济南市能见度与大气污染物的关系研究

摘要

能见度是大气环境质量的特征因子，雾霾发生往往伴随着大气能见度的降低。导致能见度下降的影响因素非常复杂，气象因素、大气颗粒物和气体污染物的组成及分布等都将会导致颗粒物对光的吸收和散射作用发生变化，从而导致能见度下降的程度不同。因此，全面系统研究能见度与大气污染物的关系，找出其主要影响因子，分析PM2.5化学组分对能见度下降影响程度有利于进一步理解济南市能见度变化趋势，为今后能见度改善政策的制定提供一定参考，同时也为其他地区有一个较好的启示。
　　本研究依托济南市3个典型空气自动监测子站，于2013、2014年分别对可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、气象因子及能见度进行了连续自动监测，结合PM2.5手工采样并进行化学组成（NH4+、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Cl-、SO42-、NO3-、OC、EC）分析，研究济南市大气能见度及空气污染物的特征规律。研究表明:
　　1.济南市大气能见度的平均值分别为:春季（3、4、5月份）11.67Km、夏季(6、7、8月份)9.52Km、秋季（9、10、11月份）9.53Km、冬季（12、1、2月份）8.09Km。且主要集中在6级(2.0≤v＜5.0 Km)、7级(5.0≤v＜10.0 Km)、8级（10.0≤v＜20.0Km）三个级别;整体能见度在10Km以下的天数接近一半以上，济南市大气能见度水平较低。
　　2.济南市PM10平均值分别为:春季0.186 mg/m3、夏季0.148 mg/m3、秋季0.186 mg/m3、冬季0.245 mg/m3; PM2.5平均值依次为0.084 mg/m3、0.078 mg/m3、0.098 mg/m3、0.145mg/m3;颗粒物污染物较为严重。SO2平均值分别为:春季0.072 mg/m3、夏季0.054 mg/m3、秋季0.076 mg/m3、冬季0.145 mg/m3。NO2平均值分别为:春季）0.048 mg/m3、夏季0.041mg/m3、秋季0.064 mg/m3、冬季0.075 mg/m3。CO平均值分别为:春季1.229 mg/m3、夏季1.081 mg/m3、秋季1.433 mg/m3、冬季2.029 mg/m3。O3平均值分别为:春季0.075mg/m3、夏季0.093 mg/m3、秋季0.064 mg/m3、冬季0.044 mg/m3。颗粒物、NO2、SO2、CO变化规律相似，与能见度呈一定负相关;O3与能见度成一定程度正相关。
　　3.利用SPSS19.0进行逐步回归分析济南市3子站环境空气常规六项(PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3)及气象五参数（风向、风速、温度、湿度、气压）小时均值监测数据，济南市春、夏、秋、冬四个季节能见度影响因子前二位均为PM2.5、湿度，且R2依次为0.645、0.851、0.818、0.806,整体相关性较好。进一步确定在不同湿度范围内济南市能见度与PM2.5质量浓度定量表征，在湿度范围0％～40％，-8.033-7.254*lnρ(PM2.5+6.812);40％～60％,-7.082-5.738*lnρ(PM2.5-0.011);60％～80％,-5.237-4.186* lnρ(PM2.5-0.009);80％～100％,-2.4807-1.950*lnρ(PM2.5-0.009)。
　　4.济南市PM2.5化学组分中可溶性离子NH4+、Cl-、SO42-、NO3-等主要组分浓度均有明显的季度变化，采暖季NH4+、Cl-、SO42-、NO3-浓度分别为风沙季的3.24、4.17、1.54、2.91倍;Ca2+、Mg2+、Na+浓度变化不明显，K+采暖季浓度是风沙季的2.16倍。进一步对能见度首要影响因子PM2.5化学组分的研究显示，整体来看硫酸盐、硝酸盐、有机碳对大气消光系数贡献值分别为37.75％、20.34％、19.72％，处于前三位。但风沙季、非采暖季、采暖季又存在明显的季度特征:风沙季，硫酸盐、粗颗粒物(coase mass)、有机细粒子、硝酸盐对消光系数贡献率分别为34.64％、19.90％、19.83％、13.80％，粗颗粒物处于第二位;非采暖季，硫酸盐、硝酸盐、有机细粒子对消光系数贡献率分别为45.58％、22.61％、14.60％，硫酸盐的贡献率为三个季度最高;采暖季，有机细粒子贡献率(24.72％)与硝酸盐贡献率(24.60％)相差不大。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 本研究内容和意义

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 本研究的贡献及意义

第二章 采样与分析

2．1 监测点位

2．2 自动监测

2．2．1 颗粒物质量浓度在线监测

2．2．2 气态污染物质量浓度在线监测

2．2．3 能见度在线监测

2．2．4 气象参数在线监测

2．3 手工监测

2．3．1 滤膜处理

2．3．2 水溶性离子分析

2．3．3 有机碳／元素碳含量测定

2．4 数据分析方法

2．4．1 在线监测数据有效性判定

2．4．2 监测数据统计方法

第三章 济南市能见度及大气污染物浓度特征分析

3．1 济南市城市背景与气候概况

3．1．1 城市背景

3．1．2 气候概况

3．2 大气能见度变化特征

3．2．1 济南能见度季度变化特征

3．2．2 济南能见度小时变化特征

3．3 颗粒物浓度变化特征

3．3．1 颗粒物(PM10、PM2.5J季度均值变化特征

3．3．2 颗粒物(PM10、PM2.5)小时均值变化特征

3．4 气态污染物浓度变化特征

3．4．1 气态污染物季度均位变化特征

3．4．2 气态污染物浓度小时变化特征

3．5 小结

第四章 济南市能见度的影响因素及定量表征

4．1 大气能见度与颗粒物(PM10、PM2.5)浓度的关系

4．1．1 大气能见度与颗粒物(PM10、PM2.5)质量浓度变化趋势

4．1．2 大气能见度与颗粒物(PM10、PM2.5)拟合

4．2 大气能见度与气态污染物的关系

4．3 大气能见度与气象因子的关系

4．3．1 能见度与湿度之间关系

4．3．2 能见度与风速(SD)之间关系

4．4 大气能见度特征影响因子时间滞后性分析

4．5 大气能见度与主要影响因子的定量表征

4．6 小结

第五章 大气能见度与细颗粒物(PM2.5)化学组分的关系

5．1 济南市细颗粒物化学组分分析

5．1．1 济南市细颗粒物化学组分特征

5．1．2 济南市细颗粒物化学组分与能见度相关性分析

5．2 济南市细颗粒物化学组分对能见度贡献率

5．3 小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢