上海市月降尘量与气象因子间关系研究

摘 要本文利用上海市１９９３～２００３年月降尘量和同期气象资料，运用统计学方法和图表 说明、物理解释相结合的方法，研究了降尘量的年、月际变化，表明：降尘量的年际变化存在明显的 下降趋势；降尘量月际变化的高值出现在春、夏季月份，与北方燃煤量大的城市差别较大。同时更 为详细地研究了降尘量和气象条件之间的关系，结果表明：风向、风速频率和雨日数是影响降尘量 的主要气象因子，而温度、湿度对降尘量没有明显的影响，并简要说明了影响机制，解释了年、月际 变化。
由于其它气象要素对降尘量的影响不如风的影响大，故把它们放在一起讨论。
Ｆｉｇ．１
图１风向频率与降尘量相关系数 Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｕｓｔｆａｌｌ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
ｏｆ ｗｉｎｄ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ
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本文利用上海市的月降尘量和地面气象常规资料，研究了降尘量和气象因子的关系，不仅对于深入降尘 污染研究具有理论意义，同时还有环境治理需要的现实意义。
１资料与方法
本文所用资料为来自上海市环境监测中心设在３１．３７。Ｎ，１２１．４８。Ｅ测点１９９３～２００３年月降尘量资料
收稿日期：２００５—０５—０９；修改稿日期：２００５—０９—０９ 基金项目：本文由国家自然科学基金项目（编号：４０１７５０２９）和江苏省”３３３工程”项目及上海市环保局”吴淞工业区综合整治效果评估及对 策措施”共同资助 第一作者简介：张国宏（１９６８一），男（汉），山西长治，工程师，南京信息工程大学气象学专业硕士研究生，主要从事气候和应用气象研究 Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｇｕｏｈｏｎ９１６３＠１６３．ｃｏｒｎ
采用了统计学上的积差相关系数Ｒ、回归分析同图表说明、物理解释相结合的方法。
２ 结果分析
２．１ 降尘量年、月际变化的主要特征 上海市降尘量年际变化的主要特点是：下降趋势明显，月均下降１．２５ ｔ／ｋｉｎ２。从１９９３到１９９５为上升阶
段，以后逐年下降，至１９９９年后下降趋势减缓（图４）。 降尘量月际变化的主要特点是（图５）：３、７月为两个高峰，６、１０月是两低谷，即多年平均呈双峰双谷型
风速对降尘量的影响比较复杂，由前面分析可知，静风时，尘粒由于自身重力的作用自由下落，阻力很 小，有利于降尘量的增加；当有１、２ ｍ／ｓ的小风速时，重力下落的阻力增加，不利于尘粒的降落；当风速达到
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万方数据
Ｆｉｇ．３
月序
图３拟合值与实测值对比 ——实测——拟合
Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆｉｔｔｅｄ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｖａｌｕｅｓ
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图２风速频率和降尘量相关系数
Ｆｉｇ．２ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｕｓｔｆａｌｌ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｗｉｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ
万方数据
３３０
气
象
科
学
Ｔａｂｌｅ １
表１ 降尘量与累积风速频率相关系数 Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｕｓｔｆａｌｌ ａｎｄ ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｗｉｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ
分布。逐年考察降尘量的月际变化情况，基本上也是春、夏季月份高，秋、冬季月份低的态势，只有１９９４年为 春季月份异常高、夏季月份低的单峰形态（图６ａ）。另外１９９５年７、８月的降尘量异常偏高（图７ａ）。 ２．２ 降尘量与气象因子的相关分析 ２．２．１降尘量与风向的关系
计算了逐月降尘量与逐月各风向（１６个方位）出现频率的相关系数（图１）。可以看出：和降尘量为正相 关的方位顺时针为ＳＥ～ｗ的扇形区域，其中与ＳＳＥ、Ｓ和ｗｓｗ三个方向的正相关系数超过０．０１的信度检 验。这里我们把与降尘量间正相关系数最大且超过０．０１的信度检验的三个方向（ＳＳＥ、Ｓ和ＷＳＷ）的风向 频率之和，称为偏南风频率，并用它来评价风向对降尘的影响。１月、７月风玫瑰图（略）可分别代表上海市 冬、夏季的主导风向，比较发现，７月正相关风向出现的频率明显大于１月，这和冬、夏季的降尘量是相吻合 的。 ２．２．２降尘量与风速的关系
由图３可见，拟合效果很好，拟合概率Ｐ＜Ｏ．０００１，各回归系数及常数项在显著性水平ａ一０．０１下也是 显著的，决定系数Ｒ２—０．５２６２，误差标准差（即模型中误差的方差仃估计）为５．１８７６７。经计算，拟合的平均 绝对误差为３．９ ｔ／ｋｍ２，平均相对误差为２５．４％。 ２．４降尘量年、月变化的气象解释 ２．４．１ 主要气象因子对降尘量的影响机制初探
分析了降尘量与气象因子年际变化关系（见图４）。影响上海市降尘量年际变化的气象因子主要有：偏 南风频率、０８时３ ｍ／ｓ以上风速频率和相对湿度。
由图可见：偏南风频率的年际变化曲线和降尘量的年际曲线配合相当好，２００２年和２００３年偏南风频率 有增加趋势，而降尘量稳定减少，可以反映环境治理的效果；相对湿度反映的是旱涝变化情况，在降尘量最高 的１９９５年，相对湿度最小，１９９９年也相对应；偏南风频率、０８时３ ｍ／ｓ以上大风速频率的减少是降尘量减少 的气象原因。 ２．４．３月变化
３期
张国宏等：上海市月降尘量与气象因子间关系研究
３３１
临界风速（大致５ ｍ／ｓ）时，可以将地面的尘土吹起，出现了二次扬尘，增加了空气中的尘量，进而会使降尘量 增加。
降水对降尘量的影响也比较复杂，当降水量或雨日数较少时，由于降水的冲刷作用，将使空气中不能自 由降落的尘粒（包括粒径小于１０ ｔｉｍ的粒子）降至地面，从而使降尘量增加；当降水量超过某一值或雨日数 大雨一定天数时，空气中的尘粒已被冲刷近乎干净，雨量再增加也不会使降尘量增加，反而会减少。另一方 面，雨水太多，地面湿润，即使有风，出现二次扬尘的机会也少。
第２６卷第３期 ２００６年６月
气 象科学 ＳＣＩＥＮＴＩＡ ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖ０１．２６，Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ，２００６
上海市月降尘量与气象因子间关系研究
张国宏１ 谈建国２ 郑有飞１ 魏海萍３ 阴 俊２
（１南京信息工程大学环境科学系，南京２１００４４） （２上海市城市环境气象研究中心，上海２０００３０）（３上海市环境监测中心，上海２０００３０）
ｙ一１６．８８２０１＋０．４５７３４９４ Ｘ１＋０．０１９２７３０６ Ｘ２—０．０８１８１４７３ Ｘ３ 其中Ｙ为月降尘量拟合值，Ｘ。为偏南风频率，Ｘ：为降水量减去年平均值所得距平，Ｘ３为时间序列号（其取值 范围为１～１２７）。各因子的标准化回归系数依次为０．４９０１、０．１７０２和一ｏ．４０４４，它们反映了各因子在方程 中的作用大小。方程中ｘ。和ｘ。反映了气象因子对降尘量的影响，而ｘ。主要反映了环境治理使降尘量有效 减少的情况。
２６卷
注：标｛｛为通过０．０１信度检验，｛通过０．０２信度检验
从整个资料时段来讲，各气象因子和降尘量之间的线性相关大小（表２）依次为蒸发量、气压、雨Ｅｔ数、降 水量、温度和相对湿度，除气压外，全为正相关。降尘量和相对湿度的相关最小。湿度的这一结果和朱延盛 等对兰州的结论是一致的‘１５１。
表２其它气象因子和降尘量间的相关系数 Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｕｓｔｆａｌｌ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒｓ
风向对降尘的影响，主要是由于测站处于尘源的下风方向，尘源包括本地尘源和远距离输送的外来尘 源。据余梓木等口６｜，上海市可吸入颗粒物污染分布易受风向风速影响（夏季盛行东南偏东风的影响污染高 值区相对春季范围有所扩大，并且向西北方向漂移）。外来尘源来自南方也是有一定可能性的。据相关研 究，我国浮尘主要起源于甘肃、内蒙、宁夏等地的干燥沙漠地带，其次为南疆沙漠；南疆一带的浮尘主要是就 地产生的Ｉ－１７］［１ ８｜。另外也许尘粒由于在海洋大气中与海盐的混合将使其直径平均增大０．４～ｏ．８／ｘｒｎ［１９３也是 一个原因。我们认为导致上海市在偏南风时降尘量增加的原因是多方面综合作用的结果，降尘测站位于城 市下风方向，本地尘源是主要的。更详细的原因有待进一步研究。 ２．４．２年变化
关键词上海市月降尘量气象因子关系研究 分类号Ｐ４９ 文献标识码Ａ
引言
大气降尘是指在空气环境条件下，靠重力自然沉降在集尘缸中的颗粒物。一般其粒径大于１０肛ｍ，但当 有降水出现时，由于冲刷作用，粒径可小于１０肛ｍ［１］［２｜。有研究表明，降尘从大气中消除部分ＳＯ。２－、Ｎ０３－、 Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ料离子及Ｐｂ、Ｃｄ、Ｚｎ等重金属，将其带入土壤或水域，引起土壤酸化及其它反应，导致 地表生态系统变化。如欧洲南部高山湖泊没有象北部湖泊一样发生酸化的原因，可能归功于大气降尘的影 响［３］。降尘不仅可改变土壤的组成和性质，而且还影响植物的生长、产量和品质［４卜［６］。
由于降尘对人的危害不如ＰＭ，。、ＰＭ。．。、ＳＯ。那样受人关注口］［８｜，对它的研究相对比较少。到目前为止， 有关降尘的研究主要集中在来源、化学组成、粒径特征［９１等方面，且主要是北方城市。如杨丽萍、陈发虎运用 因子分析法研究了兰州市大气降尘的污染源及各源所占比例，依次为燃煤、风沙扬尘、汽车尾气、建材及其 它［１叩；陈天虎、徐惠芳揭示合肥地区大气污染物来源为地表扬尘、大气化学次生气溶胶、汽车尾气、燃煤烟尘 等［１１｜。而有关降尘和气象关系方面的研究相对较少，且尚不够深入，同时不同研究者所用资料地点不·，分 析结果也各有差异。樊恒文等发现，在包兰铁路沙坡头段，月降尘量与每月＞５ ｍ／ｓ风速的次数有良好的相 关性［１２３；李明香等应用灰色关联分析法研究气象因子对辽宁营口市大气降尘的影响程度得出，与降尘量关 联度从大到小依次为风速、相对湿度、降水日数、降水量、气温［１胡等；潭洪恩等得出新僵石河子市的降尘量和 相对湿度、静风频率为正相关，而与蒸发量、平均风速、降水量为负相关，与气温相关很小口４｜。
注：标｛｝为通过０．０１信度检验，｝通过０．０５信度检验
２．３月降尘量影响因素的回归分析 为了从不同侧面了解降尘量的影响因素，我们采用逐步回归方法进行分析。 将偏南风频率、０８时至３ ｍ／ｓ风速频率、蒸发量、气压、雨１３数、降水量和温度及它们对应的减去各自年
平均值的距平，加上月份序列的时间序号，共１５个因子作为自变量，月降尘量作为依变量，经逐步回归分析， 得最优回归方程为
分析上海市降尘量月变化为双峰双谷型分布的原因，气象因素主要有三个（图５）：偏南风频率、风速频 率和雨日数。春季３～５月份，偏南风频率处于较高值，３ ｍ／Ｓ以上风速频率为各季之首，另外尽管雨量不 大，但是雨日数较多，因而出现了降尘量的高峰。６月偏南风频率、风速频率均出现较小值，加之为梅雨季 节，雨量大，致使６月出现月降尘量之谷。夏季７、８月份，偏南风频率为全年高峰，风速频率和雨日数也较 多，降尘量出现又一高峰。１０月主要气象因子偏南风频率处于小低谷，风速频率处于低值，雨日较少，不利 于尘粒沉降，因而成为降尘量最少月。
为了考察降尘量与风速的关系，Leabharlann Baidu算了降尘量与各时次及日平均累积风速频率的相关关系（表１）。由 表１可见：月降尘量与０８时３ ｍ／ｓ以上风速频率相关最好，０２时５ ｍ／ｓ以上次之。因此我们可采用０８时至 ３ ｍ／ｓ风速频率来评价风速对降尘量的影响。
将逐月１～７ ｍ／ｓ的风速频率分别和降尘量求相关发现（图２）：降尘量与７ ｍ／ｓ风速的频率相关性最 好，与５ ｍ／ｓ次之，它们均通过了ａ一０．０５信度检验；与１、２ ｍ／ｓ风速的频率为负相关，且通过ａ一０．０５的信 度检验；与３、４ ｍ／ｓ风速的频率相关较小；而与静风频率为正相关，且通过ａ一０．０５的信度检验。 ２．２．３ 降尘量与其它气象要素的关系
万方数据
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张国宏等：上海市月降尘量与气象因子间关系研究
３２９
和来自上海市气象局位于３１．４。Ｎ，１２１．５２。Ｅ自动气象站的同期气象资料。气象站与降尘站相距约５ ｋｍ， 月气象资料主要包括月平均气温、降水量、雨日数、气压、相对湿度、蒸发量、各风向频率和每日四时次的风 速。因部分月份降尘量资料缺测，序列长度ｎ一１２７。
基
≥ 斓 刊 凿 霜 薯
十蝴对湿度