张戈一 苟家满
(中兵勘察设计研究院有限公司，北京 100053)
1 概述
近年来，随着我国经济的紧迫发展、城市化进程的加速发展、能源行业的发展和交通工具使用范围的加大，大气污染日益严重，造成污染性的天气也越来越复杂，尤其在以京津冀地区为首的多维度下的污染日益突显，造成霾现象反复发生[1,2]。从1950年到2000年的近50年的时间里，中国年平均霾日数呈增多趋势，特别是2008年—2018年这10年以来霾日数量增长趋向明显[3,4]，而且这种增长的趋势很有可能继续延续下去。
2 研究区概况
北京市是地处于华北大平原的靠北地区。西北由于有山脉的影响，所以地势比较高，因此相比较而言东南方向的区域比较低。北京市东南方向与天津北部经济中心相互接壤，其余部分均被河北省包围，处于河北包围范围的中心地区。北京市的面积虽然并不大，但是北京市的人口数量非常多，与其他经济发达的国家一样，在首都由于人类活动的旺盛，造成的影响相对来说也比全国内其他区域的要大。
3 空气质量与各气象要素之间的关系
3.1 数据来源
1)中国气象数据中心提供的气象数据;
2)天气后报网提供的历史天气日值数据;
3)水利部信息中心提供的地下水月报;
4)国家统计局提供的中国各城市2008年—2018年统计年鉴。
本文选取了北京市气象站(54511)2017年1月～12月日值数据。天气后报网站中包括了中国各个省市的历史天气，其中包括天气状况，风力风向，温度，AQI数值。数据处理过程：本文中需要采用的各种数据，均需处理后使用。降雨量，筛选出54511气象站的降雨量数据，对于有微量降雨无法计数的数据，均用小于1 mm来替代。蒸发量，蒸发量的数据是小型和大型蒸发皿的蒸发数据量，使用该数据是为了测定北京市水面蒸发的折算系数。最高温度，最低温度，用于计算日平均气温，用二者的平均值代替日平均气温。风向数据，用数字代替各种风向，将数字还原成风向后，用风向数据做统计图。水利部提供的地下水动态月报中，里面包含了每个月地下水位的等值线图，从图中读取地下水的平均值作为实际地下水位。
3.2 空气质量与降雨量相关分析
由于北京市所处的地理位置，降雨是一种能够有效降低空气中各种污染物的手段。雨水结合空气中各种污染物降落到地面,使空气中的污染物得到自然净化,所以降雨对减少污染物和抑制扬尘有很好的作用。而降雨过后产生的效果也非常好，空气质量在降雨当天以及降雨过后都保持了非常低的水平(见图1)。
通过拟合出的公式可以看出来，降雨量和AQI值呈现负相关，也就是说随着降雨量的增加，在降雨过程中,雨滴可以不断地将大气中的微粒俘获、溶解或冲刷下来,带走和稀释了空气中的污染物，有效地降低大气污染物的浓度，而降雨量的减少，也会导致空气中污染物颗粒的富存，在北京，长达150 d的无降雨记录也是造成空气质量变差的原因之一。通常,雨滴的作用是可以兼并粒子直径相对较大的气溶胶粒子，通过雨滴所进行的俘获作用，使得空气中的气溶胶减少，从而导致了AQI值将会降低，空气质量也会相应的变好。
3.3 空气质量与平均气温相关分析
平均温度相对较高的季节，由于温度影响了大气层的活性，不容易形成逆温层且逆温层的生成存在时间较短，而且大气相对流动比较强，空气质量较好；而温度较低的季节，大气层活性较低，形成的气温逆层长时间不会消失，并且由于这种方式的影响，会影响了空气的流动性，这种长时间的逆温层的存在并不利于污染物的扩散，所以也就易造成空气污染(见图2)。
3.4 空气质量与风速相关分析
北京西北部为山脉，春季、夏季、秋季主导风向为南风，容易造成污染物在平原地区汇集，冬季主导风向为北风，但风力往往不足以将冬季燃煤等产生的大量污染扩散出去。
通过图3中的关系我们可以看到风速越大，空气质量指数越低，空气质量越好，风速越小，空气指数越高，空气质量越差。风对空气质量的影响主要体现在风会影响大气流动，风的形成是由于气压差，风的流动方向也是由高气压方向流向低气压方向。在风的运动过程中，风会携带北京市的污染物质，移动到其他位置。风对空气质量的影响是物理作用，运动时间越长，所携带的量越多，空气质量越好。
3.5 空气质量与相对湿度的相关分析
对于空气湿度的研究，分为两个部分研究，第一有降水日下空气湿度的研究，空气湿度与空气质量指数呈现的关系；第二筛选出无雨雪日以及雨雪日之后1 d的空气质量，因为前文中已经提到，降水与空气质量呈负相关。除此之外，还应该筛选出风速较大的日子，以北京市的地质条件，污染物在风速较大的情况下，容易被风带走，从而影响了空气质量。结果如图4所示，从图4中可以看出来，在无降雨日和大风天气的影响下，空气湿度和AQI显著性检验有意义，通过曲线拟合，可以看到相对湿度和AQI呈正相关关系，说明在静风无雨水干扰的情况下，空气湿度越大，空气质量越差，空气湿度越小，空气质量越好。
3.6 空气质量与气压相关分析
将北京市2017年的每日平均本站气压数据统计可知，全年平均本站气压为1 013.1 hPa，其中冬季的平均气压为1 023.9 hPa，春季为1 010.4 hPa，夏季为1 002.0 hPa，秋季为1 016.3 hPa。夏季气压较低，空气质量较好，冬季气压较高，空气质量相对较差，就季度气压平均值与空气质量而言，两者呈负相关。这是因为在夏季气压较低的时候，大气层容易发生对流，而对流越强，空气的自净能力也就越强，空气质量也就会越好;相反，大气压越低，对流缓慢导致了污染物不易扩散，滞留等现象，造成空气污染。但是日均气压与AQI值并不具有相关关系。说明气压与空气质量之间具有更复杂的关系，并不是简单直接的线性关系(如图5所示)。
4 结语
本文主要通过对各种气象要素(降雨量、风速风向、空气湿度、日平均温度、气压)和空气质量指数进行相关性分析，通过相关性分析发现降雨量、风速、空气湿度和AQI直接相关，具有线性关系，降雨量、风速以及日照时间和AQI呈负相关。其他因素诸如日照时间、日平均温度、日气压等，均与AQI具有更为复杂的关系。在这之中，空气湿度对AQI的影响系数比较大，其线性关系的拟合程度比较高，比较具有研究的价值。
