北京市冬季氣象要素對(duì)氣溶膠濃度日變化的影響

1、北京市冬季氣象要素對(duì)氣溶膠濃度日變化的影響第21卷第4期環(huán)境科學(xué)研究北京市冬季氣象要素對(duì)氣溶膠濃度日變化的影響王開燕,王雪梅',張仁健,朱建軍1.中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,廣東廣州5102752.中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所,東亞區(qū)域氣候一環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京1000293.廣州市南沙區(qū)氣象局,廣東廣州511458摘要:對(duì)2004年1月115日北京氣溶膠濃度與相對(duì)濕度,氣壓,風(fēng)速,風(fēng)向等氣象要素的平均日變化進(jìn)行分析,結(jié)果表明:北京冬季f0(PM)日變化明顯,受氣象要素的日變化影響.p(PM)與相對(duì)濕度和氣壓呈正相關(guān)性;風(fēng)速對(duì)p(PM)的日變化影響明顯,09:0¨D一18:0o風(fēng)

2、速和P(PM.,)變化趨勢(shì)一致,呈正相關(guān)性,其他時(shí)間則呈負(fù)相關(guān)性;風(fēng)向?qū)Υ?細(xì)粒子的數(shù)濃度影響不同,細(xì)粒子數(shù)濃度在偏東風(fēng)時(shí)大,西,西南風(fēng)時(shí)小,而粗粒子則相反;粗,細(xì)粒子的數(shù)濃度日變化受氣象要素的影響程度不同,相對(duì)于粗粒子,細(xì)粒子數(shù)濃度更易受氣象要素日變化的影響.關(guān)鍵詞:氣溶膠;氣象要素;日變化中圖分類號(hào):X513文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):10016929(2008)04013204ImpactofMeteorologicalFactorsonAerosolConcentrationDiurnalVariationinBeijingWinter,WANGKaiyan,WANGXuemei,ZHAN

3、GRenjian,ZHUJianj.n.1.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,SunYatsenUniversity,Guangzhou510275,China2.KeyLaboratoryofRegionalClimate-EnvironmentResearchforTemperateEastAaia(RCETEA),InstituteofAtmosphericPhysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China3.MeteologicalBureauofNanshaArea,Guangz

4、hou511458,ChinaAbstract:Aerosolsamplesandmeteorologicaldata,whichwerecollectedduringJanuary115,2004atBeijing,wereanalyzedwiththeP(PM1o)inwinterhaveobviousdiurnalvariationandareinfluencedbydiurnalvariationofmeteorologicalctors.P(PM1o)arepositivelycorrelatedwiththerelativehumidityandpressure;windspeed

5、hasobviousimpactonP(PM1o)diurnalvariation,windspeedandP(PM1o)coarseandfineparticleisdifferent,thenumberdensityoffineparticleislaerwhenthewinddirectioniseast,whileitissmallerasthewinddifferent paredtocoarseparticles,fineparticlesaremorevulnerabletothemeteorologicalctorsdiurnalvariation.Keywords:aeros

6、ol;meteorologicalfactors;diurnalvariation氣溶膠濃度日變化有一定的規(guī)律性,受氣象要素的影響明顯.姜忠等n研究發(fā)現(xiàn),氣溶膠粒子數(shù)總濃度變化單一,粒子數(shù)濃度譜呈單峰結(jié)構(gòu),且與氣象收稿日期基金項(xiàng)目作者簡(jiǎn)介:20071011修訂日期:20080111國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)項(xiàng)目(2006CB400501);國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(40205017)王開燕(1981一),女,山東諸城人,碩士研究生,zdwangkaiyan163 .*責(zé)任作者,張仁健(1967一),男,江蘇海安人,研究員,博士,博士生要素日變化有關(guān);許黎等針對(duì)氣溶膠粒子數(shù)濃度與相對(duì)濕度

7、和風(fēng)向等關(guān)系進(jìn)行了分析;張仁健等J發(fā)現(xiàn)氣溶膠粒子數(shù)濃度日變化與相對(duì)濕度密切相關(guān);閻逢旗等對(duì)l0(PM)和氣溶膠粒子數(shù)濃度的平均日變化進(jìn)行了研究,并對(duì)不同粒徑氣溶膠粒子數(shù)濃度和顆粒物質(zhì)量濃度與大氣能見(jiàn)度進(jìn)行相關(guān)性分析;桑建人等在對(duì)銀川市初夏氣溶膠粒子譜分布特征的研究中,結(jié)合氣象要素給出了氣溶膠質(zhì)量濃度和數(shù)濃度的日變化特征,不同粒徑粒子分布特點(diǎn)等;Jef等研究發(fā)現(xiàn),(PM.)日變化在很大程度第4期王開燕等:北京市冬季氣象要素對(duì)氣溶膠濃度日變化的影響上受氣象要素的影響.最近,李蘭等分析了武漢城區(qū)fD(PM.)的日變化特征與氣象要素的關(guān)系;申彥波等分析了敦煌地區(qū)春季大氣氣溶膠粒子數(shù)濃度變膠粒子數(shù)濃度的

8、日變化與氣象要素中的相對(duì)濕度,風(fēng)的關(guān)系的研究,而較少涉及與其他氣象要素的研究.筆者對(duì)北京2004年1月ID(PM)和氣溶膠粒子數(shù)濃度的日變化與相對(duì)濕度,溫度,風(fēng)速,風(fēng)向,氣壓,邊界層高度等多種氣象要素的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了分析.1采樣于2004年1月115日進(jìn)行了為期15d的采樣,采樣點(diǎn)位于北京北三環(huán)外中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究昕氣象觀測(cè)塔(116.22E,39.58N).fD(PM.)的采樣點(diǎn)位于氣象觀測(cè)塔南501TI處辦公樓的二樓樓頂,距地面約10m.采用Rupprecht&Patashnick公司生產(chǎn)的TEOM1400a大氣顆粒物連續(xù)監(jiān)測(cè)儀,自動(dòng)監(jiān)測(cè)p(PM),取10min平均值;

9、采樣儀在50采集,g葛獸獸2竺時(shí)刻靛gg昌gg昌gggg昌g昌6萌昔00000_時(shí)刻子記數(shù)器記錄數(shù)濃度,氣溶膠粒子粒徑分6級(jí):0.30.5,0.50.7.0.71.0,1.02.0,2.05.0,常規(guī)氣象數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究昕3251TI氣象觀測(cè)塔的觀測(cè)資料,包括風(fēng)速,風(fēng)向,溫度及相對(duì)濕度,數(shù)據(jù)采集與輸出系統(tǒng)的詳細(xì)情況見(jiàn)文獻(xiàn)壓和邊界層厚度是以美國(guó)環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NationalCentersforEnvironmentalPrediction,NCEP)數(shù)據(jù)作為氣象模式的輸入場(chǎng),利用MM5模擬輸出的數(shù)據(jù).2結(jié)果與討論2.1氣象要素對(duì)fD(PM.)日變化的影響從圖1可知,2004年1月f

10、D(PM)曰變化呈雙峰型結(jié)構(gòu),峰值分別出現(xiàn)在08:00和19:)(】左右,這與奚曉霞等關(guān)于蘭州p(TSP)的日變化研究相一致,且早晨的峰值稍高于晚上,峰值出現(xiàn)時(shí)刻正好是析發(fā)現(xiàn),p(PM.)峰值出現(xiàn)時(shí)刻的逆溫頻率高達(dá)66.7%,大氣相對(duì)穩(wěn)定,不利于擴(kuò)散.g吾獸獸2!里罌舄時(shí)刻451一0一2-3g葛騫獸2!蘭舄時(shí)刻昌吾獸獸旦竺舄時(shí)刻昌苫獸獸2竺時(shí)刻圖12004年1月P(PM.)平均值和氣象要素的日變化為研究p(PM.)日變化與氣象要素的關(guān)系,將15d氣象資料24h的日變化值進(jìn)行平均,并與相應(yīng)時(shí)刻的p(PM.)進(jìn)行相關(guān)分析(見(jiàn)表1).從圖1(a)可知,相對(duì)濕度日變化明顯,最大值和最小值出現(xiàn)的時(shí)間與p

11、(PM)峰谷值出現(xiàn)的時(shí)間一致,最大值出現(xiàn)在08:00左右,最小值出現(xiàn)在對(duì)流最強(qiáng)烈的14:00左右.to(PM.)與相對(duì)濕度的日變化相關(guān)系數(shù)為0.661,三恒嗵咪顯著正相關(guān).從圖1(b)可知,溫度日變化明顯,最小值和最大值分別出現(xiàn)在08:00和14:00,與p(PM)顯著負(fù)相關(guān)(R=一0.698).從圖1(C)可知,風(fēng)速最合l.(PM.)變化可知,09:)(】18:00風(fēng)速與fD(PM)變化正相關(guān),其他時(shí)間則呈負(fù)相關(guān),相關(guān)性好.09:)(】18:00風(fēng)速增加導(dǎo)致p(PM.)累積,fD(PM)一暑j一,(一一一I,J(Ij一,(一一J,I一q環(huán)境科學(xué)研究第21卷升高,此時(shí)氣溶膠受其他氣象要素的影響

12、更為明顯;在其他時(shí)段,風(fēng)速的增加則有利于大氣擴(kuò)散,fD(PM,)降低.由此可知,風(fēng)速對(duì)fD(PM)的日變化影響較大,但并不是唯一的氣象影響因素.從圖1(d)可知,風(fēng)向具有多變性,監(jiān)測(cè)期間全天平均風(fēng)向在124.206.之間變化,為偏南風(fēng).結(jié)合fD(PM)變化可知,風(fēng)向突變會(huì)導(dǎo)致fD(PM,.)突變,風(fēng)向由偏南風(fēng)突變?yōu)闁|南風(fēng)時(shí),fD(PM.)突然增大;由偏南風(fēng)突變?yōu)橛嘘P(guān),北京西,北和東北三面環(huán)山,東南為向渤海傾斜的大平原,東南風(fēng)引起氣溶膠累積,fD(PM.)增加;而西南風(fēng)有利于擴(kuò)散,fD(PM)降低.從圖l(e)可知,氣壓呈明顯的雙峰變化,最大值出現(xiàn)在08:00和晚上24:00,最小值出現(xiàn)在16:

13、00左右,氣壓日變化與f0(PM)的日變化顯著正相關(guān)(R=0.806).邊界層高度的日變化呈明顯單峰,最大值出現(xiàn)在15:00,從18:00一直到第2天的10:00都低于320m,變化幅度不大.這是因?yàn)榘滋斓孛姹惶?yáng)加熱,有向上的輸送進(jìn)入較冷的大氣,強(qiáng)有力的熱混合作用可使邊界層高度明顯抬升,而夜間的地表冷卻速度快于大氣,有向下的熱輸送,趨向于抑制混合,邊界層厚度比白天淺.邊界層高度與f0(PM)負(fù)相關(guān)較顯著(R=一0.740).表12004年1月北京p(PM1.)與氣象要素的相關(guān)系數(shù)Table1CorrelationcoefficientbetweenPMmmassconcentrationan

14、dmeteorologicalfactorduringJanuary20042.2氣象要素對(duì)粗,細(xì)粒子數(shù)濃度日變化的影響根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)直徑,氣溶膠粒子直徑小于2圖2粗,細(xì)粒子數(shù)濃度的日變化betweenfineparticleandcoarseparticle璐黎踞知,00:0009:00粗,細(xì)粒子的數(shù)濃度變化不同,09:0024:00變化趨勢(shì)基本一致.由此可見(jiàn),不同粒徑粒子數(shù)濃度的變化受外界環(huán)境氣象要素的影響,粒徑不同,影響也不同.為進(jìn)一步探討不同粒徑的粒子與氣象要素的關(guān)系,筆者利用SPSS11.5統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)連續(xù)15d粗,細(xì)粒子數(shù)濃度日變化的平均值與各氣象要素日變化進(jìn)行相關(guān)分析,如表2所示.

15、表2粗,細(xì)粒子數(shù)濃度與氣象要素的相關(guān)性Table2Correlationcoefficientofcoarseandfinepaniclediurnalvariationwithmeteorologicalfactors征:n=24.從表2可知,相對(duì)濕度與細(xì)粒子數(shù)濃度顯著正相關(guān)(R=0.939),與粗粒子數(shù)濃度呈負(fù)相關(guān)性,且相關(guān)系數(shù)較小.這是因?yàn)橄鄬?duì)濕度較大時(shí),原來(lái)低于粒子計(jì)數(shù)器測(cè)量下限的粒子在高濕條件下吸濕增長(zhǎng)到可測(cè)范圍,導(dǎo)致細(xì)粒子數(shù)濃度增大;而粗粒子吸濕后通過(guò)湍流和隨機(jī)碰并后重力沉降而清除,因此數(shù)因?yàn)闇囟壬?大氣垂直對(duì)流明顯,有利于氣溶膠垂直擴(kuò)散,細(xì)粒子數(shù)濃度降低;而垂直對(duì)流作用同時(shí)會(huì)引

16、起地表?yè)P(yáng)塵攜帶大量粗粒子進(jìn)入大氣,粗粒子數(shù)速與粗,細(xì)粒子數(shù)濃度均呈負(fù)相關(guān)性,且相關(guān)系數(shù)不大,風(fēng)速對(duì)粗,細(xì)粒子數(shù)濃度的影響與對(duì)fD(PM)的影響類似(見(jiàn)2.1節(jié)).氣壓與粗,細(xì)粒子數(shù)濃度均呈正相關(guān)性,因?yàn)闅鈮褐饕軠囟扔绊?所以氣壓與細(xì)粒子數(shù)濃度的相關(guān)性更明顯.邊界層高度與粗,細(xì)粒子的數(shù)濃度均呈負(fù)相關(guān)性,較高的邊界層高度利于大氣擴(kuò)散,因而粗,細(xì)粒子的數(shù)濃度會(huì)減少,但細(xì)粒子數(shù)濃度的減少比粗粒子更明顯.從圖3可知,風(fēng)向?qū)Υ?細(xì)粒子數(shù)濃度的影響不同,細(xì)粒子數(shù)濃度在偏東風(fēng)時(shí)大,在西,西南風(fēng)時(shí)小,這與許黎等的研究一致;而粗粒子則相反.總體看來(lái),相對(duì)于粗粒子,細(xì)粒子更易受氣象要素日變化的影響.第4期王開燕等

17、:北京市冬季氣象要素對(duì)氣溶膠濃度日變化的影響l35三進(jìn)鞴最三蟶巢圖3粗,細(xì)粒子數(shù)濃度與風(fēng)向的日變化3結(jié)論a.0(PM.)日變化明顯,且受氣象要素影響.ID(PM.)影響明顯,09:0018:o0風(fēng)速與ID(PM.)有一致的變化趨勢(shì),呈正相關(guān),其他時(shí)間則呈負(fù)相關(guān),相關(guān)性好.風(fēng)向?qū)Υ?細(xì)粒子數(shù)濃度的影響不同,細(xì)粒子數(shù)濃度在偏東風(fēng)時(shí)大,西,西南風(fēng)時(shí)小,而粗粒子則相反.b.粗,細(xì)粒子數(shù)濃度受氣象要素的影響有所不同,相對(duì)于粗粒子,細(xì)粒子數(shù)濃度更易受氣象要素日變化的影響.參考文獻(xiàn)References):數(shù)濃度分析J.氣候與環(huán)境研究,2003,8(4):495501.特征的觀測(cè)研究J.大氣科學(xué),2002,26(3):401411.4567891O步研究J.氣候與環(huán)境研究,2000,5(1):8589.征分析j.環(huán)境科學(xué)研究,2004,17(1):3033.數(shù)的相關(guān)性分析J.環(huán)境科學(xué)研究,2004,17(1):3440.桑建人,楊有林銀川市初夏氣溶膠粒子譜分布特征J.中國(guó)沙漠,2003,23(3)