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本文作者：梅鵬蔚1史靜2邊瑋瓅1作者單位：1.天津市環(huán)境監(jiān)測中心2.天津市氣象局

1研究背景

空氣質(zhì)量預(yù)報是城市空氣質(zhì)量管理的一次飛躍。通過預(yù)報工作，可以清楚、全面了解空氣污染的變化規(guī)律，為政府的管理和決策部門制定空氣污染控制計劃和措施提供準(zhǔn)確、及時的城市空氣質(zhì)量動態(tài)數(shù)據(jù)和依據(jù)，提高公眾的環(huán)境保護(hù)意識，促進(jìn)企業(yè)強(qiáng)化空氣污染治理，保護(hù)城市居民的身心健康。

2研究目的

采用數(shù)學(xué)方法找出環(huán)境空氣污染與氣象因素的對應(yīng)關(guān)系，對實(shí)施環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)報工作十分重要，因此通過研究證明大氣降水對環(huán)境空氣空污染物的凈化作用非常明顯，特別是開展大氣降水對可吸入顆粒物（PM10）的凈化作用研究，尋找它們之間的相互關(guān)系對完善環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)報非常關(guān)鍵，意義重大。

3研究內(nèi)容

利用天津市環(huán)境空氣自動監(jiān)測資料，結(jié)合大氣降水自動觀測數(shù)據(jù)，分析在環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報中對預(yù)報準(zhǔn)確率影響較大的大氣降水時長與環(huán)境空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度的對應(yīng)關(guān)系，尋求建立二者間的函數(shù)對應(yīng)關(guān)系，填補(bǔ)這方面的研究空白，力求對完善可吸入顆粒物（PM10）濃度的預(yù)報提供有力支持。

4研究時段的選取

天津位于中緯度歐亞大陸東岸，主要受季風(fēng)環(huán)流的支配，是東亞季風(fēng)盛行的地區(qū)，屬溫帶季風(fēng)氣候。主要?dú)夂蛱卣魇牵募痉置?，春季多風(fēng)，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪。天津年平均降水量為520~660mm，降水日數(shù)為63~70d。根據(jù)胡蓓蓓等人《天津市近50年來降水變化分析》的研究表明，天津市14個地面氣象觀測站多年的降水資料顯示，天津市的降水主要集中在6~9月，分別占全年的降水量的76.99～81.77%，同時天津市歷年的主汛期基本出現(xiàn)在“七下八上”，即7月中下旬至8月中上旬之間，因此將研究時段選擇為2008年和2009年的7月至9月。

5數(shù)據(jù)分析

5.1自然日降雨頻次統(tǒng)計

根據(jù)本研究確定的研究時段，通過對降水觀測資料進(jìn)行整理篩選，按照自然日進(jìn)行統(tǒng)計，共有63d出現(xiàn)不同強(qiáng)度的降水，占全部統(tǒng)計日數(shù)（184d）的34.2%，可見這一研究時段確實(shí)屬于天津市降雨多發(fā)季節(jié)，充分具備代表性。

5.2降水時長對可吸入顆粒物濃度的影響分析

5.2.1降水時長分類統(tǒng)計

根據(jù)降雨小時觀測數(shù)據(jù)，對全部降雨過程進(jìn)行了分類統(tǒng)計，并且人為規(guī)定，如果2次降水時間間隔不超過2h，則計為1次降水過程。經(jīng)過統(tǒng)計，在全部184個觀測日中，共出現(xiàn)降水過程77次，其中持續(xù)時間為1h的共有31次，占全部降水過程的40.3%，而持續(xù)時間2h、3h、4h和5h的降水分別有12次、5次、8次和5次，持續(xù)時間在5h以內(nèi)的降水過程一共為61次，占到全部降水的79.2%，在掌握的資料中，持續(xù)時間在20h以上的降水僅有2次，可見我市雨季降水仍以短時，陣性降水為主。（如表1）

5.2.2降水時長對可吸入顆粒物濃度的削減分析

在77次降水中出現(xiàn)了18次降水后pm10的小時濃度沒有下降，反而有不同程度的升高，占全部降水頻次的23.4%，此外有1次降水后濃度無變化，將以上19次未達(dá)到凈化效果的降水稱之為非典型降水，反之，能體現(xiàn)出降水凈化效果的稱為典型降水。究其原因，主要為兩方面原因：①降水時長過短且雨量小，無法產(chǎn)生明顯的凈化效果，加之整體環(huán)境處于PM10濃度不斷累積升高的過程中；②PM10監(jiān)測采用的TEOM微量震蕩天平法對空氣中的濕度較為敏感，雖然儀器中安裝有50℃的恒溫加熱設(shè)備，但當(dāng)空氣中濕度快速升高時，仍可能對儀器測定產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。

由圖1可見，降水前后PM10小時濃度的削減率與降水持續(xù)時長沒有體現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，削減率大于90%的降水過程持續(xù)時間從4~17h均有出現(xiàn)，而持續(xù)時間最長的2次降水過程，其PM10濃度削減率卻低于40%，并沒有預(yù)計的那么明顯，但整體而已，持續(xù)時間在10~20h之間的降水過程，其凈化效率較高，能起到明顯的凈化作用。

為了更準(zhǔn)確的掌握降水時長與PM10濃度削減率間的關(guān)系，對不同的降水時長進(jìn)行了分段統(tǒng)計如表2。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，降水時長在16~20h的典型降水其凈化作用最明顯，PM10濃度平均削減率達(dá)71.2%，其次為11~15h的降水，平均削減率為61.4%，1~2h的降水凈化效果相對較低，為34.5%，這主要是因為短時降水尚不足以完全發(fā)揮凈化作用，故削減率偏低；平均削減率最低的是降水時長超過20h的典型降水，造成這種現(xiàn)象的原因較復(fù)雜，首先是樣品不足，代表性較差，無法真實(shí)反應(yīng)客觀規(guī)律，其次是長時間降水導(dǎo)致空氣濕度長時間維持在較高水平，可能對監(jiān)測儀器產(chǎn)生明顯干擾，因此在回歸分析中剔除了超過20h的降水樣本。（如圖2）通過對不同降水時長與PM10的平均削減率進(jìn)行回歸分析，其回歸方程為：（略）。

因此，可以發(fā)現(xiàn)降水過程持續(xù)時長與PM10濃度的削減率之間呈線性相關(guān)，凈化效率隨降水時長的增加而不斷提高。

6結(jié)論

通過對天津市2008年和2009年7~9月降水資料和PM10同步監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析，得到如下結(jié)論：（1）我市汛期降水整體持續(xù)時間較短，以1~5h的降水為主，占全部降水的79.2%；（2）通過對典型降水的分析可知，降水持續(xù)時長與PM10濃度的平均削減率呈較好的線性相關(guān)，凈化效率隨降水時長增加而不斷提高。