（环境工程专业论文）西安市pm10污染预报及生态调控能力建设研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 西安市p 。污染预报及生态调控能力建设研究 专业：环境工程 硕士生：魏欣 指导教师：张承中教授 摘要 本文以西安市2 0 0 0 年6 月至2 0 0 4 年3 月各监测点逐日p m 。浓度监测值以及 2 0 0 1 年6 月至2 0 0 4 年3 月的逐日地面气象要素监测值为研究对象进行西安市p m 。 污染预报研究。西安市p m 。浓度分布及气象资料都表现出较强的季节性特征，所 以本文以四季变化作为主线展开研究。 空气污染指数 1 5 0 时，表示所监测区域的空气质量属轻度及其以上污染， 会对人体健康产生不利影响，本文对不同季节空气污染指数 1 5 0 的污染日的气 象要素进行统计分析，找出其分布规律，并与非污染日的气象要素分布搪况进行 对比，从而判定在不同季节可能出现污染天气的气象条件。 p m 。o 浓度与气象条件之间存在着密切的相关关系，本文采用一元统计方法按 季节对两者进行相关性分析，从而得到对p i 。污染影响显著的气象要素，作为后 续进行预报模型研究时选取预报因子的参考依据。 本文在对比众多预报方法之后，选择了多元统计方法中的逐步筛选法、标准 化处理一逐步回归法和主成分回归法三种方法，按照季节的不同分别建立预报模 型，并对所建模型的预报准确性、适用性进行比较，择优选择标准化处理一逐步 回归法，在对各自变量进行标准化处理后，采用逐步回归的方法得到预报方程。 为了消除自变量之间的共线性，建模过程使用了s a s 系统的r e g 过程。经过2 8 9 天的检验，模型的预报准确率为7 6 6 9 。 此外，本文在查阅了源解析方面的资料后，得出西安市的p m 。以土壤尘为主。 同时通过分析调节城市局地气候、改善局地空气环境的方法，并结合西安市的地 形地貌和气候特征，提出西安市p m 。污染生态调控能力建设的几点建议。 关键词：p m 。污染相关分析预报模型生态调控 西安建筑科技大学硕士学位论文 s t u d y o ff o r e c a s to fp m l op o h u f i o n a n d a b i l i t y c o n s t r u c t i o no f e c o l o g i c a la d j u s t m e n t a n dc o n t r o li nx i a nc i t y s p e c i a l t y ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：w e i x i n t u t o r ：p r o f z h a n gc h e n g z h o n g a b s t r a c t t h ef o r e c a s to fp m l op o l l u t i o ni nx i a l lc i t yh a db e e ns t u d i e da c c o r d i n gt ot h e p m l oc o n c e n t r a t i o nv a l u et h a tm o n i t o r e df r o mj u n e2 0 0 0t om a r c h2 0 0 4a n dt h e 口o u n dm e t e o r o l o g i c a ld a t af r o mj u n e2 0 0 1t om a r c h 2 0 0 4o fx i a nc i t y b e c a u s eo f t h es e a s o n a lc h a r a c t e r i s t i ci np m l oc o n c e n t r a t i o nv a l u ea n dm e t e o r o l o g i c a lf a c t o r , t h e r e s e a r c hh a db e e n o u t s p r e a d e d a ss e a s o na sm a s t e r s t r o k e w h e nt h ea i rp o l l u t i o ni n d e x ( a p i ) 1 5 0 ，a i rq u a l i t yb e l o n g st ol o w - g r a d ea n d u p w a r d s ，i t w i l lb r i n ga d v e r s e i m p a c t t op h y s i c a lh e a l t h y i nt h ed i s s e r t a t i o n ，s t a t i s t i c a l a n a l y s i sh a d b e e nd o n ef o rt h e p o l l u t e dd a y s r a p i 15 0 ) m e t e o r o l o g i c a ld a t ai nt e r m o fs e a s o n , a n dc o m p a r e dw i t ht h ed i s t r i b u t i o no f n o n e p o l l u t e dd a y s m e t e o r o l o g i c a l d a t a o nt h eb a s i so f c o n t r a s t , c o n f m n p o s s i b l em e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n t h a tc a na r i s e p o l l u t e dd a y i nd i f f e r e n ts e a s o n s ， t h e r ei sac l o s ec o r r e l a t i v i t yb e t w e e np m l oc o n c e n t r a t i o na n dm e t e o r o l o g i c a l c o n d i t i o n ，s oo n e m e m b e rs t a t i s t i c a lm e t h o dh a db e e nu s e dt oa n a l y s tt h ec o r r e l a t i o n b e t w e e nt h e ma c c o r d i n gt os e a s o n f r o mt h i s ，m e t e o r o l o g i c a lf a c t o r sc a nb e e nf o u n d w h i c hh a sd i s t i n c ti m p a c tf o rt h ep m l op o l l u t i o n ，w h i c hb e c o m eag i s tt oc h o i c e f o r e c a s tg e n ei nt h es t u d yo ff o r e c a s tm o d e l a f t e rc o n t r a s t e dm a n yf o r e c a s tm e t h o d ，t h ed i s s e r t a t i o nc h o o s es t e p w i s e f i l t e r m e t h o d ，s t a n d a r d s t e p w i s er e g r e s s i o na n a l y s i sa n dm a i ne l e m e n tr e g r e s s i o ni nt h e e x c e s s i v e - m e m b e rs t a t i s t i c a lm e t h o dt ob u i l df o r e c a s tm o d e li nt h el i g h to fs e a s o n ， m o r e o v e rc o m p a r e dt h ev e r a c i t ya n da p p l i c a b i l i t yo fd i f f e r e n tm o d e l ，a n ds e l e c t e d s t a n d a r d s t e p w i s er e g r e s s i o na n a l y s i sf i n a l l y i no r d e rt oe l i m i n a t et h et o t a ll i n e ，r e g p r o c e s si nt h es a ss y s t e mh a db e e nu s e d t h r o u g hc h e c k o u ti n2 8 9d a y s ，v e r a c i t yo f m o d e la c h i e v e d7 6 6 9 - i i 西安建筑科技大学硕士学位论文 i na d d i t i o n ，a f t e rc o n s u l t e dd a t ao ff o u n t a i n h e a dp a r s e ，t h ed i s s e r t a t i o ne d u c e d t h a ts o i ld u s ti sm a i ni nx i a nc i t y a tt h es a l t l et i m e ，a n a l y z i n gm e t h o di na 内u s tc i t y c l i m a t ea n di m p r o v ec i t y a t m o s p h e r ee n v i r o n m e n t ，c o m b i n i n g c h a r a c t e r i s t i co f l a n d f o r ma n dp h y s i o g n o m ya n dc l i m a t ei nx i a nc i t y , o b t a i ns e v e r a la d v i c e sa b o u t e c o l o g i c a la d j u s t m e n ta n d c o n t r o li nx i a l lc i t y k e yw o r d s ：p m l 0p o l l u t i o n r e l a t e d a n a l y s i s e c o l o g i c a la d j u s t m e n ta n d c o n t r 0 1 i i i 声明 y 6 1 6 7 1 9 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 - 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所傲的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：魏j 堤 关于论文使用授权的说明 日期：幽随6 弓 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：磁艮呶 导师签名： 注：请将此页附在论文首页。 犯f f 日期：蒯6 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 我国城市空气污染及控制现状 1 1 1 城市空气污染现状 所谓空气污染，根据国际标准化组织( i s o ) 给出的定义，“通常系指由于人 类活动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，持续足够的时 间，并因此危害了人体的健康、舒适和福利或危害了环境”。人类活动包括生活活 动和生产活动，自然过程则包括火山活动、山林火灾、海啸、土壤和岩石风化以 及大气圈中空气运动等自然现象。一般说来，自然环境具有的物理、化学和生物 机能( 自然环境自净功能) 会使自然过程产生的空气污染经过一定时间自动消除， 因此，导致空气污染的主要原因是人类活动。 随着社会经济的迅速发展，人口的急剧增多，地球的大气环境日趋恶化，不仅 使局部地区的空气遭到污染，并且影响到全球范围内大气成分的改变和气候变化。 我国空气污染物的排放量很大，是世界上空气污染比较严重的国家，最主要的 污染物是颗粒物和s 也，根据2 0 0 2 年中国环境状况公报，“2 0 0 2 年，全国废气中s 0 。 排放量1 9 2 6 6 万吨，其中工业来源的排放量1 5 6 2 0 万吨，生活来源的排放量3 6 4 6 万吨，烟尘排放量1 0 1 2 7 万吨，其中工业烟尘排放量8 0 4 2 万吨，生活烟尘排放 量2 0 8 5 万吨，工业粉尘排放量9 4 1 0 万吨“。2 0 0 2 年我国城市空气质量总体 上有好转趋势，但仍有近三分之二的城市空气质量未达n - - 级标准，全国4 7 1 个城 市中，有2 0 9 个城市环境空气质量达到国家二级标准，占统计城市的4 4 3 7 ，比 2 0 0 1 年的3 3 4 3 增加1 1 个百分点；比1 9 9 8 年的2 7 6 4 增加了1 6 7 个百分点， 具体数据见表1 一。 表1 11 9 9 8 2 0 0 2 年城市空气质量状况“ 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 0 0 2 年地级以上城市达到二级标准的占3 2 8 ，比2 0 0 1 年的3 3 4 略有下降。 颗粒物是影响城市空气质量的主要污染物，6 3 2 的城市颗粒物浓度超过国家空气 质量二级标准。北方城市颗粒物污染总体上重于南方城市，颗粒物污染较重的城市 主要分布在华北、西北、东北和中原及四川东部、重庆市，4 7 个全国环境保护重 点城市中，兰州、石家庄、太原、沈阳、西安、北京、乌鲁木齐、重庆、长沙、天 津、呼和浩特、银川等2 9 个城市颗粒物浓度超标0 1 。 1 1 2 空气污染的危害 空气污染对人体健康十分不利，我国城市空气污染的首要污染物是颗粒物， 颗粒物对人体健康的影响亦十分显著。 颗粒物的大小对人体健康的危害有所不同，小颗粒因能更深入地进入呼吸系 统而较大颗粒的危害要大的多。一般，粒径在i 0 0 um 以上的尘粒可以很快在大气 中沉降，1 0 “m 以上的尘粒可滞留在呼吸道中，5 1 0um 的尘粒则大部分在呼吸 道中沉积，被分泌的粘液吸附，弗可以随痰排出；而小于5 “m 的微粒能深入肺部， 0 0 l 0 1um 的尘粒，5 0 以上将沉积在肺腔里，引起肺病“ 。 p m m 是指空气动力学当量直径l oum 的颗粒物，亦称为可吸入颗粒物 ( i n h a l a b l ep a r t i c l e s ，i p ) 。北京市等六城区p m 。t s p 比值为6 0 8 0 ，大部分 人为污染元素分布于p m 。中，占8 0 9 0 ；多环芳烃化合物的8 0 9 0 9 6 分布于p m 。 中“。 p m 。o 在卫生学上也称为胸部颗粒物( t h o r a c i cp a r t i c u l a t e s ，t p ) ，是指能穿 透咽喉的那部分颗粒物，t p 的上切割粒径为3 0um ，意思是没有一个粒径大于3 0 um 的颗粒物能进入咽喉部以内，t p 的5 0 切割粒径( d 。) 为1 0 u m ，意思是只有 一半的空气动力学直径是1 0um 的颗粒能穿透咽喉部“1 。研究数据表明，因上呼 吸道感染、支气管炎、气喘、肺炎、肺气肿等疾病而到医院就诊人数的增加与大 气中颗粒物浓度的增加是相关的，患呼吸道疾病与心脏病的死亡率也表明，在颗 粒物浓度一连几天异常高的时期，呼吸道疾病与心脏病的死亡率就会增加。 此外，空气污染还会对植被、财产和能见度等产生不同程度的危害。 1 1 ，3 城市空气污染控制 随着生活水平的不断提高，人们对空气污染的危害日益关注，使得城市空气污 染控制，尤其是对颗粒物污染的控制显得尤为重要。目前，我国对于城市空气污染 西安建筑科技大学硕士学位论文 的控制主要集中在以下几个方面： 1 ) 颗粒物源解析研究 目前国内很多高校和科研机构都在进行颗粒物源解析研究，如中国科学院、南 京大学等。源解析的目的就是确定不同的污染源对污染的贡献程度。其结果是制定 大气污染防治规划的依据，对于确定污染治理重点，对环境管理和科学决策都有着 十分重要的指导意义。 2 ) 实施可持续发展的能源战略 综合能源规划与管理，改善能源供应结构和布局，提高清洁能源和优质能源比 例，加强农村能源和电气化建设；提高能源利用效率和节约能源；推广少污染的煤 炭开采技术和清洁煤技术；积极开发利用新能源和可再生能源。 3 ) 机动车污染控制 在城市中，机动车尾气成为空气污染的一项重要来源。缓解这项污染的主要控 制方法包括：推广新型动力车，例如电动汽车、天然气汽车等；使用优质燃料，如 无铅汽油等；加强城市交通规划和交通管理。 4 ) 城市扬尘控制 城市建设和交通运输等生产、生活过程产生了大量的城市扬尘，目前国内许多 城市都出台了相关的法律、法规，对城市扬尘进行控制。 5 ) 城市生态调控 为了防止、减轻空气污染，绿化造林，因地制宜的开展城市生态调控是相当重 要的，它不仅可以美化环境，调节空气湿度、温度及调节城市小气候，而且还可以 净化空气，吸收各种有害气体。 1 2 城市气候变化与p m ，。污染相关关系研究的意义与现状 1 2 1 城市气候变化与p m ，。污染相关关系研究的意义 为缓解p 污染对人体健康的影响、改善城市空气质量，首先要对p m 。污染的 分布作相应的分析。p m 。污染的分布是多方面因素的协同作用，一个地区或一个城 市颗粒物的排放量在短时期内不会有很大的变化，但蹦，。污染浓度则往往有几倍 甚至几十倍的变化，其中气象要素的影响尤为显著，因此弄清p m 。污染的时空分 布特征及其与气象条件的关系，分析和把握p m 。的污染趋势、污染的影响因素， 可以为提高p m ，o 污染预报准确率和获得更有效的p m 。污染控制方法提供依据。 我国大部分城市空气污染严重，首要污染物为p m 。p m 。污染的研究以往多集 西安建筑科技大学硕士学位论文 ! ! ! ! ! ! 篁。! ! ! ! ! ! 曼! ! 邕皇! ! ! ! 皇皇皇邕皇邕曼皇曼曼曼! 詈! 烹鼍曼 中于污染排放清单，而与气象条件的相关分析较少，但是随着人们环境意识的增 强，空气质量的优劣变化与气象条件之间存在密切关系已是人尽皆知，所以，探 讨p m 。污染特征及其与气象条件的相关关系，并加强这方面的研究对改善我国城 市空气质量具有重要的作用。 由于污染物质在大气中的输送扩散受气象条件的影响和支配，因此，可以充 分利用气象条件进行准确预报。当预报某时段、某区域有严重污染或污染物质将 严重超标时，有关部门可根据预测，采取必要措施，控制与减少污染物的排放， 避免或减少危险污染事件的发生。 1 2 2 城市气候变化与p m ，。污染相关关系及p m ，。污染预报模型的研究现状 1 2 2 1 国际研究现状 在国际上，由于p m 。对人体健康产生严重的负面影响，对p m 。浓度的影响因素 及其来源的研究得到了广泛的关注。m a r t i nb r a n i s 等人“1 对捷克共和国中部- d , 村镇环境中的p m 。浓度进行了为期将近一年的监测，得到的结论是p m 。和b s ( 黑 炭) 在两个采暖季均有显著的相关性，而夏季两者的相关性不十分显著，p m 。浓度 在采暖季与夏季均与最低气温有十分显著的相关性。y q i n 等髓3 对英国一海岸城 市p m 。进行化学分析，根据其含有的特殊的c i 判定污染物主要来自于北海而不是 来自于大西洋。1 9 6 1 年，美国国家气象局的h o m e r 就对美国大陆的低空逆温频率 进行了统计，从而为寻找逆温与大气污染的关系奠定了基础。1 。目前已经有国家开 始对p m ：。、灰霾和黑炭等进行研究，分析其化学组分以及对人体的病理影响等。 美国国家气象局( n w s ) “吣依据天气预报的风、天气状况、大气稳定度以及 混合层高度等气象因子，用一个简单的箱模式及污染源源强来进行未来2 4 小时的 扩散计算。 t i m i s o a r a 技术大学的g e o r g eg s a v i io “采用标准系统鉴定方法进行污染物 浓度的预测，这个系统需要输入大量的参数( 主要是气象参数) ，同时输出一个污 染浓度值，该模型被用于预测一些污染物的浓度及空气质量等级；美国空气资源 实验室( a r l ) d ra r i e ls t e i n 等“”提出将h a g r a n g e 法的扩散模型同e u l e r 法描 述的化学变化模型相结合预报；美国m c n c 环境模型中心d r j o h nm c h e r r y 等“3 1 提出将由流动源模型、面源模型、生物源模型和点源模型四部分组成的疏散矩阵 中心发散模型( s m o k e ) 与天气预报模型( w p f ) 相结合进行空气质量预报。 1 2 2 2 国内研究现状 在国内，桑建人等人“”利用银川市大气自动监测站2 0 0 0 年6 月1 日至2 0 0 1 西安建筑科技大学硕士学位论文 年5 月3 1 日连续2 4 h 观测资料，从大气逆温、大气降水和大风扬尘的不同角度， 分析其各自对大气污染物的增加和减少所做的贡献，进而给出贡献率。刘永明等 人“明则通过环境监测的结果分析出盆地地形导致的城区内小风层厚度大、强逆温 层出现频率高等大气不利扩散条件是造成重庆市主城区空气污染的重要原因，建 议城市布局要符合空气动力学原理并通过工程措施改善城区大气扩散条件。蒋瑞 宾和李郁竹。首先对北京地区冬季的逆温特征及其对城市空气污染的影响进行了 分析研究，指出北京城区在晴朗微风的夜晚最容易形成较强较厚的逆温，并且1 1 月和1 2 月的出现频率最高( 7 8 ) 。武辉、钱志强等人“7 。于2 0 0 1 年3 月在太原的 1 5 个监测点对太原市大气中的p m 。进行了监测，结果表明：p m 。浓度空间分布整体 上比较均匀，但不同功能区的污染程度有所不同；同时他们还着重探讨了污染现 状的成因，并提出了改善大气质量的建议。西安建筑科技大学李新令“”通过对2 0 0 0 年6 月至2 0 0 2 年1 2 月西安市5 个监测点采集到的p 浓度值进行分析后，得到 西安市p m 。污染的时空分布规律及污染现状，表明不同时段、不同功能区的污染 程度有所不同。 北京市气象科学研究所王淑英“们通过对p m 。同气象条件的相关性进行分析后 采用多元回归统计分析进行刚。污染预报，得出了p m 。污染指数与多个气象因子的 综合相关表达式，复相关系数r = o 7 4 8 。中国气象科学研究院与北京市环境监测站 合作，利用北京城区自动监测系统2 号1 9 9 4 年1 月至1 9 9 7 年6 月的污染监测资 料，分析北京城区4 种主要空气污染物浓度的月、季节变化特征，建立起均生函 数预报模型。 中国气象科学研究院研制的城市空气污染数值预报系统c a p p s1 2 0 是用有限 体积法对大气平流扩散方程积分得到的多尺度箱格预报模型与州。或吼中尺度数 值预报模式嵌套形成的城市空气污染数值预报系统。它不需要污染源强资料就可 预报出城市空气污染潜势指数( p p l ) 和s q 、n 0 ：、p m 。等主要污染物的污染指数 ( a p i ) ，克服了由污染源调查本身的不确定性给城市空气污染的数值预报所带来 的困难。北京市和上海市应用c a p p s 系统所作的数值预报结果表明，污染指数等 级预报准确率平均达到6 1 5 。将c a p p s 系统在北京、上海和石家庄市的应用结果 与国际上几种光化学污染预报模式的预报结果进行比较后得到，就预报值与监测 值的线性相关系数来说，c a p p s 系统的预报水平与其他国家的模式预报水平相当。 大连环境监测站”“利用k a l m a n 滤波法结合逐步回归法建立预报模型；兰州 大学大气科学系。2 3 利用兰州市环境监测站自动监测系统1 9 8 8 - - 1 9 9 1 年冬季监测 的空气污染物浓度资料和同期的天气图资料，在分析天气型与空气污染物浓度关 系的基础上，筛选出了一批气象要素因子，采用双重检验的逐步回归方案，建立 西安建筑科技大学硕士学位论文 了兰州城区冬季2 4 h 空气污染物浓度预报方案，经检验，该方案有较高的准确性， 可应用于日常空气污染物浓度预报业务中。 1 3 西安市pm 1 。污染现状 西安市的空气污染一直以来较为严重，自2 0 0 1 年6 月5 日西安市环境监测站 正式向社会发布空气质量臼报以来，基本上每日的首要污染物都是可吸入颗粒物 ( p m 。) ，因此，西安市的空气质量等级可以用p m ，。污染等级来描述。 1 3 1 西安市p m 、。污染年变化特征 表1 2 为2 0 0 1 2 0 0 3 年西安市蹦。污染指数( 参见附录一) 的统计分析，列 出各年度不同污染等级的出现频率。从表中可以看出：西安市的可吸入颗粒物污 染正在逐年向好的方向发展。 表1 2 西安市p 污染等级频率分布表( 单位：) 表中数据显示：西安市的空气质量以二、三级为主，其中二级天数在三年内 都基本占到了全年的5 0 9 b 以上，在2 0 0 3 年更是占到了6 5 4 8 ，这说明西安市的空 气质量总体状况还是比较好的：空气质量为四级、五级的天数在2 0 0 2 年明显增加， 2 0 0 1 年和2 0 0 3 年，四级、五级天气的出现频率都是o 5 5 和0 2 7 ，但在2 0 0 2 年，这两个等级天数的出现频率分别增加到2 2 咖1 9 3 ，分别增长了3 倍和6 1 5 倍，这主要是某些特殊天气情况的出现( 例如2 0 0 2 年1 2 月的持续大雾天气) 导 致的。同时，l 级天气出现的频率有所增加，三年来一直持续较大幅度的增长。 2 0 0 1 年至2 0 0 3 年西安市p m ，o 年平均浓度的变化情况见图1 1 。 西安市p m ，o 年平均浓度 p 迥 旨 v 越 鬣 2 0 0 1 年2 0 9 2 年2 0 0 3 年年份 圈1 1 西安市诳- o 年平均浓度变化趋势图 一6 一 一- 西安建筑科技大学硕士学位论文 从图中可以看到，2 0 0 i 和2 0 0 2 年的p m 。0 年平均浓度分别为0 1 5 6 m g m 3 和0 1 7 0 m g m 3 ，增幅为8 9 7 ，2 0 0 3 年p m 。年平均浓度值则降低为0 1 3 7 m g m 3 ，比上两年 分别降低了1 2 2 和1 9 4 ，明显趋于好转。 1 3 2 西安市p m ，。污染季节变化特征 通过对西安市的监测数据进行观察后发现，不同季节p m ，。污染所表现出的特征 有所变化，所以本节按季节对西安市的p m 。污染进行分析。季节的划分规则为：每 年的3 - - 5 月为春季、6 8 月为夏季、9 1 1 月为秋季、1 2 月至次年的2 月为冬季。 【因为研究所采用的数据是从2 0 0 0 年6 月开始，所以每个年度都是从本年的夏季开 始、至次年的春季止作为一个完整的年度。本节分析所采用数据为2 0 0 0 年6 月 2 0 0 4 年2 月。 西安市p m 。污染等级季节分布如表1 3 所示。 表1 3 西安市蹦o 污染等级季节分布频率表( 单位：) 由表1 3 可以看出：各年p m 。污染e h 重到轻的顺序为冬、春、秋、夏。2 0 0 3 年空气质量明显提高，春季2 级天气出现频率奇高，达到8 1 5 2 ，这与该年3 、4 月份p m - 。污染等级以2 级天气为主有关，其原因将在第四章进行分析。 西安建筑科技大学硕士学位论文 西安市p m 。浓度季节分布特征如图1 2 所示。 图1 2 西安市p 浓度季节分布图 图1 2 显示，夏季、秋季和冬季的p m 。浓度都是先增加后降低，且增幅明显 降低，其中秋季和冬季在2 0 0 1 4 2 0 0 2 年度增幅分别为3 6 4 7 和2 2 0 8 ，到2 0 0 2 2 0 0 3 年度则降到9 0 5 和9 2 2 ：春季的p m 。浓度却是逐年降低的，三年来降低了 0 0 5 5m g m 3 ，降低幅度达到了3 0 5 6 ，尤其是2 0 0 2 2 0 0 3 年度，比上年降低 2 8 4 9 。具体的数据见表1 4 。 表1 4 与上年同期相比p m , o 浓度的季节变化( 单位：) 注：表中负号表示浓度值较上年相比有所降低。 1 4 论文研究的目的和意义 本课题是陕西省自然科学基金项目“西安城市气候变化特征及其与p m ，o 污染 特征的相关分析( 2 0 0 2 e 2 - 1 2 ) ”的部分内容。 随着我国经济的不断发展和人民生活水平的日益提高，人们对环境问题越来 越关注，对空气质量的要求也越来越高，国家环保总局1 9 9 6 年颁布的环境空气 质量标准( g b 3 0 9 5 1 9 9 6 ) 规定，环境空气质量二级标准的可吸入颗粒物年平 均值不得超过0 1 0m g m 3 ，日平均值不得超过0 1 5m g m 3 ，但目前西安市还远远 不能达到这一标准，为此，需要大力治理颗粒物的污染问题。 本文根据西安市环境监测站发布的西安市空气质量日报和同期气象观测资 料，结合西安市城区p m 。污染的时空变化特征和各气象要素的变化特征，研究p m 。 浓度与各气象要素的相关性，建立西安市p m 。污染预报模型体系，以便更好的反 西安建筑科技大学硕士学位论文 映西安市环境污染变化的态势，使社会有关各方及时了解可能出现的污染情况， 使对大气污染物敏感的人群及时做好预防措施，并为p m ，。综合防治和环境管理决 策提供科学依据。 常规的污染源治理方法对城市p m 。浓度削减产生了一定的效果，但p m ，。污染达 标情况并不理想，所以本文通过查阅资料，分析西安市颗粒物来源，并与污染物浓 度和各气象要素相关性分析的结果相结合，探讨通过改善城市气候，提高城市空气 质量的生态调控方法。 1 5 论文的研究思路和内容 通过对西安市不同季节的蹦。污染状况进行分析后发现，p m 。污染在不同季节 存在着明显的差异性，而且西安市的地面气象要素也存在着明显的季节差异，本 文以西安市空气污染指数大于1 5 0 的污染目各气象要素在不同季节的统计分布特 征和p m m 污染在不同季节与各个气象要素的相关关系为依据，按季节建立p 5 l i 。污染 预报方程，形成西安市的p m 。污染预报模型体系，并探讨采用生态调控改善局地 小气候的方法，提高西安市p m ，。污染生态调控能力建设对策。 本论文包括以下几部分内容： 1 ) 西安市污染日气象要素特征分析分析西安地区空气污染指数 15 0 的污染 目的气象要素统计分布特征，探讨不同季节气候条件和气象要素变化对西安市蹦。 污染的影响。 2 ) 西安市p m 。o 污染与气象要素的相关分析分析嗣。污染在不同季节与各个气 象要素的相关关系，从而得到对p m 。浓度产生较大影响的气象要素。 3 ) 西安市p m m 污染预报模型体系的建立和检验在上述分析的基础上，分季 节选出与p m 。浓度相关性较强的气象要素作为预报因子，通过比较不同预报方法 的准确率，建立春、夏、秋、冬四季跚。浓度预报模型体系并进行模型检验。 4 ) 西安市p m l o 污染生态调控能力建设对策研究根据西安市p m ，。污染与气象要 素楣关分析结果，针对主要影响因子，探讨采用生态调控改善局地小气候的方法， 加强西安市p m ，。污染生态调控能力建设。 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 1 数据的采集 2 数据的采集与分析 本文所采用的数据为西安市大气环境自动监测站所提供的2 0 0 0 年6 月2 0 0 4 年3 月1 5 日共4 6 个月的p m 。实测资料以及2 0 0 1 年6 月1 日2 0 0 4 年3 月1 5 日 共3 4 个月的气象资料。 2 1 1 p m ，。的数据来源和采集 p m ，o 的实测资料为西安市五个国控监测点的每日实测值和全市平均值，共计 1 3 7 6 天。 西安市环境空气国控网监测点共有5 个，分别为：1 号点位西安高压开关厂( 西 郊工业区) 、2 号点位兴庆小区( 居民文教区) 、3 号点位纺织城( 东郊工业区) 、4 号点位小寨( 商业区) 、5 号点位草滩( 清洁对照点) ，其中5 号点位远离城区，为西 安市的清洁对照点，故该点的监测值不包括在p m 。浓度全市平均值之中。 各监测点周边环境状况介绍如下： 1 ) 高压开关厂高压开关厂位于莲湖区，该区面积4 2 8 7 k m 2 ，人口5 6 8 万， 人口密度1 3 2 1 0 4 人k f f ，区内有大中型企业2 0 0 余家。近年来进行低洼地改造、 北大街拓宽改造、土门街心花园等工程项目，共完成建筑面积3 8 9 x1 0 5 m 2 ，铺设 人行道6 0 8 1 0 s m ：。 2 ) 兴庆小区兴庆小区位于碑林区，该区面积2 5 k m 2 ，人口7 1 万，人口密度 2 8 4 1 0 4 人k m 2 ，区属商业企业1 6 家，现有专业批发市场6 8 个，区内有西安市 最繁华的商业街东大街、南大街。 3 ) 纺织城纺织城位于灞桥区，该区总面积3 3 2k m 2 ，人口4 3 万，人1 3 密度 1 3 1 0 3 人k m 2 。近年建设项目包括：“三纵六横”公路网络实施；洪庆、席王、 十里铺、红旗等工业园区建设等。 4 ) 小察小寨位于雁塔区，雁塔区总面积1 5 2k m 2 ，人口5 1 万，人1 3 密度 3 4 1 0 3 人k m 2 ，区内现有大中型企业3 0 余家，雁塔区境内还有西北最大的植 物园林景观群一西安植物园、西安盆景园、西安春晓园等。近年坚持加快以道路 为主的市政设施建设，二级公路雁环路，西巷道路改造，省市重点项目绕城高速 公路南线、西影路拓宽改造等工程项目。 5 ) 草滩草滩位于未央区，该区总面积2 6 1 k m 2 ，人口3 6 万，人口密度1 4 1 0 s 西安建筑科技大学硕士学位论文 人k m z 。近年来，已修建各类道路4 1 条，目前全区平均每平方公里拥有公路1 1 4 k m ， 高于全市平均水平2 8 倍。 各采样点的具体位置参见附图一。 2 1 2 气象要素的来源和采集 表示大气的物理状态和大气中物理现象的物理量统称为气象要素。本文所用 到的气象要素为西安市气象局提供给西安市环境监测站的西安市2 0 0 1 年6 月1 日 到2 0 0 4 年3 月1 5 日逐日气象要素实测值，共1 0 2 0 天。 气象要素包括天气形势、日均气压、日均气温、最高气温、最低气温、日照 时数、总辐射量、净辐射量、日均湿度、总云量、0 8 气压、0 8 气温、0 8 湿度、0 8 露温、0 8 风速、1 4 风速、2 0 风速、平均风速、0 8 能见度和1 4 能见度，共计2 0 个。其中0 8 、1 4 、2 0 表示监测时间分别为上午8 时以及下午1 4 时和2 0 时。 此外，本文还用到了陕西省气象局提供的2 0 0 1 年至2 0 0 3 年高空压温湿资料 和定时风向资料中的部分数据。 2 2 数据的分析与处理 2 2 1 数据分析的依据 对p m o 污染相关数据的分析主要依据空气污染指数的分级及其浓度限值，对单 种污染物丽言，空气污染指数( a p i ) 为真实源强在真实气象条件下产生的平均浓 度对标准浓度的比值瞰1 ，具体的数值及空气质量类别等参见附录一；建模过程中的 数据分析主要是依据概率论和数理统计方面的原理和方法。 2 2 2 数据分析项目 本课题对以上数据的分析，主要包括以下几个项目： ( 1 ) 按季节分别列出空气污染指数 1 5 0 的8 6 天( 污染日) 、除去污染日的其 余监测日( 非污染日) 各气象要素的分布频率，从而初步探讨空气污染多出现在哪 些气象要素的什么取值范围内。 ( 2 ) 从气象要素和污染物浓度值的相关关系着手，通过对污染物浓度与逐个气 象要素的一元相关分析，得出不同季节影响p m 。污染的主要气象要素，为开展污 染预报和控制p m 、。污染提供依据。 西安建筑科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 从气象要素中筛选出与p m 。污染相关性好的要素作为预报因子，按季节建 立预报模型体系。各气象因子间的线性相关性是影响模型稳定性的一个重要因素， 所以要对引入模型的气象参数进行线性诊断，再采用多元统计方法建立预报模型。 2 2 3 数据处理方法 2 2 3 1a p i 1 5 0 的气象要素统计方法 按照季节的不同，先对a p i 1 5 0 的污染曰所对应的气象要素逐一进行统计， 各气象要素按照其属性及分布范围作出分段，统计出不同季节污染日在每段的出 现概率。然后再对所有统计资料中非污染日的气象要素在各阶段的分布情况进行 分析研究，从而得出气象要素的一般分布情况。通过对污染日和非污染气象要素 在各阶段的出现频率进行比较，找出两者之间的差距，若两者相差较大，则说明 在这个区间内可能出现a p i 1 5 0 的污染现象。 以0 8 气温为例，春季：0 8 气温0 时，污染日出现频率为6 6 7 、非污染日 出现频率仅为o 5 5 ，说明春季污染天气多出现在0 8 气温o 时；冬季：0 8 气 温o 时，污染日出现频率为2 9 4 1 、非污染日出现频率为5 0 9 1 ，而0 8 气温 在1 0 2 0 。c 时，污染日出现频率占到1 9 6 1 、却没有非污染日出现，说明冬季污 染天气多出现在0 8 气温在1 0 2 0 。c 范围内时。 2 2 3 2 p m 。污染与单个气象要素的相关分析 p m 。o 污染与单个气象要素的相关分析采用一元线性回归的方法，建立p m 。浓度 和各气象要素间的一元相关方程，绘制相关趋势图并计算相关系数，具体计算过 程如下： 一元线性回归模型嘲 譬a 旆+ b x 川+ s 或】，7 + b x t a 1 k z ) s f o ，盯2 1 判+ oj 称y 与x 之间存在着线性关系，式中y 为p m 。浓度，x 为某一气象要素，参数 a 、b 称