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本文作者：梅鵬蔚1史靜2邊瑋瓅1作者單位：1.天津市環境監測中心2.天津市氣象局

1研究背景

空氣質量預報是城市空氣質量管理的一次飛躍。通過預報工作，可以清楚、全面了解空氣污染的變化規律，為政府的管理和決策部門制定空氣污染控制計劃和措施提供準確、及時的城市空氣質量動態數據和依據，提高公眾的環境保護意識，促進企業強化空氣污染治理，保護城市居民的身心健康。

2研究目的

采用數學方法找出環境空氣污染與氣象因素的對應關系，對實施環境空氣質量預測預報工作十分重要，因此通過研究證明大氣降水對環境空氣空污染物的凈化作用非常明顯，特別是開展大氣降水對可吸入顆粒物（PM10）的凈化作用研究，尋找它們之間的相互關系對完善環境空氣質量預測預報非常關鍵，意義重大。

3研究內容

利用天津市環境空氣自動監測資料，結合大氣降水自動觀測數據，分析在環境空氣質量預報中對預報準確率影響較大的大氣降水時長與環境空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度的對應關系，尋求建立二者間的函數對應關系，填補這方面的研究空白，力求對完善可吸入顆粒物（PM10）濃度的預報提供有力支持。

4研究時段的選取

天津位于中緯度歐亞大陸東岸，主要受季風環流的支配，是東亞季風盛行的地區，屬溫帶季風氣候。主要氣候特征是，四季分明，春季多風，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪。天津年平均降水量為520~660mm，降水日數為63~70d。根據胡蓓蓓等人《天津市近50年來降水變化分析》的研究表明，天津市14個地面氣象觀測站多年的降水資料顯示，天津市的降水主要集中在6~9月，分別占全年的降水量的76.99～81.77%，同時天津市歷年的主汛期基本出現在“七下八上”，即7月中下旬至8月中上旬之間，因此將研究時段選擇為2008年和2009年的7月至9月。

5數據分析

5.1自然日降雨頻次統計

根據本研究確定的研究時段，通過對降水觀測資料進行整理篩選，按照自然日進行統計，共有63d出現不同強度的降水，占全部統計日數（184d）的34.2%，可見這一研究時段確實屬于天津市降雨多發季節，充分具備代表性。

5.2降水時長對可吸入顆粒物濃度的影響分析

5.2.1降水時長分類統計

根據降雨小時觀測數據，對全部降雨過程進行了分類統計，并且人為規定，如果2次降水時間間隔不超過2h，則計為1次降水過程。經過統計，在全部184個觀測日中，共出現降水過程77次，其中持續時間為1h的共有31次，占全部降水過程的40.3%，而持續時間2h、3h、4h和5h的降水分別有12次、5次、8次和5次，持續時間在5h以內的降水過程一共為61次，占到全部降水的79.2%，在掌握的資料中，持續時間在20h以上的降水僅有2次，可見我市雨季降水仍以短時，陣性降水為主。（如表1）

5.2.2降水時長對可吸入顆粒物濃度的削減分析

在77次降水中出現了18次降水后pm10的小時濃度沒有下降，反而有不同程度的升高，占全部降水頻次的23.4%，此外有1次降水后濃度無變化，將以上19次未達到凈化效果的降水稱之為非典型降水，反之，能體現出降水凈化效果的稱為典型降水。究其原因，主要為兩方面原因：①降水時長過短且雨量小，無法產生明顯的凈化效果，加之整體環境處于PM10濃度不斷累積升高的過程中；②PM10監測采用的TEOM微量震蕩天平法對空氣中的濕度較為敏感，雖然儀器中安裝有50℃的恒溫加熱設備，但當空氣中濕度快速升高時，仍可能對儀器測定產生干擾，導致誤差的產生。

由圖1可見，降水前后PM10小時濃度的削減率與降水持續時長沒有體現出明顯的規律性，削減率大于90%的降水過程持續時間從4~17h均有出現，而持續時間最長的2次降水過程，其PM10濃度削減率卻低于40%，并沒有預計的那么明顯，但整體而已，持續時間在10~20h之間的降水過程，其凈化效率較高，能起到明顯的凈化作用。

為了更準確的掌握降水時長與PM10濃度削減率間的關系，對不同的降水時長進行了分段統計如表2。統計發現，降水時長在16~20h的典型降水其凈化作用最明顯，PM10濃度平均削減率達71.2%，其次為11~15h的降水，平均削減率為61.4%，1~2h的降水凈化效果相對較低，為34.5%，這主要是因為短時降水尚不足以完全發揮凈化作用，故削減率偏低；平均削減率最低的是降水時長超過20h的典型降水，造成這種現象的原因較復雜，首先是樣品不足，代表性較差，無法真實反應客觀規律，其次是長時間降水導致空氣濕度長時間維持在較高水平，可能對監測儀器產生明顯干擾，因此在回歸分析中剔除了超過20h的降水樣本。（如圖2）通過對不同降水時長與PM10的平均削減率進行回歸分析，其回歸方程為：（略）。

因此，可以發現降水過程持續時長與PM10濃度的削減率之間呈線性相關，凈化效率隨降水時長的增加而不斷提高。

6結論

通過對天津市2008年和2009年7~9月降水資料和PM10同步監測數據的綜合分析，得到如下結論：（1）我市汛期降水整體持續時間較短，以1~5h的降水為主，占全部降水的79.2%；（2）通過對典型降水的分析可知，降水持續時長與PM10濃度的平均削減率呈較好的線性相關，凈化效率隨降水時長增加而不斷提高。