黄德华 胡淑萍 刘翔宇
摘要 利用2019年宁德市监测站提供的逐时PM2.5质量浓度和宁德市气象局提供的大气能见度监测数据，探讨了PM2.5与消光系数、能见度的关系。分析结果表明：（1）宁德市PM2.5质量浓度主要集中在0～50 μg/m3之间，夏秋两季PM2.5小于春冬两季，总体PM2.5污染不严重。（2）宁德市PM2.5质量浓度与大气消光系数呈线性正相关，与大气能见度呈乘幂负相关关系。（3）在不同相对湿度等级中，消光系数、能见度与PM2.5值关系均保持不变，表明影响大气消光系数和能见度的因子包括大气相对湿度与PM2.5值。
关键词 消光系数；
能见度；
PM2.5质量浓度
中图分类号：P427.2 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）02–0071-03
大气颗粒物是目前主要的大气污染物，直径≤2.5 μm的颗粒物，称为PM2.5[1]。从1970年开始，大气颗粒物对光的吸收效应、消光系数和能见度的影响研究越来越受到重视，已经成为环境污染中主要的研究课题[2]。
宋丹林等[3]讨论了成都城区颗粒物消光系数特征及其与PM2.5的关系，得出颗粒物散射系数的季节变化与PM2.5有明显的差异，主要受到气象条件和郊区污染源输送的影响，颗粒物消光系数与PM2.5呈现较好的线性关系（R2>0.92）。姜斌彤等[4]讨论得出：能见度与PM2.5的关系并不是直接的线性关系，从能见度与PM2.5的拟合曲线中说明在杭州市只有将PM2.5浓度控制在50 μg/m3内，能见度才能得到显著提升。王京丽等[5]对北京市大气细粒子质量浓度与能见度的定量关系进行了初探，得出能见度与PM2.5质量浓度在不同季节关系不同，在春季呈乘幂关系；
冬季、夏季呈指数关系；
在秋季呈对数关系。
鉴于PM2.5对城市的各种影响，分析了大气消光系数和能见度与PM2.5质量浓度关系，再通过不同湿度等级下PM2.5质量浓度变化特点，得出宁德市大气消光系数和能见度分别与PM2.5的关系，为今后制定改善大气环境的对策提供参考。
1 资料来源
选取2019年全年宁德市监测站提供的逐时PM2.5质量浓度和宁德市气象局提供的大气能见度监测数据。经过数据筛选处理后，春季数据样本数有354个，夏季数据样本数有343个，秋季331个，冬季337个。
由Koschmieder定律，得出大气消光系数和能见度存在如下相关关系：
Kext=（1）
式（1）中，Kext是近似为λ=0.55 μg时的消光系数，单位为km-1，V是能见度，通過能见度仪可直接测得的能见距离，单位为km。
2 消光系数与能见度与PM2.5质量浓度的关系
2.1 消光系数与PM2.5质量浓度的关系
不同原因引起的颗粒物污染造成大气消光系数增长的程度是不同的。引起总消光系数上升的原因主要是细颗粒物PM2.5质量浓度的升高。
图1为消光系数与PM2.5质量浓度的关系图，从图中可以看出，年消光系数集中在0～1.5 km-1之间，春、冬消光系数比夏、秋高。春、冬季PM2.5质量浓度主要集中在0～80 μg/m3，夏季的整体样本数据在一年四季中表现为最小。宁德市PM2.5浓度值主要集中在0～50 μg/m3间，总体上该细颗粒物污染不严重。
从拟合的直线可一致得出，消光系数与PM2.5呈正相关关系，即消光系数越大，PM2.5质量浓度越高。
大气消光系数的变化由污染物浓度和气象条件共同作用的，对于不同的气象因子来说，与大气消光系数存在明显相互作用的只有相对湿度，其他气象因子与大气消光系数相关性都较弱。当相对湿度较大时，气溶胶粒子吸湿增长，引起总的消光效率提高（消光效率为消光系数与颗粒物质量浓度之比），导致大气消光系数增大，当相对湿度较小时，气溶胶粒子由于风化，引起消光效率减弱，故导致大气消光系数减小[6-7]。因此，在不同相对湿度条件下，消光系数与PM2.5的相关关系仍待进一步验证。
参考陈义珍等[8]在2010年提出的相对湿度分类方法，将相对湿度分为RH<70%、70%≤RH<80%、80%≤RH<90%、RH≥90% 4个分段区间，统计不同相对湿度条件的大气环境下4个季节整体的样本数据PM2.5在不同消光系数水平下的平均质量浓度值。
由图2可以直观看出：（1）在4个相对湿度等级中，随着PM2.5质量浓度的上升，总体上消光系数呈上升趋势；
（2）相同消光系数下，高湿下的PM2.5比低湿度下对应的PM2.5值小，例如消光系数均值为0.75 km-1时，相对湿度小于70%和相对湿度在70%～80%区间的PM2.5浓度值明显比相对湿度在80%～90%区间和大于90%区间的PM2.5浓度值大。
对4个等级中相对湿度进行对比分析，证明了在相对湿度的影响下，PM2.5浓度值与消光系数仍保持正相关关系，消光系数越高，PM2.5质量浓度值越大。由此可见，PM2.5质量浓度和相对湿度是影响大气消光系数的重要因子。
2.2 能见度和PM2.5质量浓度的关系
颗粒物浓度不同，能见度下降程度也不同，颗粒物对可见光在0.4～0.7 μg的散射能力最强，该波段正是PM2.5的主要组成部分，而PM2.5中的炭黑对光的吸收效应起到主要作用[9]。因此，PM2.5浓度值是能见度下降的主要原因。大量研究表明，PM2.5浓度和能见度呈负相关关系。为探索本地两者关系，作2个因子的散点关系图。
从图3中可以看出，夏、秋季样本数据较为均匀分散，春、冬季样本数据分布比较集中，能见度整体较好，低能见度较少见。与另外3个季节相比，夏季PM2.5浓度最低，主要原因是夏季降水较丰富，有利于空气中PM2.5的沉降。
由图3可以得出，宁德市能见度与PM2.5质量浓度值呈负相关关系，即PM2.5质量浓度越高，能见度就越低，这说明PM2.5质量浓度是影响能见度的一个重要原因。
大气能见度的变化由气象条件和颗粒物浓度共同作用。颗粒物浓度上升，大气能见距离缩短，空气湿度增大时，会使颗粒物散射消光系数增大，从而降低大气能见度。由此可见，相对湿度是影响能见度的重要气象因子之一。与消光系数相同，将相对湿度分成RH<70%、70%≤RH<80%、80%≤RH<90%、RH≥90%的分段区间，统计在不同湿度条件下，2019年4个季节整体的样本數据PM2.5在不同水平能见度下的平均质量浓度值，统计结果见图4。
从图4中可以看出，（1）在分出的4个等级相对湿度中，PM2.5质量浓度值升高，能见度总体上呈下降趋势。（2）能见度一定时，高湿对应的PM2.5浓度低，说明大气相对湿度是使能见度下降的一个重要原因。
对4个相对湿度等级进行对比分析，证明了在相对湿度的影响下，能见度与PM2.5仍保持负相关关系，PM2.5质量浓度值越低，能见度越低。表明PM2.5浓度值与相对湿度是影响能见度的重要因子。
3 结论
根据2019年宁德市监测站提供的逐时PM2.5质量浓度和宁德市气象局提供的大气能见度监测数据，分析了宁德市大气消光系数和能见度分别与PM2.5质量浓度值的关系，得出以下结论。
（1）宁德市无明显PM2.5污染，主要集中在0～50 μg/m3间，夏秋两季PM2.5小于春、冬两季。
（2）宁德市各季节大气消光系数与PM2.5均呈线性关系，能见度与PM2.5呈乘幂关系。
（3）在不同相对湿度等级中，大气消光系数、能见度与PM2.5浓度值关系仍保持不变，表明宁德市影响大气消光系数、能见度的重要因子包括大气相对湿度与PM2.5值。
（4）城市环境质量与人们生活息息相关，分析细颗粒物PM2.5成为一项重要的工作。目前，宁德市尚无系统地对PM2.5质量浓度进行分析，从能见度、消光系数两因子讨论PM2.5质量浓度特点，对今后制定改善大气环境的对策提供参考，同时为无监测PM2.5手段的气象台站提供周围环境细颗粒物浓度测算参考。
参考文献
[1] 祝阳，李全喜.多中心治理视阈下的PM2.5治理模式建构的思考[J].重庆工商大学学报：社会科学版，2014，31（3）：
92-97.
[2] 徐鹏炜，谭湘萍，蔡菊珍，等.杭州城市大气消光系数和能见度的影响因子研究[J].环境污染与防治，2005（6）：410-413.
[3] 宋丹林，陶俊，张普，等.成都城区颗粒物消光系数特征及其与PM2.5的关系[J].中国科学院大学学报，2013，30（6）：
757-762.
[4] 姜斌彤，沈叶民.杭州市大气能见度与PM2.5浓度的关系[J].资源节约与环保，2015（4）：105-106，113.
[5] 王京丽，刘旭林.北京市大气细粒子质量浓度与能见度定量关系初探[J].气象学报，2006（2）：221-228.
[6] 陶宗明，单会会，麻晓敏，等.近地面PM2.5质量浓度廓线反演方法及个例研究[J].激光与光电子学进展，2015，52 （11）：56-62.
[7] 韩毓，白志鹏，孙韧.颗粒物质量浓度对大气能见度水平影响分析[J].环境监测管理与技术，2008（4）：60-61，65.
[8] 陈义珍，赵丹，柴发合，等.广州市与北京市大气能见度与颗粒物质量浓度的关系[J].中国环境科学，2010，30（7）：967-971.
[9] 王晨波.PM2.5浓度对能见度影响分析[J].科技信息，2013（15）：439-440.
责任编辑：黄艳飞
Relationship between Extinction Coefficient， Visibility and PM2.5 in Ningde City
Huang De-hua et al（Zherong Mete-
orological Bureau of Fujian Province， Zherong， Fujian 355300）
Abstract Based on the hourly PM2.5 mass concentration provided by Ningde Monitoring Station in 2019 and the atmospheric visibility monitoring data provided by Ningde Meteorological Bureau， this paper discusses the relationship between PM2.5 and extinction coefficient， visibility. The analysis results show that：
（1） PM2.5 mass concentration in Ningde City was mainly concentrated at 0～50 μ g/m3， PM2.5 in summer and autumn was less than that in spring and winter， and the overall PM2.5 pollution was not serious. （2） The PM2.5 mass concentration in Ningde City had a linear positive correlation with the atmospheric extinction coefficient， and a power negative correlation with the atmospheric visibility. （3） In different relative humidity levels， the relationship between extinction coefficient， visibility and PM2.5 value remains unchanged， indicating that the factors affecting atmospheric extinction coefficient and visibility include atmospheric relative humidity and PM2.5 value.
Key words Extinction coefficient; Visibility; PM2.5 mass concentration
作者简介 黄德华（1995—），男，福建莆田人，助理工程师，主要从事应用气象研究。
收稿日期 2022-11-12
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