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摘要 利用空气质量监测数据和气象观测数据，采用统计分析方法，对武汉市2015年PM2.5变化特征及其与降水、气温、风速、气压和相对湿度的关系进行分析。结果表明，PM2.5浓度变化趋势呈U型，1～12月的浓度变化是逐渐先减小后增大；1～3、10～12月的浓度大于4～9月的浓度，其中1月浓度最大，7月浓度最小，冬季各个月份的浓度普遍比夏季高。PM2.5浓度与月平均气温、月降水量呈现负相关关系，与月平均气压呈现正相关关系，最大风速和平均相对湿度对于PM2.5浓度的影响存在双重性。
关键词 PM2.5；变化特征；气象要素；武汉市
中图分类号 S161文献标识码 A文章编号 0517-6611（2016）20-190-02
Abstract By using the air quality monitoring data and meteorological observation data， statistical analysis technique was used to analyze the relationship between PM2.5change characteristics and the precipitation， air temperature， wind speed， relative humidity and atmospheric pressure in 2015 in Wuhan City. Results showed that change trend of PM2.5concentration showed the shape of U. From January to December it gradually decreased and then increased. The concentrations of PM2.5from January to March， and from October to December were greater than that from April to September. Among them， concentration in January was the highest； that in July was the least. Concentration of each month in winter was generally higher than those in summer. PM2.5concentration was negatively correlated with monthly average temperature and monthly precipitation. It was positively correlated with average monthly atmospheric pressure. The maximum wind speed and relative humidity had duality impact on the concentration of PM2.5.
Key words PM2.5； Change characteristics； Meteorological elements； Wuhan City
PM2.5也称为可入肺颗粒物、细颗粒物，它的直径大小不到人的发丝的1/20[1]。PM2.5的污染危害是广泛的，但最主要的是体现在对人体健康的危害和大气能见度的影响2个方面[1]。PM2.5的粒径小、比表面积大，易于富集空气中的有毒有害物质，如更容易富集重金属元素，并可以随人的呼吸进入气管和支气管，甚至进入到肺泡和血液中，导致各种疾病[2]。PM2.5浓度高往往伴随着能见度的明显恶化，增加交通事故发生频率，还会降低农作物的光合作用，使农业减产等[3]。
武汉市位于长江及其最大支流汉江的交汇处，有“中国经济地理中心”之美誉，是湖北省省会及我国中部地区中心城市。近年来，武汉的经济和城市建设进程显著加快，快速发展过程中空气环境质量也不容忽视。PM2.5是武汉市空气中主要污染物之一。笔者利用2015年空气质量监测数据和气象观测数据，采用统计分析方法，对武汉市2015年PM2.5变化特征及其与近地面的气象要素的关系进行分析，以期为城市空气质量预报、地方相关部门大气污染治理防治等提供参考。
1 资料与方法
1.1 研究区概况
武汉市地处长江中下游平原、江汉平原东部（113°41′～115°05′E、29°58′～31°22′N），属亚热带季风性湿润气候区，具有雨量充沛、日照充足、四季分明、夏高温、降水集中、冬季稍凉湿润等特点。1月平均气温最低，为4.0 ℃；7月平均气温最高，为29.1 ℃，夏季长达3个多月；春秋两季各约2个月左右。初夏梅雨季节雨量较集中，年降水量为1 315.9 mm。
1.2 资料来源
空气质量监测数据来源于武汉市环保局。气象要素数据来源于武汉市气象局，包括气温、风速、相对湿度、降水、气压等。具体时段为2015年1月1日～12月31日。多年平均值为1981～2010年的平均值。
1.3 空气质量等级
根据HJ633—2012《环境空气质量指数》（AQI）技术规定（试行），将空气质量分为优、良、轻度污染、中度污染、重度污染、严重污染6个等级，对应的PM2.5质量浓度分别为0～35、35～75、75～115、115～150、150～250、>250 μg/m3[4]。
1.4 分析方法
利用空气质量监测数据和气象观测数据，采用统计分析方法，对武汉市2015年PM2.5变化特征及其与近地面气象要素（降水、气温、风速、气压和相对湿度）的关系进行分析。 2 结果与分析
2.1 PM2.5变化特征分析
2015年武汉市环境空气质量优良天数为192 d，优良率为52.6%。在全年173 d污染日中，武汉市首要污染物分别为PM2.5、O3、PM10、NO2，其中以PM2.5居多，占65.3%。由图1可见，2015年PM2.5污染总的变化趋势呈U型，是1～12月逐步先减小后增大，个别月份存在不同。1～3、10～12月的浓度大于4～9月的浓度，其中1月浓度最大，7月浓度最小，冬季各个月份的浓度普遍比夏季高。夏季污染相对较轻，这种季节性差异主要是由于夏季太阳辐射强，地面温度高，大气对流活动旺盛，不太容易形成逆温层且逆温层生成存在时间短，降雨天数较多，降雨量较大，这样促使PM2.5能够得到有效扩散或清除；冬季气温相对较低，风速较小，光照较弱，日照时间短，逆温层出现的频率高且持续时间长，不利于污染物扩散。1月PM2.5平均质量浓度最高，该月31 d出现霾的天数高达25 d。
2.2 PM2.5浓度与气象要素的关系
2.2.1 与降水的关系。
从图2可看出，月降水量越大，PM2.5平均质量浓度越低。降水具有湿清除作用，明显的降水有助于清除悬浮于空气中 PM2.5，降低空气中 PM2.5的质量浓度。
降水对PM2.5清除作用的发生时间与降水量有关。PM2.5是吸湿性气溶胶粒子，由于其是空气中重要的凝结核，具有“吸湿增长”的光学特性。降水量较大时，降水当天PM2.5浓度就开始下降。降水量特别小时，降水当天PM2.5由于吸湿增长作用质量浓度反而增大，次日开始降低。可见降水量特别小时，降水对PM2.5的清除作用具有滞后性。
2.2.2 与气温的关系。
由图3可见，PM2.5浓度与月平均气温呈显著的负相关，这与PM2.5浓度的季节变化规律相一致。气温从春季到夏季先逐渐升高，之后从夏季到秋季逐渐降低，冬季达到全年最低气温，对应的PM2.5浓度春季到夏季先减小，从夏季到秋季后增大，到冬季PM2.5浓度最高。1月平均气温最低，为5.2 ℃，对应1月的PM2.5浓度为131 μg/m3；7、8月平均气温较高，分别为27.2和27.7 ℃，对应7和8月的PM2.5浓度分别为36和41 μg/m3。
2.2.3 与风速的关系。
由图4可知，风速大小与 PM2.5质量浓度呈负相关，相关性不是很好。风速大小影响PM2.5扩散的速率，当风速偏小时会抑制PM2.5的扩散，且易形成近地层逆温，使近地面层污染物聚集，PM2.5质量浓度增大；当风速较大时，有利于PM2.5的扩散，PM2.5质量浓度减小，但当处于重污染城市下风方且风速较大时，反而会使当地的PM2.5质量浓度增大。因此，最大风速对于PM2.5浓度的影响存在双重性。
2.2.4 与气压的关系。
气压的高低分布形成了大气环流。在低气压场，存在垂直向上的运动，多有低云出现，容易出现降水天气，对PM2.5有一定的扩散清除作用，PM2.5浓度减少；在高气压控制下，多为晴好天气，扩散条件较差，PM2.5浓度增加。由图5可知，PM2.5月平均浓度随着平均气压的增大而增大，减小而减小。1、12月气压较高，PM2.5浓度较大；7月气压最低，PM2.5浓度最小。1～7月气压逐渐减小，浓度逐渐减小；7～12月气压逐渐增大，浓度逐渐增大。PM2.5浓度与地面平均气压呈正相关关系。
2.2.5 与相对湿度的关系。
由图6可知，相对湿度与PM2.5质量浓度无显著相关关系。当强降水天气时，相对湿度大，对PM2.5有清除作用，PM2.5质量浓度减小。但由于PM2.5是吸湿性气溶胶粒子，当降水很小或无降水、相对湿度较大时，大气中的 PM2.5容易吸湿增长，使得PM2.5质量浓度增大。因此，相对湿度对于PM2.5浓度的影响存在双重性。
3 小结
（1）PM2.5浓度变化趋势呈U型，1～12月逐步先减小后增大，1～3、10～12月的浓度大于4～9月的浓度，其中1月浓度最大，7月浓度最小，冬季各个月份的浓度普遍比夏季高。建议10～12、1～3月进行相关污染控制措施。
（2）PM2.5浓度与月降水量、月平均气温呈现负相关关系，与月平均气压呈现正相关关系，最大风速和平均相对湿度对于PM2.5浓度的影响存在双重性。
（3）明显降水对PM2.5的影响较大，有清除的作用。在污染比较严重时，可采取人工增雨改善空气质量。
参考文献
[1] 杨洪斌，邹旭东，汪宏宇，等.大气环境中PM2.5的研究进展与展望[J].气象与环境学报，2012，28（3）：77-82.
[2] 刘岩磊，孙岚，张英鸽.粒径小于2.5微米可吸入颗粒物的危害[J].国际药学研究杂志，2011，38（6）：428-431.
[3]王京丽，刘旭林.北京市大气细粒子质量浓度与能见度定量关系初探[J].气象学报，2006，64（2）：221-228.
[4] 环境保护部.环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）：HJ633—2012[S].北京：中国环境科学出版社，2012.
关键词 PM2.5；变化特征；气象要素；武汉市
中图分类号 S161文献标识码 A文章编号 0517-6611（2016）20-190-02
Abstract By using the air quality monitoring data and meteorological observation data， statistical analysis technique was used to analyze the relationship between PM2.5change characteristics and the precipitation， air temperature， wind speed， relative humidity and atmospheric pressure in 2015 in Wuhan City. Results showed that change trend of PM2.5concentration showed the shape of U. From January to December it gradually decreased and then increased. The concentrations of PM2.5from January to March， and from October to December were greater than that from April to September. Among them， concentration in January was the highest； that in July was the least. Concentration of each month in winter was generally higher than those in summer. PM2.5concentration was negatively correlated with monthly average temperature and monthly precipitation. It was positively correlated with average monthly atmospheric pressure. The maximum wind speed and relative humidity had duality impact on the concentration of PM2.5.
Key words PM2.5； Change characteristics； Meteorological elements； Wuhan City
PM2.5也称为可入肺颗粒物、细颗粒物，它的直径大小不到人的发丝的1/20[1]。PM2.5的污染危害是广泛的，但最主要的是体现在对人体健康的危害和大气能见度的影响2个方面[1]。PM2.5的粒径小、比表面积大，易于富集空气中的有毒有害物质，如更容易富集重金属元素，并可以随人的呼吸进入气管和支气管，甚至进入到肺泡和血液中，导致各种疾病[2]。PM2.5浓度高往往伴随着能见度的明显恶化，增加交通事故发生频率，还会降低农作物的光合作用，使农业减产等[3]。
武汉市位于长江及其最大支流汉江的交汇处，有“中国经济地理中心”之美誉，是湖北省省会及我国中部地区中心城市。近年来，武汉的经济和城市建设进程显著加快，快速发展过程中空气环境质量也不容忽视。PM2.5是武汉市空气中主要污染物之一。笔者利用2015年空气质量监测数据和气象观测数据，采用统计分析方法，对武汉市2015年PM2.5变化特征及其与近地面的气象要素的关系进行分析，以期为城市空气质量预报、地方相关部门大气污染治理防治等提供参考。
1 资料与方法
1.1 研究区概况
武汉市地处长江中下游平原、江汉平原东部（113°41′～115°05′E、29°58′～31°22′N），属亚热带季风性湿润气候区，具有雨量充沛、日照充足、四季分明、夏高温、降水集中、冬季稍凉湿润等特点。1月平均气温最低，为4.0 ℃；7月平均气温最高，为29.1 ℃，夏季长达3个多月；春秋两季各约2个月左右。初夏梅雨季节雨量较集中，年降水量为1 315.9 mm。
1.2 资料来源
空气质量监测数据来源于武汉市环保局。气象要素数据来源于武汉市气象局，包括气温、风速、相对湿度、降水、气压等。具体时段为2015年1月1日～12月31日。多年平均值为1981～2010年的平均值。
1.3 空气质量等级
根据HJ633—2012《环境空气质量指数》（AQI）技术规定（试行），将空气质量分为优、良、轻度污染、中度污染、重度污染、严重污染6个等级，对应的PM2.5质量浓度分别为0～35、35～75、75～115、115～150、150～250、>250 μg/m3[4]。
1.4 分析方法
利用空气质量监测数据和气象观测数据，采用统计分析方法，对武汉市2015年PM2.5变化特征及其与近地面气象要素（降水、气温、风速、气压和相对湿度）的关系进行分析。 2 结果与分析
2.1 PM2.5变化特征分析
2015年武汉市环境空气质量优良天数为192 d，优良率为52.6%。在全年173 d污染日中，武汉市首要污染物分别为PM2.5、O3、PM10、NO2，其中以PM2.5居多，占65.3%。由图1可见，2015年PM2.5污染总的变化趋势呈U型，是1～12月逐步先减小后增大，个别月份存在不同。1～3、10～12月的浓度大于4～9月的浓度，其中1月浓度最大，7月浓度最小，冬季各个月份的浓度普遍比夏季高。夏季污染相对较轻，这种季节性差异主要是由于夏季太阳辐射强，地面温度高，大气对流活动旺盛，不太容易形成逆温层且逆温层生成存在时间短，降雨天数较多，降雨量较大，这样促使PM2.5能够得到有效扩散或清除；冬季气温相对较低，风速较小，光照较弱，日照时间短，逆温层出现的频率高且持续时间长，不利于污染物扩散。1月PM2.5平均质量浓度最高，该月31 d出现霾的天数高达25 d。
2.2 PM2.5浓度与气象要素的关系
2.2.1 与降水的关系。
从图2可看出，月降水量越大，PM2.5平均质量浓度越低。降水具有湿清除作用，明显的降水有助于清除悬浮于空气中 PM2.5，降低空气中 PM2.5的质量浓度。
降水对PM2.5清除作用的发生时间与降水量有关。PM2.5是吸湿性气溶胶粒子，由于其是空气中重要的凝结核，具有“吸湿增长”的光学特性。降水量较大时，降水当天PM2.5浓度就开始下降。降水量特别小时，降水当天PM2.5由于吸湿增长作用质量浓度反而增大，次日开始降低。可见降水量特别小时，降水对PM2.5的清除作用具有滞后性。
2.2.2 与气温的关系。
由图3可见，PM2.5浓度与月平均气温呈显著的负相关，这与PM2.5浓度的季节变化规律相一致。气温从春季到夏季先逐渐升高，之后从夏季到秋季逐渐降低，冬季达到全年最低气温，对应的PM2.5浓度春季到夏季先减小，从夏季到秋季后增大，到冬季PM2.5浓度最高。1月平均气温最低，为5.2 ℃，对应1月的PM2.5浓度为131 μg/m3；7、8月平均气温较高，分别为27.2和27.7 ℃，对应7和8月的PM2.5浓度分别为36和41 μg/m3。
2.2.3 与风速的关系。
由图4可知，风速大小与 PM2.5质量浓度呈负相关，相关性不是很好。风速大小影响PM2.5扩散的速率，当风速偏小时会抑制PM2.5的扩散，且易形成近地层逆温，使近地面层污染物聚集，PM2.5质量浓度增大；当风速较大时，有利于PM2.5的扩散，PM2.5质量浓度减小，但当处于重污染城市下风方且风速较大时，反而会使当地的PM2.5质量浓度增大。因此，最大风速对于PM2.5浓度的影响存在双重性。
2.2.4 与气压的关系。
气压的高低分布形成了大气环流。在低气压场，存在垂直向上的运动，多有低云出现，容易出现降水天气，对PM2.5有一定的扩散清除作用，PM2.5浓度减少；在高气压控制下，多为晴好天气，扩散条件较差，PM2.5浓度增加。由图5可知，PM2.5月平均浓度随着平均气压的增大而增大，减小而减小。1、12月气压较高，PM2.5浓度较大；7月气压最低，PM2.5浓度最小。1～7月气压逐渐减小，浓度逐渐减小；7～12月气压逐渐增大，浓度逐渐增大。PM2.5浓度与地面平均气压呈正相关关系。
2.2.5 与相对湿度的关系。
由图6可知，相对湿度与PM2.5质量浓度无显著相关关系。当强降水天气时，相对湿度大，对PM2.5有清除作用，PM2.5质量浓度减小。但由于PM2.5是吸湿性气溶胶粒子，当降水很小或无降水、相对湿度较大时，大气中的 PM2.5容易吸湿增长，使得PM2.5质量浓度增大。因此，相对湿度对于PM2.5浓度的影响存在双重性。
3 小结
（1）PM2.5浓度变化趋势呈U型，1～12月逐步先减小后增大，1～3、10～12月的浓度大于4～9月的浓度，其中1月浓度最大，7月浓度最小，冬季各个月份的浓度普遍比夏季高。建议10～12、1～3月进行相关污染控制措施。
（2）PM2.5浓度与月降水量、月平均气温呈现负相关关系，与月平均气压呈现正相关关系，最大风速和平均相对湿度对于PM2.5浓度的影响存在双重性。
（3）明显降水对PM2.5的影响较大，有清除的作用。在污染比较严重时，可采取人工增雨改善空气质量。
参考文献
[1] 杨洪斌，邹旭东，汪宏宇，等.大气环境中PM2.5的研究进展与展望[J].气象与环境学报，2012，28（3）：77-82.
[2] 刘岩磊，孙岚，张英鸽.粒径小于2.5微米可吸入颗粒物的危害[J].国际药学研究杂志，2011，38（6）：428-431.
[3]王京丽，刘旭林.北京市大气细粒子质量浓度与能见度定量关系初探[J].气象学报，2006，64（2）：221-228.
[4] 环境保护部.环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）：HJ633—2012[S].北京：中国环境科学出版社，2012.