不同相對濕度下大氣污染物對能見度影響的研究

1、不同相對濕度下大氣污染物對能見度影響的研究目錄一、刖訂二、能見度的影響因子三、大氣能見度與相對濕度的相關性研究四、不同相對濕度下大氣污染物對能見度的影響五、合肥市不同濕度下PM2.5、PM10與大氣能見度關系六、結論一、前舌能見度：大氣能見度是指視力正常（對比閾值為0.05）的人，在當時天氣條件下能夠在天空背景中看到和辨認的目標物（黑色、大小適中）的最大水平距離。它是氣象觀測的常規(guī)項目。也是表征大氣透明程度的一個重要的物理量。能見度的大小直接反映了大氣的干潔程度，它與空氣中的水汽凝結物和干質懸浮物（天氣現象和大氣的污染程度）有著密切關系。低能見度的出現對交通運輸、航空、電力、城市建設、空氣質量

2、和人民生活等有著較大影響研究背景及意義:大氣顆粒物對大氣能見度、氣候變化以及人類健康等都有重要影響。在大多數城市中，可吸入顆粒物PM2.5、PM10是主要的污染物，成為多數學者研究的重點。在大氣污染物的擴散和累積過程中，氣象條件起著重要的作用。研究表明污染物濃度的大小取決于氣象條件。而在氣象要素中，相對濕度對大氣污染物和能見度的影響較大。因此，探討和掌握大氣能見度的變化特征、影響因素以及不同相對濕度下污染物的對能見度的影響具有非常重要的意義。研究方法:1、能見度研究方法一般探測大氣能見度有兩種方法，目測法和器測法。1975年以前都是人工觀測能見度，存在很多主觀性和限制。隨著科學技術的進步和現代

3、計算機技術的發(fā)展，利用數值方法對大氣能見度的模擬研究方興未艾。其中,對與霧有關的大氣能見度模擬與預報受到廣泛關注。Vis=1.002/(LWC*Nd)06473(5)預報大氣能見度的數值模式:NAQPMS、(2)CAPPS、(3)RAMS、(4)ARPS(5)MM5模式、(6)NJU-CAQPS模式數值研究工作中普遍采用大氣能見度的計算方法主要有3種:Stoelinga和Warner給出的根據消光系數計算大氣水平能見度的公式：TOC o 1-5 h zXvis=-ln(0.02)/p(1)其中Xvis是水平能見度(m),Q為消光系數。在無降水出現的情況下，可直接取云水消光系數Bew作為公式(1

4、)中的消光系數。所采用的經驗公式有：pew=144.7LWC088(2)Pew=91LWC0-65(3)Pew=145LWC0-63(4)Gultepeetal提出了一種新的計算霧的能見度的微物理參數化方法，將能見度作為液態(tài)水含量LWC和云滴粒子數密度Nd兩者的函數：2、常用的分析方法累積百分率分析法Ridit中值分析法平均能見度年際和季節(jié)變化法:、能見度的影響因子-、從科學的角度的來說，有四種影響因子：（1）大氣透明度（2）目標物體和背景兩者之間的亮度對比（3）是由于氣溶膠及氣態(tài)污染物對光的散射和吸收（4）對比視感閾,是指當亮度對比值減小到目標物不能見的亮度對比值。二、一般來說，也可分為兩類

5、：一是大氣污染，二是氣象因子研究表明，大氣顆粒物特別是細顆粒物是造成能見度下降的主要原因。它們是通過散射和吸收消光作用來降低能見度的。能見度除受大氣污染的影響外,還與風速、溫度、相對濕度等氣象條件及霧、降水、浮塵等天氣有密切關系。（一）氣象要素對能見度的影響1、風速白愛娟等在成都市大氣能見度變化特征及影響因子研究中得出以下結論地面風速能見度圖52009年丄丄月316口地.面丿鳳速和大氣能見度的變化曲線由圖5可知，低能見度對應低風速，兩者相關系數達0.406o近地面風速大，易將污染大氣吹離城市，將周邊新鮮空氣吹向城市，有利于局地的大氣擴散。能見度變好。當地面風速小又無云時，容易行成逆溫現象，能見

6、度變差。2、氣壓、溫度張欣永等研究表明，氣象因子是影響能見度的重要因素，能見度與相對濕度和風速相關性顯著，與氣壓呈弱的正相關，與氣溫呈弱的負相關，低能見度一般對應高相對濕度和靜小風天氣。I舵陽rg/km絨;性（號見度/km）|y=0.2435X-238.53R?=00933、溫度能見度/Km線性（能見度/Xm）|y=-02623X+12.153R2=0.0384、相對濕度陳燕在南陽市大氣能見度變化趨勢及影響因子分析中表明，能見度與相對濕度的變化呈明顯的反位相。OOOOOOOOB7.&54321.S姿高母是65432109888888870.019951997199920012003200578

7、能見度一和對濕度圖308時能見度、相對濕度的年際變化天氣現象對能見度的影響霧和霾近年來國際上關于大氣棕色云(ABC)的討論與交流中，統(tǒng)一用相對濕度(RH)80%來界定灰霾與霧。霧和霾對能見度的影響很大，RH90%是霧造成的，RH介于80%90%之間則是二者共同造成的。1、霧陳燕統(tǒng)計了南陽市1995-2005年間大霧和輕霧的逐年變化，研究表明南陽市08時平均能見度與輕霧日數的變化呈明顯的反相關，與大霧日數的變化也有相反的對應關系，霧是造成低能見度的主要原因之一。525O33199519971999200120032005年oooO4.3.21.ooO0505211翌一的0.07輕霧H數T大霧曰數

8、一X-能見型圖608時能見度與霧口數的年際變化指空氣中的灰塵、硫酸、有機碳氫化合物等大量極細微的干塵粒子均勻的浮游在空中，使空氣渾濁，視野模糊并導致能見度惡化?；姻蔡焓且环N大氣污染現象。是空氣中懸浮的大量微粒尤其是PM2.5和氣象條件共同作用的結果。YangWeifen通過對南京灰霾期間細顆粒物的分析發(fā)現，灰霾期間PM2.5的質量濃度時非灰霾期間的119倍。30.022.515.07.50.0圖2灰霆期間卩嗆質量濃度與大氣能見度的關系呱；*能見度圖2為青島市2011年11月下旬岀現的持續(xù)灰霾天氣中的PM2.5質量濃度與大氣能見度的變化情況.從圖中可以看出，從26日07:00開始，大氣能見度隨著

9、PM2.5質量濃度的逐漸升高而迅速下降29日00:00之后，隨著PM2.5質量濃度的下降，大氣能見度迅速得到改善。（三）大氣污染物對能見度的影響研究表明，空氣中大氣顆粒物對光具有吸收和散射作用，其質量濃度的增加會使大氣能見度下降，可貢獻城市大氣總消光系數的80%-90%,其中顆粒物的散射能造成60%-90%的能見度減弱。PM10中含有的黑炭氣溶膠和水溶性離子盡管所占比例較小，但對人體健康產生危害，并對大氣能見度、平流層臭氧和全球氣候產生直接或間接的影響。細粒子PM2.5是PM10中主要的消光粒徑段。它的散射和吸收作用，都會導致能見度降低。1、PM1O張敬巧等合肥市郊夏季PM10濃度及其與能見度

10、的關系中表明:150I11I5101520能見度恤圖2能見度散點分布20906013006121824能見/Um(ajRH/h+80%801246810能Wkm(b)RH大于XO%45O:.35考慮到RH對粒徑分布的影響，以RH80%為界限，將p(PM10)分為2組，可以看出，當RH小于80%時，能見度與(PM10)具有顯著的線性負相關，而當RH大于80%時，二者相關性降低，呈指數負相關。圖2能見度與氣溶股質就濃度的非線性回歸圖11能見度與PM2.5的擬合關系2、PM2.5張薇等在北京西南部大氣能見度變化與空氣污染關系分析研究中表明：PM2.5與能見度的相關性較好，細粒子污染是造成能見度下降的

11、主要原因。能見度與PM2.5的擬合曲線大約在100（微克/立方米）處是個分界。當PM2.5100（微克/立方米）時，能見度的下降隨著PM2.5濃度降低不明顯。當PM2.5100（微克/立方米）時，隨著PM2.5濃度的下降，能見度迅速的升高。w.o-3000O亡岡測夏舍PM2.5因此在顆粒物治理的始階段PM2.5降低對能見度改善效果不明顯。但是當PM2.5降低到一定程度后，能見度會隨著PM2.5的降低有所改善，并且非常顯著。大量研究表明：能見度的好壞與大氣消光作用的強弱是分不開的。3、PM2.5、PM10與能見度的相關性是不同的:姚青等在天津冬季大氣能見度與空氣污染的相互關系中采用非線性回歸方程

12、擬合能見度與污染物濃度的關系，由圖可知，能見度與PM2.5之間的相關性優(yōu)于與PM1O的相關性，表明PM2.5質量濃度對水平能見度的貢獻大于PM1O質量濃度，這與以往的觀測相一致。020C400BOOSCO10001200PMIO/W-i1）Q1-2-11-丄i01002003004CO50C600700PW2.5/（pg於）三、大氣能見度與相對濕度的相關性研究在影響大氣能見度的氣象條件中，相對濕度是最重要的因素之一。相對濕度通過兩種方式影響大氣能見度，一種通過測量得到水汽對太陽輻射的直接散射消光，也可以通過大氣水汽含量使用瑞利散射理論計算。其間接效應是通過氣溶膠的吸濕長大，改變顆粒物的折射率來

13、體現的，而另一種就比較復雜。相對濕度的增加有利于氣溶膠粒子的凝結、碰并和懸浮增長效果，但這種效果對不同尺度、不同化學成分的粒子是不同的。研究表明：相對濕度與大氣能見度呈負相關關系，相對濕度越大時，能見度越低。李學彬等在相對濕度與能見度的相關性研究中，利用Mie理論分析了相對濕度對能見度的影響。根據Mie散射理論由氣溶膠的譜分布和它的折射率可以計算出氣溶膠的消光系數：這里Qext是折射率m、粒子半徑r和波長的函數，由于譜分布n(r)由粒子計數器測量得到。當相對濕度為f時，濕氣溶膠粒子半徑r(f)和干氣溶膠半徑r的關系有如下經驗關系式(其中U為常系數)：利用上述理論，根據2004年9月在北京實際測

14、量的氣溶膠譜分布和相對濕度對大氣能見度進行計算，得到能見度隨相對濕度的變化圖。圖*1能見度隨相對混度的變化結果表明，能見度和相對濕度的負相關性，當干粒子氣溶膠譜分布一定時，隨著相對濕度的增加，能見度逐漸減小。能見度的計算和測量結果對比分析:15Hour208765101520Hour6543AIUB.ffiMA圖，222.23R能見度測量值與計算值的比較22H的理論計算和實際測量能見度變化趨勢基本一致，使用23日12時的譜分布對23日的能見度進行推算的準確性很高，與實際測量結果相比誤差在15%以內。此方法計算結果是合理的，盡管還存在不足，但這對分析相對濕度對能見度的影響以及預報氣象能見度是很有

15、指導意義的。四、不同相對濕度下大氣污染物對能見度的影響不同的相對濕度下大氣污染物對能見度的影響是不同的。宋明等研究發(fā)現，大氣能見度與相對濕度線性相關系數最高，PM2.5次之，大氣能見度隨相對濕度的增大而明顯降低。相對濕度低于60%時，大氣能見度與PM2.5的非線性相關性較好，與PM10次之，與PM10和PM2.5差值的相關性最差。相對濕度高于60%時，大氣能見度與PM10的非線性相關性較好，與PM2.5相關性次之。大氣能見度與相對濕度非線性相關系數高于線性相關系數。馮靜等在青島市采暖期PM2、5與大氣能見度的關系中表明，相對濕度超出85%時，大氣能見度與PM2.5質量濃度的相關性差，相對濕度在

16、85%的各區(qū)間內，大氣能見度與PM2.5質量濃度均呈顯著負相關，特別是相對濕度在60%-70%時，大氣能見度與PM2.5質量濃度的相關性最好，PM2.5對大氣能見度的影響最直接。1、如圖所示，陳義珍等在廣州市與北京市大氣能見度與顆粒物質量濃度的關系中表明，PM2.5和RH是影響能見度的主要因子，不同的相對濕度下廣州市和北京市PM2.5與能見度的相關性不同.709KRHW80%時，能見度與顆粒物濃度的相關性最好。252015()500.10.20.30.40.5圖1廣州市不同相對濕度區(qū)段下能見度與PM,PM”、】。及PM】。的相關性251205lxRH70H70%RH80%80%RII90oa0

17、.050.100.150.200.25圖2北京市不同相對濕度區(qū)段下能見度與pm25的相關性圖4武漢幣不同濕度區(qū)間下能見度與PM25的相關性2、沈龍嬌等研究表明，各RH區(qū)段下，武漢市能見度與PM2.5濃度均成顯著負相關，隨著相對濕度的增加，能見度與PM2.5的相關性逐漸減弱。6050當RH小于50%時相關性最好，當相對濕度超過80%時，相關性顯著下降。相對濕度較高時，雖沒有降水，但空氣中仍有較多的水蒸汽和水滴，會影響能見度。刼齦市不同相對濕駆段下能見度與P血娜關關系Table3ThecorrelationbetweenthevisibilityandPM曲indi&rentRHrangesinW

18、uhan3020100(EJI翌FsRH90%50%師卜憶8吹相對PM15.80%.RHs；90%0.20030O.dOa500.1RH50%50%氓MO%80%：RH/%y=0.9413x-1135v=0.7518iL153Vv=0.4904xV0.960.860.583、天津市不同相對濕度條件下大氣能見度與PM2.5、PM10和PM2.5差值及PM10的非線性擬合方程參數相對濕度/（鳴）能見度與合方程參數能見度與PMl0-PMLt合方程鑫數能見度與合方程參數(tbcFabC(1bC01912.5()-121.247一590.212.52E5-1.93E7-2.52E50一05-7.22E5

19、4.61E77.22E50一10202923.88195.94-2.9&().4912.35-141.259.920.2525.5S-535.39-3.530.4020.46-127.32L400.6316.18-119.667.12(13131.56-484.25-8.33()一5440T921.22-140.110-2().5914,2394.031.42()一2422.25-240.121.33(15150T919.7()-106.90()一230.6314.3597.054.62()一232.2.38-144.7()2.6()(1576OY916.41-100.()50.50().59

20、14.35-56.974.700一2522.66-115.542.08(16370T912.60-60.95L930.5411,97-57,332.78(1242127-75.5()2.250一668.14-126.62-0.020.437.59-6().6()1.740.2213.9()-95.221.05().57901003.11-123.260.23().275.27-25.431.120.325.78-72.550.850.41注:譏c為式1屮的參數；R為擬合值與觀測值的相關系數-當RH60%時情況相反。能見度與與PM25、PM】。差值相關系數也較高，說明RH較大時，氣溶膠的吸濕增長

21、作用使得粗粒子在影響大氣能見度方面貢獻逐漸增大。4、龔識懿，馮加良在上海地區(qū)大氣相對濕度與PM10濃度和大氣能見度的相關性分析表明：PM10的變化率與RH顯著相關。即RH越大，K的絕對值越大。RH在大氣能見度的下降中起著重要的作用。RH在75%以上時，相同的PM】。增加量所導致的大氣能見度下降量是RH在40-45%時的5倍以圖320052009年上海大氣能見度隨pPMQ的變化率（K）與RH的關系上海大氣能見度與PM。RH間相關性的研究表明，高濕度時的低大氣能見度并不一定對應著高水平的大氣顆粒物污染，而主要與顆粒物的高含水量有關。五、合肥市不同濕度下PM2.5、PM10與大氣能見度關系氣象資料采用國家基本氣象站58321地面觀測數據，觀測地點為合肥市314.7N、117.18E,的駱崗機場。觀測時間為2014年1月1日至2014年12月31號。每天進行四次定點觀測，觀測時間為02時、08時、14時、