论文总字数：16118字

目 录

1引言 1

1.1气溶胶颗粒物 1

1.2国内外研究进展 1

1.3研究目的和意义 2

2 数据来源及研究方法 2

3气溶胶颗粒物质量浓度特征分析 2

3.1气溶胶颗粒物浓度日变化趋势和日平均值的地区分布 2

3.2气溶胶颗粒物浓度月变化及月平均值的地区分布 6

3.3气溶胶颗粒物浓度季节变化及季节平均值的地区分布 8

3.4相关性分析 12

4.结论 13

参考文献 14

致谢 16

中国气溶胶颗粒物质量浓度时空分布特征研究

卢阳倩

，China

Abstract: With the rapid development of China's industry, atmospheric aerosol particulate pollution has been an environmental problem due to huge emissions of industrial waste gas, traffic exhaust gas, and coal combustion. Based on continuous particulate observation data over 18 Chinese urban area from March 1, 2015 to February 29, 2016, the temporal, diurnal, monthly, seasonal variations of PM2.5 and PM10 mass concentrations, including their distribution characteristics, are analyzed. The PM2.5 and PM10 concentrations over representative districts, such as the Beijing-Tianjin-Hebei region, the Pearl River Delta, the Yangtze River Delta, the southwest China, the northwest China and the northeast China, are also studied. The spatial distribution of PM2.5 and PM10 mass LFconcentrations in China has obvious regional feature, with serious air pollutions in northern China, especially in Beijing-Tianjin-Hebei region and Henan province. The air quality over southeastern coast of China, such as Guangzhou and Fuzhou, is relatively good with mean PM2.5 and PM10 mass comcentrations generally ranging from 0 to 35 μg/m³. The mass concentrations of PM2.5 and PM10 show seasonal variations, with higher values in fall and lower values in summer over Changchun and Guangzhou, and generally higher values in winter and lower values in summer over other selected cities. The PM2.5 and PM10 mass concentrations have significant positive correlations, and they have negative correlations with temperature and wind scale. The correlation coefficients of PM2.5 mass concentration with temperature and humidity, are higher than those of PM10, but the correlation coefficients of PM2.5 concentration with wind scale are lower than those of PM10.

Key words: Aerosol; Mass concentration; Spatial-temporal; PM2.5; PM10;

1引言

1.1气溶胶颗粒物

气溶胶的定义可简单用一句话概括，即是由飘浮于大气中的固体颗粒或液体微粒，或者两者混合体组合而成的一个体系^[1]。气溶胶的的来源主要分为自然产生和人工导致两个方面，当然其最终产生往往还是受到多方面因素影响。化工染料的燃烧，汽车尾气的排放，锅炉制暖，工厂废其的排放，秸秆直接燃烧的不恰当处理，这些人类活动都将向大气中产生大量的气溶胶颗粒物；而自然界中植物的繁殖现象如花粉传播、柳絮飘扬，以及自然灾害如地震、海啸飞沫、火山爆发等，也将导致颗粒物质量浓度大量增加^[2]。中国空气污染日益严重,与人类休戚相关的大气圈,特别是拥有密集人口和繁重工业的城市大气，产生大量有害气体和污染物颗粒。这些污染物颗粒不是一个混乎不清的概念，以其粒径大小可划分成多类，常见的名词有可吸入颗粒物（PM10）与细颗粒物（PM2.5）。可吸入颗粒物PM10的定义是空气动力学直径不大于10μm的颗粒物;同样的，细颗粒物PM2.5的定义即为空气动力学直径不大于2.5μm的细颗粒物^[3]。

我们知道，整个地球的外围实际上是被大气圈所包裹住的，大气圈提供给人类赖以生存的气候条件，也保护着我们不受过多辐射的伤害。距离地面高度几十米左右的大气层里面的气体颗粒物，和我们的生活是息息相关的，这些颗粒物除了一部分是因为自然活动的发生而产生，绝大多数是从我们日常生活和工业生产中产生的。相反的，这些颗粒物质量浓度的大小又将对我们当下甚至未来的生活产生严重的负面影响^[4]。除了颗粒物的质量浓度，颗粒物的粒径大小也是一个不可忽视的重要研究问题，因为已经有研究报告证实，根据颗粒物直径的差别，被人体吸入的难易程度相应也有差异，直径越小的越容易被人体吸收，PM10可看作是能否可吸入的一个界定性颗粒，而PM2.5的粒径更小，可以经由呼吸道进入到肺泡当中，一部分沉积在肺部，一部分可以顺着血管，经由血液循环进入各个器官，从而引起呼吸道疾病和各类器官病变^[5]。

中国国土面积位列世界第三，幅员辽阔，不管是东西跨经度近60度，南北跨纬度近50度，这就直接导致了中国的气候类型繁多，地质地貌也因地域的差异而呈现不同的样貌，要研究中国地区的颗粒物质量浓度分布特征和变化特征，就必然要对大范围的地域进行研究。所以，本文主要对中国代表性地区（京津冀、西南、珠三角、西北、长三角以及东北地区）的省会城市或直辖市进行了数据采集和分析研究。在这些研究城市里面，绝大多数地区的沙尘天气并不多,城市生成气溶胶颗粒物的原因主要来自于人们日常的生产和生活,与城市发达程度及人口数量密集程度都有着密切的关系。如在全国城市中，工业经济较为发达且人口十分众多的北京、天津、上海、广州等城市，颗粒物浓度随着其工厂及人口数量的增多而增多，而这些颗粒物已被证实对当地的居民产生严重的健康威胁^[6]。

1.2国内外研究进展

国内的马雁军等^[7]研究了颗粒物的分布特征，还表明超细颗粒物、细颗粒物以及可吸入颗粒物，它们三者之间存在很好的相关性，且细颗粒物的日均值占可吸入颗粒物的日均值的比例和超标率都很大。焦艳^[8]的研究认为，风向与风力大小对颗粒物成分有一定影响，且温度升高，颗粒物浓度反而随着之减少。袁亮等^[9]研究表明，细颗粒物和可吸入颗粒物的质量浓度日变化均具有相同且显著的特征，且细颗粒物质量浓度增加，能见度减小。

国外Houthujis D等^[10]侧重于研究空气，认为近来几十年呼吸类疾病的增加与大气污染中的可吸入颗粒物浓度的增高有很大的联系。 Pope等^[11]认为，PM2.5的浓度变化对人类健康和大气能见度造成严重的负面影响。Jacobson^[12]研究表明，大气环境和各种气候效应受到气溶胶颗粒物浓度的影响。Ehminir^[13]则是研究影响颗粒物浓度的气象因素。

1.3研究目的和意义

研究目的在于想通过2015年3月-2016年3月为期一年的PM2.5、PM10质量浓度的连续观测资料，总体了解中国地区PM2.5和PM10的分布特征，以及研究京津冀、珠三角、长三角、西南、西北、东北地区的具有代表性城市PM2.5和PM10日变化、月变化、季节变化的趋势特征。

研究的意义在于国内虽然对于PM2.5和PM10研究很多，但绝大多数都是建立在一个城市或同一省内中的几个城市，或者是代表性地区涉及到的几个城市为对象的基础上进行研究，且都倾向于对颗粒物的来源、与气象因子的相关性以及影响因素这些方面做研究，像本文涉及到的如此多的城市研究对象且研究的是分布特征以及变化特征的研究还是很少的。而且，探测和研究中国大气中颗粒物质量浓度的分布及其变化有助于研究工作者了解其在中国的分布特征及其变化的特点与趋势，利用这些结论可以做出有益于人类生产和生活的研究，因势利导从而达到缓解甚至是解决空气污染所带来的困扰，这就使得对最直接与人类生产和生活相关的气溶胶颗粒物浓度展开研究是十分迫切和必要的。

2 数据来源及研究方法

本文研究了中国15个省会城市（即成都、长春、石家庄、南京、南昌、济南、太原、杭州、广州、福州、郑州、武汉、合肥、上海、长沙、西安）及3个直辖市（即北京、天津、上海），共18个城市市区在2015年3月1日-2016年2月29日期间PM2.5和PM10质量浓度的观测资料以及在在此期间长春市温度、相对湿度、风级的日变化资料。由于涉及的资料众多，故全部是从中国空气质量在线监测分析平台（www.aqistudy.cn)处获取,该平台支持全国367个监测城市，1498个监测点，覆盖全国大部分的地级市，数据真实可靠。通过数理统计的研究方法统计出研究对象的相关资料,以及采用相关性方法对长春市PM2.5和PM10质量浓度的相关性，以及对这两者各自与温度、湿度、风级的相关系数进行计算。

3 气溶胶颗粒物质量浓度特征分析

3.1气溶胶颗粒物浓度日变化趋势和日平均值的地区分布

本文利用2015年3月1日-2016年2月29日18个城市的气溶胶颗粒物浓度观测资料，分别统计出PM2.5和PM10一年中的日平均质量浓度，用来研究气体颗粒物质量浓度的日平均值在中国的分布特征；也统计了在一年中PM2.5和PM10的每小时下的平均质量浓度，用来研究典型区域空气颗粒物的日变化特征。图1为研究地区的日平均值分布，可以看出，PM2.5和PM10的日平均值在中国地区的分布具有地域性。图2为京津冀地区、长三角地区、珠三角地区、西北地区、西南地区、以及东北地区代表性城市在一年里PM2.5和PM10浓度的日变化。

从图1.1可以看出，南方沿海城市广州和福州的浓度日均值在0-35μg/m³之间，济南和石家庄的浓度日均值偏高，在115-150μg/m³之间，属于轻度污染，其余城市都在75-115μg/m³之间，状况良好；从图1.2中看到，除郑州和济南这两个城市浓度日均值在115-150μg/m³之间，属于轻度污染外，其余城市的浓度日均值都在75-115μg/m³之间，空气质量良好。

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