受气象条件影响的中国大气颗粒物污染空间分布特征及时间演化规律

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1、学校代号10532学号S150300425分类号X192密级硕士学位论文受气象条件影响的中国大气颗粒物污染空间分布特征及时间演化规律学位申请人姓名陈绪武培养单位环境科学与工程学院导师姓名及职称李晓东副教授、袁兴中教授学科专业环境科学与工程研究方向环境系统工程论文提交日期2018年5月18日学校代号：10532学号：S150300425密级：湖南大学硕士学位论文受气象条件影响的中国大气颗粒物污染空间分布特征及时间演化规律学位申请人姓名：陈绪武导师姓名及职称：李晓东副教授、袁兴中教授培养单位：环境科学与工程学院专业

2、名称：环境科学与工程论文提交日期：2018年5月18日论文答辩日期：2018年6月03日答辩委员会主席：牛承岗教授SpatialdistributioncharacteristicsandtimeevolutionregularityofairparticlespollutionaffectedbymeteorologicalconditionsinChinaByChenXuwuB.E.(Hunanuniversityofscienceandtechnology)2015Athesissubmittedinpa

3、rtialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofengineeringinEnvironmentalScienceandEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociateprofessorLIXiaodongMay,2018硕士学位论文摘要近年来，我国东部区域的灰霾污染问题呈现加剧的态势，其中一个重要的原因是气候条件的改变。气候条件改变导致的气温升高、气旋减少、降水频

4、率降低等可能对空气污染的形成、传输、沉降等产生重要影响，因此开展气候变化对大气污染影响的研究有利于加深对大气污染形成机理的认识。但由于气象条件对大气污染的影响，尤其是对大气颗粒物污染的影响涉及的因素复杂度高，具有很强的不确定性，加之在评估气候变化对大气污染的影响时缺乏长时间序列的大气成分观测数据，使得许多问题尚处于科学探索阶段，需要做进一步的研究。本研究首先选取分布在中国各地的6个代表性城市，初步分析气象条件对大气颗粒物PM2.5污染水平的影响，再基于分布在全国的173个城市区域，定量研究两种较大粒径颗粒物PM

5、2.5、PM10的空间污染特征及其与气象要素的空间分布关系；然后以北京市为例，基于能见度的倒数—气溶胶光学消光系数，对粒径小于1.0µm的颗粒物最为敏感这一条件，将光学消光系数作为亚微颗粒物污染的指标来评估亚微颗粒物受气候变化影响下在1980-2015年间的时间变化特征。研究结果表明：大气颗粒物PM2.5浓度与气象要素间的相关性因城市而异，例如北京、乌鲁木齐PM2.5浓度与相对湿度呈正相关关系，而其他城市PM2.5浓度与相对湿度呈负相关关系，另外，研究还表明颗粒物PM2.5与气象要素之间存在的是复杂的非线性关系

6、，而非简单的线性关系。在空间分布特征上，较大粒径颗粒物PM2.5和PM10污染有显著的差异，其中，高的PM2.5浓度水平主要分布于胡焕庸线东南部区域，而高的PM10浓度则分布于长江以北区域。颗粒物污染的这种空间分布特征与气象之间存着很强的依赖关系。分析表明温度对PM污染的影响有近似“倒V型”特征，也即当温度在15°C时PM污染最严重，而当温度低于或高于15°C时，PM污染较轻。年降雨量、风速和相对湿度与PM浓度呈负相关关系，而大气压与PM呈正相关关系。基于量化的PM和气象条件的空间关系，我们为此辨别了理想的气象

7、条件，也即当温度小于10°C或大于21°C，降雨量在1500mm以上，大气压低于900hPa，风速超过3m/s，相对湿度大于65%时，意味着该区域空气质量较好，大气污染很容易被气象条件清除掉。在时间演化进程中，光学消光系数存在两个不同的时期：缓慢的增长时期（1980-2005）和快速的增长时期（2005-2015）。在北京市过去的36年间，虽然人类活动对光学消光的增加起到了主导性的作用，但气候变化的影响不容忽视。在气候变化的影响下，光学消光先是以0.035km-1/10y的速度下降，在2005年后以II受气象条

8、件影响的中国大气颗粒物污染的空间分布特征及时间演化规律0.087km-1/10y的速度迅速上升，这直接导致了光学消光变化在2005年的突变。细节分析发现自2005年以来风速开始以0.58m·s-1/10y的速度下降，相对湿度以8.69%/10y的速度上升，大气压以2.72hPa/10y的速度下降，这些变化直接导致了光学消光的迅速增加，也就是加剧了亚微颗粒物的污染形势，使得近年来灰霾污染