颗粒物，且去除效率与颗粒物浓度和降雨量相关；当太原市风速低于25M/S时，扩散稀释作用不明显，风速在25M/S7M/S之间有利于颗粒污染物的扩散和稀释，当风速大于7M/S时反而会增大PM10的质量浓度，在去除区间范围内，颗粒物浓度与风速成反比；太原市主导风向为西北风，不利于颗粒物的稀释和扩散；在雨季，当相对湿度高于60时，颗粒物浓度随着适度的增大而降低，其他季节颗粒物浓度随着湿度的增大而增大；压强与颗粒物浓度关系成正相关。关键词太原市PM10PM52气象因素污染特征1、绪论11我国空气污染现状随着工业化和城市化的快速发展，城市大气颗粒物
4、污染日益严重，并已成为世界性的社会公害，使人们的生存环境以及社会的持续发展面临着巨大的挑战。据统计，人类每年排放到大气中的颗粒物达1亿吨以上，二氧化硫约为25亿吨，氮氧化物约为05亿吨，还有很多危害人体健康的有机物和无机物，人类赖以生存的大气环境面临着严重的污染1。城市空气质量的恶化直接影响城市居民的身体健康，空气中的可吸入污染物首先危害人的呼吸系统，同时引起人的免疫系统疾病以及心血管系统，甚至带来人体遗传物质的损伤2。据世界卫生组织统计，目前全世界大概有16亿人生活在污染严重的城市里，每年有几十万人过早死亡，几十万人由于受空气污染而患急性或慢性疾病。我国煤炭资源丰富，储量达8600亿吨，位居
5、世界第三位。我国也是煤炭燃烧大国，煤炭占总能源结构的75，而且燃煤方式大都采用原煤直接燃烧，燃煤产生的烟尘排放量和2SO均占其排放总量的80以上。世界银行1997年报告，中国对煤的依赖位于世界之首，在过去十年里，中国的原煤产量增加了40；燃煤是中国颗粒物和二氧化硫排放的直接来源，且中国大部分城市这两种污染物浓度均超过世界卫生组织公布的健康标准的25倍。因此，我国城市空气污染类型主要以煤烟型和沙尘型为主，主要污染物为可吸入颗粒物PM52、PM10和二氧化硫。大部分城市机动车尾气污染严重，氮氧化物污染负荷增加，己呈现为机动车尾气污染与煤烟污染并重的态势。大气气溶胶污染日趋严重，由气溶胶颗粒物造成能
6、见度恶化事件也越来越多，灰霾天气已经成为一种常见空气环境灾害和大气污染事件3。目前，我国存在4个灰霾天气严重地区长江河谷、四川盆地、黄淮海地区以及珠江三角洲。北京大气污染天气由2013年的58降低至2014年的43。尽管污染现象有所好转，但是污染天气接近百分之五十，可见我国当前面临的污染极为严峻我国年均霾日数9天，呈逐渐增加的趋势，尤其是2004年以来增长较快，年均值在1220天，明显超过常年年平均增长天数见图1。图119612012年全国年均霾日数变化截止到2013年，上海、南京、天津、北京、青岛、武汉等中国中东部城市继续被覆盖在大范围雾霾天气之中。雾霾已经覆盖了我国将近一半的国土，陆续有2
7、5个省份不同程度出现雾霾天气，104多座城市达到重污染见图2。图2中国气象台城市污染示意图2013全国平均雾霾天数已创下52年之最。由2014年2月20日卫星云图显示，我国污染严重地区为东北，华南，以及中部地区。全天受大雾笼罩如图3。图3中国气象局卫星遥感大雾监测示意图中国气象局基于能见度的观测结果表明，2013年全国平均霾日数为359天，比上年增加183天，为1961年以来最多。中东部地区雾和霾天气多发，华北中南部至江南北部的大部分地区雾和霾发生范围为50100天，部分地区超过100天。2013年1月和12月，中国中东部地区发生了2次较大范围区域性灰霾污染。两次灰霾污染过程均呈现出污染范围广
8、、持续时间长、污染程度严重、污染物浓度累积迅速等特点，且污染过程中首要污染物均以PM52为主。其中，1月份的灰霾污染过程接连出现17天，造成74个城市发生677天次的重度及以上污染天气，其中重度污染477天次，严重污染200天次。污染较重的区域主要为京津冀及周边地区，特别是河北南部地区，石家庄、邢台等为污染最重城市。12月1日至9日，中东部地区集中发生了严重的灰霾污染过程，造成74城市发生271天次的重度及以上污染天气，其中重度污染160天次，严重污染111天次。图42013年全国霾日数分布图由此可见，近年来我国空气状况面临的问题日益严峻全国三分之二的人口处在灰霾空气的笼罩之下。应对雾霾天气，
9、探寻雾霾形成机理以及雾霾天气与气象之间的关系尤为重要。12灰霾的定义分级及成因121霾的定义霾是一种天气现象，又称灰霾、烟霞、阴霾、大气棕色云，主要指大量极微干性烟粒、尘粒以及盐粒等均匀悬浮于空中，使空气混浊、视野模糊并导致能见度降低，当水平能见度低于100KM、相对湿度小于80时，排除扬沙、降雨、浮尘、吹雪、雪暴、沙尘暴等恶劣天气现象造成视程障碍以外的空气普遍混浊现象。霾使远处光亮物带黄色、红色,使黑暗物微带蓝色2。122霾的分级资料表明当相对湿度小于80时，排除恶劣天气现象造成视程障碍以外，按能见度大小划分为四级，依次表示轻微霾、轻度霾、中度霾、重度霾，霾天气分级标准见表1。表1霾天气分级
10、标准级别能见度VKM防护措施轻微50V100适当减少户外活动轻度30V50适当减少户外活动，停止晨练中度20V30避免户外活动，驾驶员小心驾驶，呼吸疾病患者减少外出重度V20尽量留在室内，驾驶员谨慎驾驶，呼吸疾病患者避免外出123雾与霾的区别雾是一种自然现象，是悬浮在贴近地面的大气中的大量微细水滴的可见集合体。霾又称灰霾，主要是人为因素造成的，是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子使大气混浊的现象，视野模糊并导致能见度恶化。雾与霾的区别见表2。表2雾与霾的区别指标类型雾霾水平能见度小于一公里小于十公里相对湿度大于90小于80厚度几十米至200米13公里左右边界特征边界明显，有雾区范
11、围边界不明显，没有范围颜色乳白色，青白色黄色，橙灰色日变化午夜至清晨，遇强光易散日变化特征不明显，当气团没有大的变化持续时间较稳定124霾的成因已有的研究表明，我国如今灰霾问题的主要原因是严重的气溶胶污染5，但气象条件对其形成、分布与维持的作用显著，一次排放的气溶胶与排放强度关系密切，天气条件却控制着大气中多数的二次气溶胶的形成与演变及总体可吸入颗粒物的浓度变化。污染源排放的一次污染物通过化学以及光化学反应生成高浓度的氧化剂及细颗粒物等二次污染物，在静稳天气下细颗粒物浓度不断增高导致大气消光不断加大和能见度快速下降，从而形成灰霾现象；在高相对湿度的天气条件下，很多大气非均相反应加快，对灰霾的形
12、成具有显著的促进作用。另一方面霾形成后会使到达地面的辐射减少，大气层结稳定度增加，有利于气溶胶不断积聚、凝结和增长，形成“恶性循环”的持续性雾霾天气。大气污染物的源排放是形成雾霾天气的主要内因。灰霾天气形成外因之一是大气水平方向静风现象增多。近年来随着城市建设迅速发展，大楼越建越高，阻挡和摩擦作用使风流经城区时明显减弱，水平方向静风现象增多，不利于大气污染物扩展稀释，却容易在城区和近郊区周边积聚。灰霾天气形成外因之二是大气垂直方向出现逆温现象。逆温层好比一个锅盖覆盖在城市上空，这种高空气温比低空气温更高逆温现象，使得大气层低空空气垂直运动受到限制，导致污染物难以向高空飘散而被阻滞在低空和近地面
13、。灰霾天气形成外因之三是悬浮细颗粒物和气态污染物增加。近年来，随着城市人口增长、工业持续发展和机动车辆猛增，使得悬浮细颗粒物PM52和气态污染物二氧化硫、氮氧化物大量增加，PM52中可溶性粒子如硫酸盐、硝酸盐、铵盐以及有机酸盐等具强吸水性，它们与水蒸气结合在一起，形成灰霾天气，让天空瞬间变得灰蒙蒙；燃煤排放废气和机动车排放尾气中二氧化硫、氮氧化物是大气细颗粒物PM52中硫酸盐、硝酸盐前体物，二氧化硫和氮氧化物与空气中其他污染物经过了一系列复杂化学反应形成硫酸盐、硝酸盐等二次颗粒，由气态污染物转化成固态污染物，成为PM52主要成分，二次污染过程成为PM52升高最主要原因，加重灰霾天气的形成与持续
14、。13太原市环境概况131行政规划1997年5月8日，太原调整行政区划，市区分为杏花岭区，迎泽区，小店区，尖草坪区，万柏林区和晋源区。形成了6区3县1市，2个国家级开发区，2个省级开发区的格局。全市共有51个街道办事处，461个社区委员会，21个镇，33个乡，1013个村委会，1632个自然村。辖区总面积6988平方千米，其中市区面积1460平方公里，城区建筑面积400平方公里。截止到2014年，太原市总人口达42989万，中心城区常住人口300万，流动人口100万，人口自然增长率501。太原市土地状况如表3所示。表3太原市土地使用状况指标面积（平方公里）占总面积（）总面积69881000按地
15、形分平原1240177丘陵2117303山地3631520按特征分农用地5778827耕地1172168园地17625林地2768396草地1662238建设用地975140农镇村及工矿用地66795交通运输用地14421水域及水利设施用地16423其他用地23534132地理位置，地形地貌太原位于山西省境中央，太原盆地的北端，于华北地区黄河流域中部，地处南北同蒲和石太铁路线的交汇处。地理坐标为东经1113011309，北纬37273825。，东西横距约144公里，南北纵约107公里。太原市东、西、北三面环山，中部和南部为汾河冲击扇平原，地势低平，南宽北窄成扇形，北高南低逐渐倾斜，呈簸箕形。地
16、形复杂多样，以山地、丘陵为主，约占全市总面积的45；平原、谷地约占15。海拔最高点为2760米，最低点为760米，平均高度800米。太原市城区坐落在汾河两畔海拔780米至800米的平原上。太原市由于相对高差大，自然条件变化显著，因而在不同海拔区域和同一地区的不同高度，有着不同的生态环境。133太原市气候特征太原属北温带大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。年平均气温95，无霜期平均202天，年均降水量456毫米。太原由于其地形复杂多样，海拔高度差异较大，海洋性气候对境内的影响，形成了北温带大陆性气候。冬无严寒、夏无酷署、四季分明、日照充足，昼夜温差较大，夏秋降雨集中，冬春旱多风。年平均温度为
17、95C，一月平均64C，七月平均23C。霜冻期为十月中旬至次年四月中旬，无霜期平均149175天。年均降水量4684毫米。由于山地、丘陵、平原、河谷等多种地形的差异和海拔高度的悬殊，使各类地形在气温、降水、气压、日照等气象要素方面差异明显，气候特征多样，形成了温暖气候区、温和气候区、温凉气候区和冷凉气候区四个不同的气候区域。太原市基本气候指标如表4所示。表4太原市基本气候指标指标单位数量平均气温摄氏度74109日照时间小时22742597无霜期天155192降水量毫米40149714太原市污染源特征141太原市能源结构太原市作为全国的重化工业基地，煤炭消耗量居全国省会城市之首。主要能源有煤炭、
18、电力、煤气、液化气、汽柴油等，其中煤炭消费比例占7580，成为太原市最主要的能源；其次是电力，消费比例为12一16，且是以火电为主。这就表明，以煤炭为主的一次能源消费量占太原市整个能源消费结构的一半以上，这样的能源消费结构是不合理的，这也是使太原市成为典型污染城市的重要原因。据统计，全市PM10和SO2大部分来自于煤炭的直接燃烧，尤其是冬季采暖期，采暖设备比较分散，多为大型锅炉，污染十分严重。142太原市产业结构太原市作为全国的能源重化工基地，高投入、高消耗、高污染和低效益曾是太原市传统经济的突出特征。高新技术比重低，企业自主创新能力和科研水平差，产品附加值低，单位GDP所耗资源高。2011年
19、太原市3大产业比例分别为16456528，三大产值对经济增长的贡献率分别为O5，525、47这种现状与“三、二、一”的产业结构不相符，不利于太原市经济的持续发展。此外，太原市工业废物的治理水平也不高，不能长期稳定达标。据2011年太原市污染源普查，全市工业废气治理设施L200套，其中脱硫设施仅150套；有的企业有脱硫设施，但SO2处理效率较低，全市工业SO2平均处理率为49，不能长期稳定达标，超标的污染物长期排放，导致市区大气环境不能达到国家二级标准。氮氧化物根本不做任何处理，就直接排放。虽然目前符合国家空气质量二级标准，但如果不使用脱氮设施，进行污染物处理，氮氧化物的持续增加将加重空气污染。
20、143太原市机动车增长迅速随着经济快速发展，人均收入不断提高，太原市机动车保有量迅速增加。自2001年以来，太原市机动车以平均20以上的速度递增，由2001年的2852万辆增至2012年9月底的82万辆，与此同时，太原市平均每天新增约350辆汽车。相比之下，太原市公交系统发展不完善，交通结构不合理，道路面积增长缓慢，最主要的是，高架桥与地下通道稀少，行人大量的涌现在路上，导致城市交通拥堵，这样不仅浪费了资源，而且加重了大气污染根据污染源普查数据，2009年全市机动车排放到大气中的污染物为25万T，其中，氮氧化物28万T，总颗粒物023万T。机动车尾气排放已经成为太原市空气的又一重要污染源，将给
21、城市带来新的污染。144太原市空气污染物组成大气污染颗粒物的成分复杂，来源众多，经过对太原市能源，产业，以及TSP的调查研究发现，太原市的颗粒污染物主要有以下几类1）建筑水泥尘主要是水泥生产企业有组织和无组织排放的水泥飞灰；建筑施工及生产过程中排放的以水泥成分为主的建筑施工材料飞灰。其特点是水泥企业的粉尘是太原市的工业粉尘的重点排放源；太原市城区内建筑施工地较多，污染源分散，排放点低。2）城市扬尘由于风力或人群活动等作用，把落到城市地面上的各源类所排放的尘再次或多次扬起扩散到空气中，形成一种混合的尘，称为城市扬尘。扬尘在颗粒物中占有相当大的比重，是造成颗粒物污染的主要原因。我国城市尤其是大多数
22、的北方城市，扬尘污染都已相当严重。近年来，太原市由于道路施工、住房建设增加很快，土方工程量很大。这些施工场地遍布太原市各地，由于施工机械，车辆引起的土壤扬尘量非常大，而控制又很困难。另外，由于太原市独特的地形、气候的特征，导致道路扬尘逐渐成为太原市大气颗粒物的重要来源之一。3）煤烟尘城市中的烟煤尘一般包括工业燃煤飞灰和民用燃煤飞灰，工业燃煤飞灰是指工业锅炉、工业窑炉、电厂锅炉及其他的工业燃煤源从烟囱中排放的飞灰。太原市属工业城市，工业用煤量较大，虽然绝大部分用煤单位都采取了除尘措施，但仍有相当大一部分煤烟尘排放到大气环境中，成为我市大气颗粒物的重要来源。在太原市很多燃煤大户均使用高烟囱，以利于
23、污染物的扩散，但同时也造成燃煤排放的颗粒物在全市范围内的影响比较严重。4）机动车尘机动车尘是指燃汽油和柴油的机动车排放的尾气中的时飞灰。随着太原市经济建设的发展，人民生活水平的不断提高，机动车拥有数量呈逐年递增的趋势。机动车数量的迅速增长，在给人民生活和工作带来方便的同时，也加剧了太原市大气颗粒物污染的态势。据统计，截止2005年底，太原市机动车累计数量达27361L辆。较2000年增加50955辆，增幅为229。交通发达，车流量的加大，导致机动车行驶过程中造成的颗粒物二次污染越来越严重。5）钢铁尘钢铁行业尘的排放源主要有以下几种烧结炉、炼焦炉、化铁炉、转炉和电炉、轧钢加热炉等设备的有组织和无
24、组织排放的各类飞灰。太原市钢铁尘造成的颗粒物污染以国防工办采样点为最严重，其原因在于距该采样点附近有太钢集团有原料场、焦化厂、炼铁厂、炼钢厂和轧钢厂，以及机器制造、金属加工企业。大量的钢铁尘是在生产过程中以无组织形式排放的，排放点很低，影响范围也就比较有限。6）土壤风沙尘由于自然风力作用，把地面的土壤、沙砾扬起到空气中的尘称为土壤风沙尘。土壤风沙尘主要来源于城市周边的裸露农田、山地、干枯的河道和城市内部的裸露地面等。太原市属于大陆暖温带季风气候，春季温差较大，干旱多风沙，加之由于太原市山地、丘陵、平原、河谷等多种地形差异，植被的减少，裸露地面的大量存在以及城市周围生态环境的恶化，导致太原市春季
25、风沙频发，几乎每年都会发生严重的沙尘暴天气，加剧了太原市大气环境的颗粒物污染程度。15国内外研究进展发达国家对大气污染的研究比较早，同时大气污染防治体系也早于我国。英国早在19世纪就制定了阿尔卡利法和公共卫生伦敦法，并于1956年颁布了专门针对大气了清洁空气法1970年、1977年和1990年均有重要修订，成为大气污染防治的主要法律依据。同期还制定了机动车空气污染控制法、国家环境政策法、能源供应与环境协调法及一系列修正案等。日本于20世纪50年代颁布了烟尘限制法、公害对策基本法、大气污染防治法、减少汽车氮氧化物总排放量的特殊措施法、环境基本法等大气污染治理的综合性法律体系。上述三国的主要地区和
26、城市大多基于国家法规甚至先于国家立法制定了更严格的地方性法规条例体系。1985年美国国家环境保护局将原颗粒物指示物TSP项目修改为PM10,1997年美国环保局又修改了PM52的最高限值。同时，加拿大、澳大利亚、日本也在PM10和PM52研究方面做了大量工作。我国在2012年的新标准才规定PM52的浓度限值。世界各国或组织规定的颗粒物浓度限值如表5所示。表5国家/组织颗粒物浓度限值国家/组织PM52PM10年平均24小时平均年平均24小时平均3/MUG3/MUG3/MUG3/MUGWHO准则值10252050WHO过渡期目标1357570150WHO过渡期目标2259090100WHO过渡期目
27、标3153753075加拿大825澳大利亚82550美国1535150日本1535100欧盟25354050中国357570150151PM10和PM52的危害进展研究（1）对能见度影响的研究细粒子对光的散射和吸收是导致能见度降低的主要原因。大气能见度是衡量城市空气质量标准的重要指标，随着工业化城市建设的进行以及经济的迅速发展，大气颗粒污染物愈发严重，导致城市能见度越来越低。通过多位学者的研究表明细粒对大气能见度的影响远大于粗粒；而且颗粒物对大气能见度的影响成正相关，湿度越大影响越大能见度越低。（2）对人体健康的影响生活在灰霾天气可出现憋气、咳嗽、头晕、乏力、犯困、反胃、恶心、易怒等不良反应。
28、灰霾天气主要成分细颗粒物PM52能直接进入人体呼吸道和肺叶,并沉积于上、下呼吸道和肺泡中，引起鼻炎、支气管炎等病症，长期处于这种环境还会诱发肺癌。同时，长期生活在灰霾天气下会严重影响心理健康，导致人抑郁，精神不振，产生心理疾病。（3）对农业的影响灰霾天气会降低到达地面的太阳辐射，减少日照时数，减少日照时数就会减少农作物的光合作用，同时附着在农作物表面的灰霾同样会影响植物的呼吸作用和光合作用，导致农作物减产，影响农业生产的总体产值。16论文内容及结构本研究主要包含以下内容（1）采集太原市2014年3月到2015年3月太原市各监测点PM10以及PM52的自动监测站数据，根据数据分析PM10以及PM
29、52时间分布特征以及总的污染特征。（2）从气象网站获取数据，包括温度，湿度，压强，风速，主导风向以及降雨量等数据，并结合PM10和PM52的浓度分析气象因素对PM10和PM52的浓度影响。2、研究方法21数据采集PM10和PM52的污染根本来源于污染源的排放，但其浓度变化却随着当地气候以及气象因子的变化而变化。通过数据统计及相关性分析得知长春市PM10的质量浓度与气温呈显著负相关，与平均气压、相对湿度和平均风速无显著的相关关系；北京市PM10和PM52与各气象因素均无显著相关关系；兰州市PM10与气温和平均气压均有一定的相关关系。211大气污染物资料收集2014年3月1号至2015年2月28号
30、太原市大气污染颗粒物PM10和PM52的历史数据，数据资料来源于天气网。并进行统计分析，研究太原市PM10和PM52总体水平浓度，以及PM10和PM52的质量浓度年变化，季度变化和月变化。对太原市PM10和PM52的质量浓度变化进行规律性总结。212气象因素资料收集太原市2014年3月1号至2015年2月28号的气象资料，其中包括日平均气温（）、日平均气压（HPA）、日相对湿度（）、以及日平均风速（M/S）和风向以及降雨量（），资料来源于气象网站HTTP/WWWWUNDERGROUNDCOM。22相关分析通过以上数据的统计及规律分析，分别对PM10和PM52与各气象参数之间进行相关性分析，研究
31、PM10和PM52与气象因素之间的关系。并采用空白对照法，分别进行单个参数对PM10和PM52的质量浓度的影响。以研究太原市灰霾天气与气象因素之间的关系。3、结果与讨论大气颗粒污染物的浓度是反映大气颗粒物污染水平的一个重要指标，这个浓度通常用质量浓度来表示，即单位体积空气中颗粒物的质量，单位为3/MUG。我国新发布的环境空气质量标准（GB30952012）规定，PM10的一级标准为日均值3/50MUG，年均值为3/40MUG，二级标准为日均值3/150MUG，年均值为3/70MUG；PM52的一级标准为日均值3/35MUG，年均值3/15MUG，二级标准日均值为3/75MUG，年均值3/35M
32、UG。将采集的太原市PM10和PM52质量浓度数据与环境空气质量标准（GB30952012）进行比较分析，即可得知太原市PM10和PM52污染状况。31PM10和PM52总体水平浓度将太原市PM10数据进行整理分析得出表6，由表6可知，监测期间太原市PM10日平均浓度范围为2873/MUG3703/MUG，平均值为12483/MUG最高日均值为17683/MUG，是二级标准的25倍。年均值为12483/MUG为二级标准的17倍。监测期间最高月份为10月为17683/MUG，同时4月、5月、11月、12月和1月均值也较高超过年均值。监测的365天二级达标数位285天，达标率78。从浓度均值来看，
33、太原市PM10仍然存在较重的污染，同时，从最小值到最大值的跨度变化表示，10月以及11月的PM10污染存在较大波动性。6月、7月、8月以及9月的污染状况最轻。表6太原市各月份PM10监测数据统计表月份PM103/MUG采样天数/D达二级标准天数/D达标率/最小值最大值平均值2014年3月57268597931144512014年4月592286143830186002014年5月6122326132331227012014年6月501597943430299672014年7月2791895103131278712014年8月384169482131289032014年9月37616279173
34、0299672014年10月2873201176831134192014年11月353324414893015502014年12月493370148831206452015年1月447249128331206452015年2月51196710292825892统计2793701248365260712将太原市PM52数据进行整理分析如表7太原市PM52日平均质量浓度范围为953/MUG21123/MUG，平均值为6443/MUG，对比环境质量空气标准（GB30952012）中PM52二级标准进行分析比较得知，太原市PM52污染严重月份为10月、11月、12月以及1月。最高日均值为21123/M
35、UG是标准浓度的28倍，年平均值为6443/MUG为二级标准浓度的18倍。监测的365天达标率为712。从日浓度变化跨度来看，污染较为严重波动性较大的分别是10月、11月、12月以及1月。其他月份污染程度较轻，6月、7月、8月、9月PM52污染状况较为良好。表7太原市各月份PM52监测数据统计表月份PM52（3/MUG）采样天数/D达二级标准天数/D达标率/最小值最大值平均值2014年3月215125161031237412014年4月298126262530227332014年5月15612151031278702014年6月16986845830268662014年7月1241078490
36、31299352014年8月119104342231278702014年9月15892647130289332014年10月95211294931165162014年11月112231391330144662014年12月181255684831196122015年1月226172983331123872015年2月19315216502817607统计952112644365260712通过对PM10以及PM52的数据统计分析，两者呈现出的污染规律较为相似10月、11月以及12月污染状况最为糟糕，6月、7月、8月以及9月污染状况较轻。32PM10和PM52时间分布特征321PM10和PM52
37、随季节的变化特征根据太原市的规律的气候变化特征，将太原市四季划分为春季（2014年3月2014年5月）、夏季（2014年6月2014年8月）、秋季（2014年9月2014你那11月）、冬季（2014年12月2015年2月）。通过数据统计，太原市可吸入颗粒物PM10和PM52质量浓度随四季的变化情况如图5所示。图5太原市各季节PM10和PM52均值由图5可知太原市春季，秋季，冬季PM10污染较为严重，虽然均值均达到国家二级标准，但是相对于夏季而言春季、秋季以及冬季的污染整体水平较高。秋季和冬季的PM52污染较为严重，均超过国家二级标准。同时，通过比较来看，太原市PM52的污染情况要严重于PM10
38、的污染情况。太原市的气象条件和颗粒物污染源决定了PM10和PM52质量浓度随季节变化的规律。2014年太原市冬季日照时间短，天气寒冷少雪，逆温天气发生频率高、持续时间长，气象条件不利于颗粒物的扩散和清除，加上燃煤供暖增加的额外污染源导致PM52和PM10的污染总体看来在冬季较为严重。秋季节降雨量低，同时太原市开始集中供暖，农业燃烧物也较多，有风天气较多，虽然促进颗粒物的扩散稀释，但同时会造成扬尘天气，因此太原市的颗粒污染情况在秋季最为严重。太原市夏季气温高，大气对流作用加剧，利于颗粒物的稀释扩散，同时降雨量的增加有利于颗粒物的加湿沉降，加上燃煤污染减少，所以太原市夏季颗粒污染物浓度低于其他三个
39、季节。总体来看，太原市PM52污染高于PM10污染。且秋冬两季最为严重，夏季污染程度最低。322太原市PM10和PM52随月份的变化规律将所调查的PM10和PM52数据月平均值整理成图6，可以清晰的看到PM52和PM10随月份变化的规律。图6PM10和PM52随月份变化规律图从图6可以看出从4月份开始到6月份PM10和PM52的质量浓度呈下降趋势，6月份到9月份趋于平稳，9月份到10月份快速升高以后并呈逐渐下降趋势。月份变化规律与季节变化规律基本吻合，同样随着气候气象，以及污染源的变化而变化，同时当PM10的浓度变化时，PM52的浓度也有着相似的变化。PM10和PM52的质量浓度在8月份处于最
40、低水平，在10月份处于全年的最高水平。323PM52/PM10时间变化规律以及相关性分析PM52/PM10代表可吸入颗粒物中细粒子的含量，它可以反映颗粒物的污染水平，颗粒物中细粒占的比值越大，污染水平越高。通常认为PM52/PM10比值在3040之间污染较轻，在5070之间污染较重。对采集的数据进行分析整理如表8，由表8可知，太原市PM52/PM10值在381627之间，均值为499，比值在5070之间共191天，说明太原市空气质量污染较为严重。表8PM52/PM10数据月份PM52/PM10（）最大值最小值平均值5070之间/D2014年3月66426742582014年4月60521343
41、982014年5月63918938142014年6月631279466142014年7月589332464122014年8月633306488152014年9月672349509182014年10月698309506152014年11月728317578252014年12月685260512192015年1月771425627292015年2月81631560424不同月份PM52/PM10值差别较大，如图7所示，5月份PM52/PM10值最低，1月份PM52/PM10值最高。5月份太原市风速以及西北风向天气增多，风扬起的尘土增加了空气中的PM10，对PM52的贡献不大，故PM52/PM10数
42、值最低；6,7,8月份太原市进入夏季，光照强，大气中的气体组分容易发生光化学反应，生成二次气溶胶，而二次气溶胶主要是PM52，故PM52/PM10的比值逐渐变大；12月至23月为供暖期供暖期PM52/PM10的值达到全年最高点，说明燃煤对PM52的贡献较大，对PM10的贡献较小。数据进一步表明冬季太原市空气质量最差，对人体危害最大。图7PM52/PM10随月份变化图以PM52质量浓度为横坐标，PM10质量浓度为纵坐标，做PM10和PM52的相关性曲线图，如图8所示，PM10的质量浓度随PM52质量浓度的增加而增加，两者之间有显著的正相关，相关方程98236294715210PMPM695502
43、R,可见太原市PM10和PM52有着相同或相似的来源。图8PM10和PM52的相关性曲线33采集数据期间太原市气象变化特征大气污染与气象条件密切相关。影响城市大气污染物浓度的主要原因取决于污染源的排放量的多少，性质和排放强度，另一方面取决于当地的气象条件。气象条件对大气污染物的影响主要是扩散稀释和沉降作用。因此同一污染源在不同气象条件下产生的污染浓度也是不同的。331监测期间太原市气象因素数据汇总表9监测期间太原市气象因素汇总季度月份平均气温平均相对湿度平均压强HPA平均风速公里/小时降雨量春季2014年3月7903464101861868四天19302014年4月13935090101660
44、836六天12202014年5月187063741010511103四天4013夏季2014年6月14464936100846906七天64502014年7月23456351100832809十一天81542014年8月22036287101170729十一天5334秋季2014年9月18067073101580743十天41082014年10月12836284102083745五天7932014年11月3765293102336733三天355冬季2014年12月3773219102683945无2015年1月2513996102506729两天2542015年2月0324014102214
45、932三天939从统计表格分析，太原市气温规律四季分明，夏季平均气温20左右，春季平均气温13左右，秋季平均气温为11左右，冬季平均气温降至零下。相对湿度为夏季居高，冬季最低。太原市压强全年基本保持稳定，波动变化较小，全年保持在1008HPA1026HPA之间。风速在春冬两季较高，秋季基本保持稳定，夏季成风速降低趋势。全年降雨集中在夏季，将于天数约占全季度的三分之一，总降雨量为19938占全年降雨总量的594。冬季降雨最少，春秋两季较平均。332监测期间太原市风向统计图9监测期间太原市风向统计图由图9可以看出，太原市主导风向为西北风，占全年27，在全年有风天气中四分之三。太原市的地形。北、西、
46、东三面环山，太原市的风向表明当刮西北风时。由于东南部山地的阻挡，大气污染物不易扩散出市区，在太原市区徘徊，加重污染。图10监测期间各月份西北风天数由图10可以看出太原市秋冬季节西北风比较频繁，从十月开始，西北风出现频率在50以上。太原市冬季PM10和PM52污染浓度均高于春夏两季，由太原市风向统计表明，太原市PM10和PM52冬季质量浓度过高的原因与太原地区的西北风向有直接的关系。34PM10和PM52的质量浓度与各气象因素之间的相关分析气象条件对大气污染物浓度所产生的影响主要表现为对大气污染物扩散稀释作用和沉降作用。对大气污染物的稀释有直接关系的主要为风向，风速；对大气污染物有稀释作用的主要
47、为降雨。温度随着高度的升高会产生逆温现象。城市建设会形成热岛效应，所以温度对PM10和PM52的质量浓度同样会产生一定的影响。有研究表示，当空气中湿度较大时，空气中的水蒸气容易以微尘为凝结核形成雾，致使粒子变重，沉聚在低层大气中，形成一层阻挡层阻碍空气的扩散，导致空气中颗粒物增加。当地面受低压控制时，四周高压气团流向中心，中心的空气便形成上升气流，使空气污染物向高空扩散；当地面受高压控制时，会导致四周空气污染物向地面聚集。加重空气污染。所以对太原市监测期间PM10和PM52的质量浓度与各气象因素之间进行相关分析。探明太原市灰霾天气与气象因素之间的关系。341降雨对PM10和PM52质量浓度的影
48、响2014年3月至2015年2月太原市详细降雨资料如表9所示。据统计全年有66天有降雨，其中5天有降雪分别是11月的一天1月的2天和2月的2天。其余61天为降雨。全年降雨量为33496MM夏季降雨量最多，为19938MM，春季次之为7163MM，秋季为5202MM，冬季降雨量最低为1193MM。表10太原市降雨资料季节月份降雨天数/D降雨量/MM春季2014年3月419302014年4月612202014年5月44013夏季2014年6月764502014年7月1181542014年8月115334秋季2014年9月1041082014年10月57932014年11月3355冬季2014年12
49、月002015年1月22542015年2月3939监测期间PM10和PM52的浓度与降水量的关系如图11所示，太原市7月份降雨量最大，PM10和PM52的浓度在8月份最低，12月份降雨量最低，PM10和PM52的浓度在十月份最高，整体来看，PM10和PM52的质量浓度与降雨量关系成反比。11月和1月，2月降雪与降雨产生的影响相同。由于太原市降雨较为集中，为夏季集中在7、8月份。所以进一步研究降雨量与颗粒物浓度的关系分别对各个季度相对月份进行相关性分析。图11颗粒物浓度与降水量的关系选取降雨量较多的7、8、9月份进行对照分析，得到图12（A）,、12（B）和12（C）。图12（A）2014年7月颗粒物浓度与降雨量关系图12（B）2014年8月颗粒物浓度与降雨量关系图12（C）2014年9月颗粒物浓度与降雨量关系由图12（A）,、12（B）和12（C）可知，降雨量对颗粒物的清除作用非常明显，以7月8、9、10日为例，降雨前PM10和PM52的颗粒物浓度分别为18953/MUG和10783/MUG，经过8日889MM的降雨后PM10和PM52的浓度分别降至14243/MUG和843/MUG，去除效率为25和23；再经过9日2997MM的降雨后PM10和PM52的
