新论揭示：大气气溶胶是影响世博会空气质量的主因

气象条件是空气污染形成及其在大气中传输的重要影响因素。月平均温度和露点的变化非常一致，在7月（28.8℃）和8月（30.8℃）出现峰值，而在其他月份则相对较低。月平均风速没有明显的月变化，大都在3.7～3.9 m·s-1左右，仅在7月出现最低值2.9 m·s-1。图32-5显示了混合层高度的时间序列变化。降雨一般会降低混合层高度，如梅雨期间（6月24日—7月16日）观测的混合层高度最低。世博会期间是上海全年里最为多雨的时段，降雨天数达全年的36%。因此，日均和月均的混合层高度都受这些降雨的影响。图32-5显示了以温度差ΔT／Δz（单位：℃／100 m，Δz为高度差）表示的大气稳定度的时间变化系列。大气稳定度和混合层高度存在明显的负相关关系。大气稳定度低，对应着强对流及高混合层。世博会初期的3个月，大气相对稳定；从8月份开始，大气稳定度下降，至10月份最不稳定。世博会期间总降雨量是709.2 mm，较以往10年（2000—2009年）的平均水平823.3 mm略低。

图32-5　混合层高度、大气稳定度以及降雨量的日变化（彩图见图版第14页，也见下载文件包，网址见正文14页脚注）

通过对PM 2.5小时平均浓度及污染气体与气象参数之间的相关分析，可进一步阐明气溶胶形成的化学过程和气象条件的相对重要性。表32-2列出了PM 2.5与各个参数的相关系数。气态污染物SO 2、NO 2、CO与PM 2.5的相关关系最为显著，其中NO 2、CO相较SO 2，与PM 2.5的相关系数更大。在上海，机动车是NO x和CO的主要来源，而固定源（例如发电厂等）的燃煤则是SO 2的主要来源［16］。相关性分析表明，移动源在气溶胶生成过程中相对固定源的作用更为明显。5—10月间每个月的相关系数变化，高值通常出现在5、6、10月，而较低值则出现在7—9月。在以下的32.5节将提到，7—9月是整个研究期间气象条件最好的时期，有利于颗粒物的扩散，因此颗粒物前体物的作用相对减少。PM 2.5和O 3仅在7和8月有一定的相关性，相关系数在0.4～0.5左右。7和8月是全年中最炎热的季节，强烈的太阳辐射导致光化学作用，这可能是PM 2.5和O 3呈现出一定相关性的原因之一。此外，在32.2节对图32-4的讨论中已经提到，7和8月是生物质燃烧最频繁的时期。由于生物质燃烧会释放大量颗粒物以及污染气体如O 3、CO、CO 2等［24］，因此PM 2.5和O3之间的相关性也可能来自生物质燃烧的贡献。在其他月份，两者之间只有很微弱的相关性，甚至没有相关性，表明光化学过程的贡献相对较低。

表32-2　PM2.5浓度与污染气体（SO2、NO2、CO、O3）以及气象参数的相关系数(www.xing528.com)

**相关系数在0.01水平上显著（双尾），*相关系数在0.05水平上显著（双尾）。

根据这几个气象参数与PM 2.5的相关系数，风速呈现最显著的负相关。在整个世博会期间，两者的相关系数为-0.3～-0.4。世博会期间的平均风速达到3.7 m·s-1，有利于污染物的扩散。为分析风向对颗粒物浓度的影响，分别将测定的所有风（包括风速风向）的X和Y向量与PM 2.5浓度作相关分析。如表32-2所示，X向量与颗粒物有中度弱相关，而Y向量则基本不呈现相关性。这表明，东风有利于污染物的扩散，西风则不利。温度和露点与颗粒物浓度的相关性，不同月份各有不同。在5—8月，温度和露点与PM 2.5呈现中度正相关，表明高温有利于颗粒物的形成。但是在之后的2个月，并未出现类似的正相关，反而出现微弱的负相关。混合层高度在整个研究期间都呈现出跟PM 2.5浓度中度的负相关，尤其在夏季。夏季的高温有利于大气对流，并提升混合层的高度，因此更有利于污染物的扩散。没有发现相对湿度与颗粒物浓度之间存在显著相关性。世博会期间相对湿度的平均值达到78.9%，相对偏差为12.8%。相对偏差与平均值的比值仅为0.16，表明相对湿度的波动相对平缓，因此其与颗粒物浓度之间的相关性不明显。