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user: 3. 结果与分析 3.1. PM 2.5 污染水平 表1显示，野鸭湖站2014~2016年PM 2.5 年均浓度为40 μg·m −3 ，从24小时平均值可以看出超标率为13.2%。3年来野鸭湖站PM 2.5 浓度显逐年降低趋势，超标比例下降了61.6%。 Table 1 Annual variation characteristics of PM2. 年份 年平均浓度/μg·m -3 达到一级标准天数所占比例/% 达到二级标准天数所占比例/% 超标比例/% 2014 49.7 46.6 34.4 19.0 2015 38.1 61.0 25.7 13.3 2016 32.1 64.1 28.6 7.3 平均 40.0 57.2 29.6 13.2 表1. PM 2.5 年变化特征 注：1、根据《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中二级浓度限值统计超标百分率；2、达标统计中PM 2.5 平均浓度是指24小时平均浓度。 3.2. 季节变化特征 按照气象学上季节的划分，将1年分为春季(3~5月)、夏季(6~8月)、秋季(9~11月)和冬季(12、1和2月)。表2为野鸭湖站气象要素季节变化情况，图2为PM 2.5 逐月均值对比。PM 2.5 浓度高值月份集中在冬季，其中2月份PM 2.5 达到峰值为55.30 μg·m −3 。夏季PM 2.5 平均浓度最低为32.75 μg·m −3 ，这是因为夏季气温高，边界层发展较好，同时湿沉降和降水的清除，再加之地面植被覆盖，均利于PM 2.5 浓度的降低 [ 2 ]。但7月PM 2.5 月均浓度达到了39.78 μg·m −3 ，这是因为当气温和湿度逐渐增加时，能促使大气中的气体前体物转换成水溶性离子，加速了二次颗粒物的形成 [ 7 ]，野鸭湖站夏季风速在一年中最低，气温高、湿度大利于PM 2.5 浓度的增加。根据气候统计，京津冀雾–霾特点为由于供暖期影响每年10月~次年3月为雾–霾集中发生的季节；第二个高峰值便是夏季7~8月 [ 8 ]。春季PM 2.5 浓度略高于秋季，高浓度值与春季沙尘天气频发、气候干旱有关 [ 9 ]，影响北京地区的沙尘路径主要以西北路和偏北路为主 [ 10 ]。延庆区位于北京西北部，当有沙尘天气影响时会首先产生响应，且春季平均风速最大。秋季PM 2.5 整体水平略高于夏季，但在9月PM 2.5 浓度值最低为25.32 μg·m −3 。 Table 2 The comparison table of mean values of meteorological factors in different season 季节 气温(℃) 相对湿度(%) 气压(hpa) 风速(m/s) PM 2.5 /(g·m -3 ) 春 11.18 45.15 958.51 1.80 36.90 夏 22.14 72.27 952.38 1.27 32.75 秋 9.31 70.73 963.46 1.35 36.15 冬 −4.88 51.15 968.28 1.77 50.55 表2. 不同季节各气象要素平均值对比表 图2. PM 2.5 浓度的月变化 图3. 不同季节PM 2.5 浓度的日变化对比 3.3. 日变化特征 图3中各季PM 2.5 浓度日变化大致显双峰型分布，出峰时间及强度随着季节有所变化。冬春季为双峰型，春季上午峰值强出现在08:00时，冬季则略晚出现在10:00时。早高峰过后，随着太阳辐射的增强，大气对流层内垂直对流运动增强，利于污染物的扩散 [ 11 ]。春季PM 2.5 浓度在11:00~17:00时之间都处于低值水平，冬季15:00时达到一天中的最低值。下午随着太阳辐射的减弱，边界层高度逐渐降低，风速变小，致使污染物不断累积；此外，傍晚集中供暖和交通量增加，也在一定程度上加剧了PM 2.5 的累积，使得在01:00时又出现一个峰值，且冬季时夜间峰值高于上午峰值。夜间湿度增大使得重力沉降作用增强，加之人类活动的减少，使得PM 2.5 平均浓度逐渐下降，春季06:00时达到一天中的最低值，冬季则后移2小时。夏秋季上午峰值均出现在10:00时，最强峰值夏季在17:00时，秋季在20:00时出现，夏季谷值分别出现在06:00时和12:00时，秋季则略晚在07:00时和15:00时，且上午小时谷值最低。PM 2.5 浓度日较差春季最小、冬季最大。 3.4. 日变化相关性分析 野鸭湖站PM 2.5 日均浓度与相对湿度和气压呈正相关，与气温和风速呈负相关。气象参数对PM 2.5 的重要程度依次为：相对湿度>气温>风速>气压，见表3。研究结果显示，相对湿度对PM 2.5 日均浓度的影响最显著且显正相关性。相对湿度大，大气颗粒物能吸收更多的水分子，凝聚增重粒径变大，致使污染物不易扩散。PM 2.5 日均浓度随着温度的升高而降低，这是因为气温升高利于混合层高度的提升，使得大气在竖直方向上更易扩散，从而污染物浓度降低 [ 12 ]。 Table 3 Pearson coefficient between PM2.5 mass concentration and meteorological factor 日均浓度 气温 相对湿度 气压 风速 PM 2.5 −0.088** 0.176** 0.010** −0.049** 表3. PM 2.5 浓度与气象要素之间的Pearson相关系数 一般来说 [ 13 ]，气压与颗粒物浓度显负相关。是由于低气压场天气形势下经常出现静风，且多有低云阻挡，间接造成空气中污染物不易垂直扩散，使得颗粒物不断累积；而高压天气颗粒物易向外和向上走向高空扩散，颗粒物浓度会降低。但是本研究发现，野鸭湖站气压与PM 2.5 日均浓度成正相关，该站三面环山，仅西面与官厅水库接壤，是属于相对清洁的区域，污染物主要来自于其东北部城区及乡镇 [ 14 ]，这说明低气压时大气的区域输送能力较差，因此不利于该站PM 2.5 浓度的输送。 3.5. 季变化相关性分析 野鸭湖站四季分明，因而不同季节下气象条件对该站颗粒物浓度影响不同。分别研究各季中PM 2.5 浓度与气压、气温、相对湿度和风速4个气象因素的相关性。 Table 4 Pearson coefficient between PM2.5 mass concentration and meteorological factors in different season 各季平均浓度 气温 相对湿度 气压 风速 PM 2.5 -春季 −0.035** 0.249** 0.044 −0.112** PM 2.5 -夏季 0.162** 0.077** 0.180** −0.021 PM 2.5 -秋季 −0.018 0.155** −0.039** −0.092** PM 2.5 -冬季 −0.204** 0.396** 0.078** −0.231** 表4. 不同季节PM 2.5 浓度与气象要素之间的Pearson相关系数 **：在0.01水平上显著相关；*：在0.05水平上显著相关。 整体来看，冬季近地面层大气环境较稳定，PM 2.5 浓度与气象因素的相关性在四季中较高 [ 6 ]。表4显示，各季中PM 2.5 浓度与相对湿度和风速呈正相关和负相关，但气温和气压表现不同，除秋季外各季PM 2.5 浓度与气压显正相关，除夏季外各季PM 2.5 浓度与气温呈负相关。若以相关系数的大小来表征，则可以看出，春季：相对湿度>风速>气温>气压；夏季：气压>气温>相对湿度>风速；秋季：相对湿度>风速>气压>气温；冬季：相对湿度>风速>气温>气压。 在主要影响因素方面，春季、秋季和冬季影响PM 2.5 浓度的主要是相对湿度且呈正相关，这说明PM 2.5 浓度随着相对湿度的升高而上升，主要是由于空气中水汽多但是为非降水天气时，水汽可使PM 2.5 在空气中停留，致使污染物浓度升高；当出现降水天气时，降水将大气中的污染物夹带、溶解或冲刷下来，致使污染物浓度降低。夏季则是气压占主导因素呈正相关，野鸭湖站夏季气压最低，湿度和气温最高，风速小，如上文所述野鸭湖站本地污染物少，低气压时不利于PM 2.5 向该地输送。除主要影响因素外，春季、秋季和冬季均是风速对PM 2.5 浓度呈现较显著的负相关。这是因为风速的大小决定了对污染物冲淡稀释作用的大小。根据监测数据显示，野鸭湖站春季平均风速为1.8.0 m/s，冬季为1.77 m/s，秋季为1.35 m/s，监测站位于野鸭湖湿地公园内，高大植被较少，较大的风速有利于污染物的稀释和扩散。 图4. 不同季节风向频率及PM 2.5 浓度在各个风向上的统计对比 3.6. PM 2.5 浓度与风向的关系 污染物从污染源排入大气后就沿风向运动，低层大气中的风向将直接影响污染物的扩散方向，风在对污染物起到输送作用的同时还对其有扩散稀释作用 [ 15 ]。由上述分析可以发现，野鸭湖站PM 2.5 浓度的季节变化和日变化均受到不同程度区域输送的影响。因此，可以对PM 2.5 浓度与风向之间的关系进行分析，以便了解局地和区域污染物对该站输送的影响。为此，选取了各季中野鸭湖站风频和PM 2.5 浓度在各个风向上的统计情况进行定性分析，见图4。 从图4(a)和图4(b)可以看出，野鸭湖站盛行东北风和西南风，春季东北风与西南风势力相当，夏秋季盛行东北风，冬季偏西风占主导优势。PM 2.5 浓度和风向的相关关系非常明显，图3(c)和图3(d)显示22.5˚~135.0˚区域之间对应的PM 2.5 平均浓度为52.7 μg·m −3 浓度较高，而225.0˚~270.0˚对应的PM 2.5 平均浓度仅为25.4 μg·m −3 。不论风向随季节怎样变化，野鸭湖站东北风(45˚)和东北偏东风(67.5˚)带来的PM 2.5 浓度一直处于较高水平，并且在冬季达到最高PM 2.5 浓度为86.7 μg·m −3 左右，春季和秋季次之，夏季PM 2.5 浓度最低但也维持在40 μg·m −3 上下。西南偏西风(247.5˚)控制下PM 2.5 浓度在各季节中达到最低，春季表现最高也只有24.1 μg·m −3 ，春夏冬季则在22.0 μg·m −3 左右，其中夏季最低。这说明野鸭湖地区PM 2.5 浓度主要受来自西东北部城区污染输送的影响，西南偏西风携带的PM 2.5 浓度最少。这与野鸭湖的地理位置有关，野鸭湖北靠燕山、南临太行，东南是八达岭长城，仅西面是地势平缓的官厅水库，因此当东北风和东北偏东风控制时，污染物多来源于东部城镇和乡村，而受城区远程输送翻山气流影响较少。 此外，各季静风时PM 2.5 平均浓度在48.0 μg·m −3 左右，这说野鸭湖地区存在一定的局地排放源。通过分析得出，东北风输送是野鸭湖颗粒物污染的重要原因之一，东北气流易产生污染物累积，降低空气质量，而西南气流则为较为洁净的气团，利于清除污染物，同时观测点也受本地源影响。