关于PM2.5与气象条件关系及其预报研究

发布时间：2020-09-14 18:52

　　近年来,大气污染状况日益严重,济南市雾霾天气频繁出现,导致雾霾的主要原因是PM2.5。PM2.5颗粒更容易进入人体肺部,增加呼吸道疾病和致突变性疾病的患病几率。开展PM2.5与气象条件关系及其预报模式研究,对开展生态环境影响评估及保护,环境综合治理均有现实的、积极的重大意义。本文针对PM2.5与气象条件关系及其预报方法进行了研究。研究分析了济南市的PM2.5浓度年度分布特征,确定了日均和日最大PM2.5浓度随季节变化的差异性较大,冬季PM2.5浓度值最高,春季和秋季次之,夏季浓度最低。1月份日均和日最大PM2.5浓度均值最大,而8月份处于全年最低水平。通过频率分析,发现冬季超过75μg/m~3限值标准的频率最高,冬季在高浓度段的频率远高于其他季节,表明冬季污染事件频发。PM2.5发生重度污染的情况逐年有所改善。为了进一步研究日均和最高PM2.5浓度与气象条件的关系,绘制了济南市日均与日最大PM2.5浓度历年和四季的风向玫瑰图,并首次发现受济南市特殊地形影响,PM2.5浓度与风向关系极为密切,当出现东南风和西北风时,不利于污染物扩散,易使污染持续加重;而当出现东北风或西南风时,较利于PM2.5浓度减弱。同时研究发现PM2.5浓度与风速(平均、最大)、气温、气压、相对湿度、降水量、日照时数等都存在极显著的相关性。风速越大,越有利于PM2.5的扩散和减弱;湿度越大、气压越高越有利于PM2.5浓度的加重;日照时数长、气温偏高、降水量偏大均有利于PM2.5浓度的降低。选择三年数据中平均PM2.5浓度和最大PM2.5浓度为被解释变量,通过多元线性回归、逐步回归、主成分分析和偏最小二乘分析逐步建立了PM2.5浓度关于气象要素的统计预报模型,并进行了检验。由于PM2.5浓度和气象要素均随季节变化存在较大差异性,所以又分别选择春、夏、秋、冬四季的数据为研究对象,通过上述四种手段分别建立了四个季节的平均PM2.5浓度和最大PM2.5浓度统计预报模型,对年度预报模型进行了逐季优化,进一步提高了预报(预估)的准确性。然后,基于Matlab(2015b)的Gui界面设计建立了一个带有用户交互界面的PM2.5浓度的综合预报模式平台,为开展PM2.5浓度预报(预估)提供了平台,经测试,效果良好。
【学位单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X513;X16
【部分图文】：

分布图,全球,分布图,细颗粒物

第 1 章绪论1.1 研究背景二十世纪中叶，全球不同区域发生了很多起引起广泛关注的大气污染事件，如1946 年的洛杉矶烟雾事件以及 1952 年的伦敦烟雾事件，这些事件都与大气中的细颗粒物的污染问题有关[1]。自改革开放以来，随着我国国民经济的飞速发展，近年来大气灰霾等空气污染事件也越来越严重。自 2011 年北京、华北地区连续出现大雾、灰霾天气后，雾霾的波及范围也逐渐从京津冀地区蔓延至长江三角洲地区，受影响人群超过 8.5 亿人，空气环境的安全也逐渐引起社会的广泛关注。造成空气污染的主要原因是可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5），其中 PM2.5 又被叫做可入肺颗粒物，是指空气中直径小于或等于 2.5 微米的细颗粒物。大气中的PM2.5 细颗粒物超标是雾霾天气产生的一个最重要的因素，其粒径细小，比表面积大，化学活性强，易于吸附重金属、微生物等有毒有害物质，且在大气中输送距离远、停留时间长，对大气质量和人体健康造成更大的影响[2]。

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能力与物体直径和可见光的波长有关。可见光的 0.1-1.0μm 的大气悬浮物对能见度的影响最大。研约为大气中粗颗粒的 10 倍左右，所以 PM2.5 是大4]。康的影响的灰霾天气，已经对人类健康构成严重威胁。Doc8000 多名年龄在 25-74 周岁之间的成年人进行了为现当 PM10 浓度增加 10 微克/立方米时，死亡率加了 10 微克/立方米时，死亡率增加了 14%[25]。愈发不可忽视。细小，重量较轻，可以在大气中停留时间长、输送又因为其比表面积大，化学活性强，相对于 PM10，包括对人体有害的细菌、病毒或者重金属原子等，能影响肺部正常的气体交换，引发心血管、支气粒径大气污染颗粒物在人体各个部位的沉积比例

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图 2.1 济南市日均 PM2.5 和日最大 PM2.5 浓度逐日变化图济南日均 PM2.5 浓度和日最大 PM2.5 浓度的逐日的变化见图 2.1，由图中可以看出，济南市日均 PM2.5 浓度高于 75μg/m3（二级浓度限值标准）日数很多，而且常出现 400μg/m3以上的重污染天气，说明济南市正面临着十分严重的 PM2.5 污染问题。但是整体上来看，济南市在 2012 年冬季到 15 年冬季期间，PM2.5 浓度有最大值减小的趋势，但是还一直维持着较高的水平。从图中可以看出，济南市日均值的最大值出现在 2013 年 1 月 14 日，为 440.2μg/m3，而日最大 PM2.5 浓度值的最大值出现在 2013 年 1 月 8 日，为 656.2μg/m3。而且从图中可以注意到相较于其他季节，冬季和初春时 PM2.5 浓度值较大。

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