降雨时长对PM10浓度的影响

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本文作者：梅鹏蔚1史静2边玮瓅1作者单位：1.天津市环境监测中心2.天津市气象局

1研究背景

空气质量预报是城市空气质量管理的一次飞跃。通过预报工作，可以清楚、全面了解空气污染的变化规律，为政府的管理和决策部门制定空气污染控制计划和措施提供准确、及时的城市空气质量动态数据和依据，提高公众的环境保护意识，促进企业强化空气污染治理，保护城市居民的身心健康。

2研究目的

采用数学方法找出环境空气污染与气象因素的对应关系，对实施环境空气质量预测预报工作十分重要，因此通过研究证明大气降水对环境空气空污染物的净化作用非常明显，特别是开展大气降水对可吸入颗粒物（PM10）的净化作用研究，寻找它们之间的相互关系对完善环境空气质量预测预报非常关键，意义重大。

3研究内容

利用天津市环境空气自动监测资料，结合大气降水自动观测数据，分析在环境空气质量预报中对预报准确率影响较大的大气降水时长与环境空气中可吸入颗粒物（PM10）浓度的对应关系，寻求建立二者间的函数对应关系，填补这方面的研究空白，力求对完善可吸入颗粒物（PM10）浓度的预报提供有力支持。

4研究时段的选取

天津位于中纬度欧亚大陆东岸，主要受季风环流的支配，是东亚季风盛行的地区，属温带季风气候。主要气候特征是，四季分明，春季多风，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季气爽，冷暖适中；冬季寒冷，干燥少雪。天津年平均降水量为520~660mm，降水日数为63~70d。根据胡蓓蓓等人《天津市近50年来降水变化分析》的研究表明，天津市14个地面气象观测站多年的降水资料显示，天津市的降水主要集中在6~9月，分别占全年的降水量的76.99～81.77%，同时天津市历年的主汛期基本出现在“七下八上”，即7月中下旬至8月中上旬之间，因此将研究时段选择为2008年和2009年的7月至9月。

5数据分析

5.1自然日降雨频次统计

根据本研究确定的研究时段，通过对降水观测资料进行整理筛选，按照自然日进行统计，共有63d出现不同强度的降水，占全部统计日数（184d）的34.2%，可见这一研究时段确实属于天津市降雨多发季节，充分具备代表性。

5.2降水时长对可吸入颗粒物浓度的影响分析

5.2.1降水时长分类统计

根据降雨小时观测数据，对全部降雨过程进行了分类统计，并且人为规定，如果2次降水时间间隔不超过2h，则计为1次降水过程。经过统计，在全部184个观测日中，共出现降水过程77次，其中持续时间为1h的共有31次，占全部降水过程的40.3%，而持续时间2h、3h、4h和5h的降水分别有12次、5次、8次和5次，持续时间在5h以内的降水过程一共为61次，占到全部降水的79.2%，在掌握的资料中，持续时间在20h以上的降水仅有2次，可见我市雨季降水仍以短时，阵性降水为主。（如表1）

5.2.2降水时长对可吸入颗粒物浓度的削减分析

在77次降水中出现了18次降水后pm10的小时浓度没有下降，反而有不同程度的升高，占全部降水频次的23.4%，此外有1次降水后浓度无变化，将以上19次未达到净化效果的降水称之为非典型降水，反之，能体现出降水净化效果的称为典型降水。究其原因，主要为两方面原因：①降水时长过短且雨量小，无法产生明显的净化效果，加之整体环境处于PM10浓度不断累积升高的过程中；②PM10监测采用的TEOM微量震荡天平法对空气中的湿度较为敏感，虽然仪器中安装有50℃的恒温加热设备，但当空气中湿度快速升高时，仍可能对仪器测定产生干扰，导致误差的产生。

由图1可见，降水前后PM10小时浓度的削减率与降水持续时长没有体现出明显的规律性，削减率大于90%的降水过程持续时间从4~17h均有出现，而持续时间最长的2次降水过程，其PM10浓度削减率却低于40%，并没有预计的那么明显，但整体而已，持续时间在10~20h之间的降水过程，其净化效率较高，能起到明显的净化作用。

为了更准确的掌握降水时长与PM10浓度削减率间的关系，对不同的降水时长进行了分段统计如表2。统计发现，降水时长在16~20h的典型降水其净化作用最明显，PM10浓度平均削减率达71.2%，其次为11~15h的降水，平均削减率为61.4%，1~2h的降水净化效果相对较低，为34.5%，这主要是因为短时降水尚不足以完全发挥净化作用，故削减率偏低；平均削减率最低的是降水时长超过20h的典型降水，造成这种现象的原因较复杂，首先是样品不足，代表性较差，无法真实反应客观规律，其次是长时间降水导致空气湿度长时间维持在较高水平，可能对监测仪器产生明显干扰，因此在回归分析中剔除了超过20h的降水样本。（如图2）通过对不同降水时长与PM10的平均削减率进行回归分析，其回归方程为：（略）。

因此，可以发现降水过程持续时长与PM10浓度的削减率之间呈线性相关，净化效率随降水时长的增加而不断提高。

6结论

通过对天津市2008年和2009年7~9月降水资料和PM10同步监测数据的综合分析，得到如下结论：（1）我市汛期降水整体持续时间较短，以1~5h的降水为主，占全部降水的79.2%；（2）通过对典型降水的分析可知，降水持续时长与PM10浓度的平均削减率呈较好的线性相关，净化效率随降水时长增加而不断提高。