湘潭市氣候變化對(duì)大氣污染的影響及防治措施

摘 要：隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，大氣污染加劇，嚴(yán)重威脅了大氣環(huán)境與人類身體健康。掌握大氣污染的影響因素對(duì)做好污染防治至關(guān)重要。氣候變化作為影響大氣污染的重要因素之一，也被引起高度重視。基于此，選用湘潭市國(guó)家氣象觀測(cè)站2000—2023年氣溫、降水量、相對(duì)濕度等氣象要素觀測(cè)資料、地面空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站2016—2023年P(guān)M2.5、PM10等大氣污染物監(jiān)測(cè)資料，重點(diǎn)分析研究了該地區(qū)氣候變化及其對(duì)大氣污染的影響，并提出了大氣污染防治措施。

關(guān)鍵詞：氣候變化；大氣污染；防治工作；湘潭市

中圖分類號(hào)：X16 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）06–0-03

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，以細(xì)顆粒物PM2.5為特征污染物的區(qū)域性大氣污染已成為我國(guó)當(dāng)前最迫切、最突出的環(huán)境問題[1]。近年來(lái)，隨著湘潭市經(jīng)濟(jì)與工業(yè)化快速發(fā)展、機(jī)動(dòng)車數(shù)量劇增、城市建設(shè)等導(dǎo)致大氣中煙塵、廢氣、揚(yáng)塵等排放量急劇上升，大氣污染愈演愈烈，不僅直接影響了社會(huì)大眾的日常生產(chǎn)生活，還制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，甚至還會(huì)危及大眾身心健康與生命健康安全[2-3]。因此，強(qiáng)化大氣污染防治已刻不容緩。而大氣污染與氣候條件之間關(guān)系密切，但相關(guān)研究多集中在大氣污染對(duì)氣候變化的影響上，而有關(guān)氣候變化對(duì)大氣污染的研究較少。實(shí)踐證明，氣候變化引起的氣溫升高、降水減少等極有可能通過改變污染物傳輸和擴(kuò)散路徑、改變污染物成分等而影響到區(qū)域大氣污染狀況[4-5]?；诖?，以湘潭市為例，重點(diǎn)探討了該區(qū)域氣候變化對(duì)大氣污染的影響，并提出了有效的大氣污染防治措施，為湘潭地區(qū)大氣污染防治和相關(guān)政策制定提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

選取2000—2023年觀測(cè)資料連續(xù)性較好的湘潭國(guó)家氣象站（57773）平均氣溫、20：00至翌日20：00降水量、平均氣壓、相對(duì)濕度、平均2 min風(fēng)速和湘潭市環(huán)境監(jiān)測(cè)站2016—2023年P(guān)M2.5、PM10、SO2、NO2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2 皮爾遜相關(guān)系數(shù)的計(jì)算

皮爾遜相關(guān)系數(shù)（Pearson correlation coefficient）是一種用于度量2個(gè)變量之間線性相關(guān)程度的統(tǒng)計(jì)量。它是由英國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家卡爾·皮爾遜提出的。

皮爾遜相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式如下：

（1）

式（1）中，Xi和Yi分別表示2個(gè)變量的第i個(gè)觀測(cè)值；X和Y分別是2個(gè)變量的樣本均值；n是樣本大小，即觀測(cè)值的總數(shù)；r的取值范圍在-1到1之間，r＞0表示正相關(guān)，即一個(gè)變量的值增加時(shí)，另一個(gè)變量的值也傾向于增加。r＜0表示負(fù)相關(guān)，即一個(gè)變量的值增加時(shí)，另一個(gè)變量的值傾向于減少。r=0表示沒有線性相關(guān)，但這并不意味著2個(gè)變量之間沒有任何關(guān)系，它們可能存在非線性關(guān)系。

皮爾遜相關(guān)系數(shù)的顯著性可以通過t檢驗(yàn)確定。t檢驗(yàn)的原假設(shè)是2個(gè)變量之間沒有相關(guān)性，即r=0。根據(jù)t統(tǒng)計(jì)量的值和自由度（n-2），可以計(jì)算出P值，以判斷相關(guān)性的顯著性。t檢驗(yàn)的公式如下：

（2）

式（2）中，t是t統(tǒng)計(jì)量；n是樣本大小。

2 湘潭市的氣候變化

2.1 氣溫

結(jié)合2000—2023年近24年湘潭市氣溫統(tǒng)計(jì)資料顯示，湘潭市年平均氣溫為18.0 ℃。21世紀(jì)以來(lái)湘潭市年平均氣溫整體呈升溫趨勢(shì)，增幅為0.388 ℃/10年，與全球氣候變暖的大背景相吻合?！?5.0 ℃的高溫日數(shù)也只增不減，城市“熱島效應(yīng)”日益凸顯。

2.2 降水量

2000—2023年湘潭市年平均降水量為1 405.6 mm，

近24年來(lái)年降水量呈減少趨勢(shì)，減少速率為-16.72 mm

/10年。盡管如此，但年內(nèi)降水量較為集中，以3—7月最多，共計(jì)873.5 mm，占年降水量的62.14%。其峰值出現(xiàn)在6月（221.0 mm），占比15.72%。由此可見，雖湘潭市年降水量有所減少，但降水較為集中，暴雨等天氣現(xiàn)象較多。

2.3 相對(duì)濕度

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000—2023年湘潭市年平均相對(duì)濕度為80.8%。湘潭市年相對(duì)濕度呈上升趨勢(shì)，其上升速率為0.867%/10年。整體而言，研究時(shí)段內(nèi)湘潭市年平均相對(duì)濕度相對(duì)穩(wěn)定，均在歷年平均值上下浮動(dòng)。

2.4 風(fēng)速

2000—2023年湘潭市年平均風(fēng)速為2.3 m/s，平均風(fēng)速以-0.158 m/s的速率呈減少趨勢(shì)。年平均風(fēng)速最大為2.6 m/s（2000年）。

3 氣候變化對(duì)大氣污染的影響

據(jù)統(tǒng)計(jì)，湘潭市大氣污染物主要包括PM2.5、PM10、SO2、NO2。2016—2023年湘潭市各種大氣污染物的年變化趨勢(shì)基本保持一致。以PM10濃度最高，PM2.5次之，而SO2質(zhì)量濃度最低。結(jié)合圖1可見，研究時(shí)段內(nèi)湘潭市各種大氣污染物的年內(nèi)變化也極為相似，各種污染物質(zhì)量濃度均以冬季最高，而夏季最低。

3.1 PM2.5與氣象要素的相關(guān)性

利用SPSS 軟件，采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)方法對(duì)2016—2023年P(guān)M2.5與各氣象要素進(jìn)行相關(guān)性分析，均采用日均數(shù)據(jù)，通過時(shí)空匹配后，分別計(jì)算出相關(guān)系數(shù)。

分析可得：平均氣壓、平均氣溫、相對(duì)濕度在0～

80%、20：00至翌日20：00降水量、平均2 min風(fēng)速與PM2.5的濃度均有顯著的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，其中，平均氣壓、相對(duì)濕度在0～80%的范圍是正相關(guān)，而平均氣溫和20：00至翌日20：00降水量是負(fù)相關(guān)。平均2 min風(fēng)速與PM2.5的濃度有顯著的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，但相關(guān)性較弱，為負(fù)相關(guān)。

3.1.1 平均氣壓與PM2.5

相關(guān)系數(shù)為0.504，表示平均氣壓與PM2.5之間存在中等程度的正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)平均氣壓增加時(shí)，PM2.5的濃度也傾向于增加。P值為0.000，遠(yuǎn)小于0.05，表明這種相關(guān)性在統(tǒng)計(jì)上是顯著的，可以認(rèn)為平均氣壓與PM2.5之間確實(shí)存在正相關(guān)關(guān)系。以下是平均氣壓與PM2.5之間的散點(diǎn)圖（圖2）。

3.1.2 平均氣溫與PM2.5

相關(guān)系數(shù)為-0.485，表示平均氣溫與PM2.5之間存在中等程度的負(fù)相關(guān)關(guān)系。表明當(dāng)平均氣溫上升時(shí)，PM2.5的濃度傾向于下降。P值為0.000，同樣遠(yuǎn)小于0.05，表明這種負(fù)相關(guān)關(guān)系在統(tǒng)計(jì)上是顯著的，可以認(rèn)為平均氣溫與PM2.5之間確實(shí)存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。以下是平均氣壓與PM2.5之間的散點(diǎn)圖（圖3）。

3.1.3 平均相對(duì)濕度與PM2.5

分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)平均相對(duì)濕度在0～80%之間時(shí)，與PM2.5相關(guān)系數(shù)為0.059，存在較弱的正相關(guān)關(guān)系。即平均相對(duì)濕度在0～80%，當(dāng)相對(duì)濕度增加時(shí)，PM2.5的值有增加趨勢(shì)。P值為0.038，小于0.05的常用顯著性水平，表明平均相對(duì)濕度在0～80%之間與PM2.5之間的正相關(guān)關(guān)系在統(tǒng)計(jì)上是顯著的。而平均相對(duì)濕度大于80%時(shí)。與PM2.5相關(guān)性不明顯。以下是平均相對(duì)濕度在0～80%之間與PM2.5的散點(diǎn)圖（圖4）。

3.1.4 20：00至翌日20：00降水量與PM2.5

相關(guān)系數(shù)為-0.187，表明20：00至翌日20：00降水量與PM2.5之間存在較弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系。當(dāng)降水量增加時(shí)，PM2.5的濃度傾向于降低。P值為0.000，這遠(yuǎn)小于0.05的常用顯著性水平，表明降水量與PM2.5之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系在統(tǒng)計(jì)上是顯著的（圖5）。

3.1.5 平均2 min風(fēng)速與PM2.5

相關(guān)系數(shù)為-0.194，表示平均風(fēng)速與PM2.5之間存在較弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系。風(fēng)速增加時(shí)，PM2.5的濃度可能會(huì)有所下降。P值為0.000，遠(yuǎn)小于0.05，表明這種負(fù)相關(guān)關(guān)系在統(tǒng)計(jì)學(xué)上是顯著的（圖6）。

4 對(duì)策建議

4.1 開展精密監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)預(yù)報(bào)

優(yōu)化大氣污染氣象條件地面觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，加強(qiáng)對(duì)本地區(qū)地面區(qū)域氣象站網(wǎng)升級(jí)改造，提高氣溫、降水、風(fēng)速、風(fēng)向、濕度、氣壓等影響大氣污染擴(kuò)散、稀釋、聚集、清除物理過程的關(guān)鍵氣象要素地面觀測(cè)能力。開展城市環(huán)境空氣質(zhì)量精細(xì)化預(yù)報(bào)，為城市重污染天氣過程應(yīng)急調(diào)度保障提供有效支撐。針對(duì)重污染天氣，充分發(fā)揮行業(yè)優(yōu)勢(shì)，建立常態(tài)化預(yù)報(bào)會(huì)商和應(yīng)急加密會(huì)商機(jī)制，不斷提高環(huán)境氣象條件分析能力和環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。建立常態(tài)化重污染天氣聯(lián)合技術(shù)復(fù)盤交流和技術(shù)攻關(guān)機(jī)制，提高重污染天氣的聯(lián)合預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)能力。

4.2 加強(qiáng)人工影響天氣作業(yè)站點(diǎn)建設(shè)

加強(qiáng)大氣污染防治作業(yè)站點(diǎn)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)固定作業(yè)站點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、流動(dòng)作業(yè)站點(diǎn)規(guī)范化和作業(yè)隊(duì)伍建設(shè)，提高人工影響天氣作業(yè)站點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)信息化建設(shè)水平。建立上下銜接、分工合作、統(tǒng)籌集約的人工影響天氣減輕城市大氣污染的聯(lián)防聯(lián)控作業(yè)機(jī)制。提高人工增雨改善大氣污染清除條件精準(zhǔn)作業(yè)水平和效能。圍繞重污染天氣，形成飛機(jī)作業(yè)和局部地面作業(yè)相結(jié)合的作業(yè)布局，探索開展提高空氣質(zhì)量的人工增雨科學(xué)試驗(yàn)。

4.3 強(qiáng)化宣傳，樹立環(huán)保意識(shí)

強(qiáng)化大氣污染防治宣傳，增強(qiáng)科普的傳播力和引導(dǎo)力。深化部門合作，充分利用氣象、生態(tài)環(huán)境及其有關(guān)部門和媒體宣傳資源，以電視、廣播、報(bào)紙、網(wǎng)絡(luò)、新媒體及科普教育基地、科普示范學(xué)校為載體，共同開展大氣污染防治工作的科普宣傳。此外，還應(yīng)充分利用新媒體平臺(tái)曝光違規(guī)行為的企業(yè)與個(gè)人，充分發(fā)揮公眾的監(jiān)督作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

近24年來(lái)，湘潭市年平均氣溫、年平均相對(duì)濕度呈上升趨勢(shì)，而年降水量與年平均風(fēng)速呈下降趨勢(shì)。通過分析以上氣象要素對(duì)大氣污染的影響可見，湘潭市主要污染物PM2.5濃度與平均氣溫、20：00至翌日20：00降水量、平均2 min風(fēng)速均呈一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與平均氣壓、相對(duì)濕度在0～80%的范圍呈正相關(guān)關(guān)系。為盡可能減輕大氣污染產(chǎn)生的影響及危害，有關(guān)部門可從氣象條件監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)、人工影響天氣防治作業(yè)、環(huán)保宣傳等方面做好大氣污染防治工作，提高大氣環(huán)境質(zhì)量。

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收稿日期：2024-01-11

作者簡(jiǎn)介：黃昕怡（1987—），女，湖南長(zhǎng)沙人，工程師，研究方向?yàn)闅庀蠓?wù)。