永安市环境主要空气指标变化周期分析

来源:用户上传      作者: 楼建华

　　[摘要]采用傅立叶波谱分析方法对永安市环境监测站2007年二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物监测日均值数据进行谐波分析,结果表明:永安市二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物都存在一定的变化周期,二氧化硫主要是以星期为周期的区域环流影响大尺度变化为主,以月为周期的背景变化及以每日为周期的局地变化为其次;二氧化氮和可吸入颗粒物均以3个月以上为周期的背景变化为主,以星期为周期的区域环流影响大尺度变化为其次,可吸入颗粒物还受以每日为周期的局地变化影响。
　　[关键词]傅立叶波谱分析周期贡献率大尺度变化局地变化
　　
　　永安市环境监测站采用长光程差分吸收光谱法对大气因子开展常规监测。为了评价永安市环境空气中二氧化硫、二氧化氮及可吸入颗粒物受大尺度环流和局地影响的变化状况,采用傅立叶分解波谱,对永安市2007年二氧化硫、二氧化氮及可吸入颗粒物监测日均值数据进行分析,分离出受局地影响的高频波和受区域大尺度环流影响的低频波,确定三个污染因子受影响的变化周期及变化状况,为污染控制提供一定的决策依据。
　　
　　1分析方法简介
　　对某一监测要素的时间系列,它由一系列监测数据组成。对这一时间系列使用傅立叶函数进行谐波分析,可以分解为一系列的正弦波。通常这些正弦波有各种周期波动,它们是相互正交的,即各不相关。最长的周期等于系列的长度,这个正弦波称为基波,对应的周期称为基本周期。其余各正弦波称为谐波,它们的周期分别是基本周期的1/2,1/3,1/4,…,最短的周期为时间间隔长度的2倍。衡量某个谐波的重要性,可以用相对贡献来度量。通过统计各周期谐波波群的贡献率以确定影响大小。
　　
　　2数据综合分析
　　采用2007年度二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物监测日均值进行傅立叶波谱分析。固定参数见表1。
　　表1固定参数一览表
　　时间序列长度 最大波数 基波波数 最小波数
　　365 182 1 2
　　2.1 二氧化硫傅立叶波谱分析
　　对二氧化硫监测日均值进行谐波分析,各波群贡献率的统计结果见表2。由各波群的贡献率大小发现:周期为3-5天和6～9天、15～30天、2天以下的变化占主要部分,其他周期变化的贡献较小。上述结果显示,永安市二氧化硫的变化主要是以星期为周期的天气影响(区域环流影响)大尺度变化为主,以月为周期的背景变化及以每日为周期的局地变化为其次。反映了长距离能源消耗源影响变化为主、以局地影响为次的规律。合成波群分析结果示意图见图1,波的振幅越大,影响越大。
　　
　　
　　表2各波群贡献率统计表
　　波群 2天 3～5天 6～9天 10～15天 15～30天 1～2月 2～3月 3个月以上
　　贡献率 13.2 25.8 13.3 8.5 18.6 9.3 11.1 0.2
　　
　　
　　图1二氧化硫傅立叶波谱分解示意图
　　2.2 二氧化氮傅立叶波谱分析
　　对二氧化氮监测日均值数据进行谐波分析,各波群贡献率的统计结果见表3。由各波群的贡献率大小发现:周期为3个月以上、15～30天和3～5天的变化占主要部分,其他周期变化的贡献较小。上述结果显示,永安市二氧化氮的变化主要是以3个月以上为周期的背景变化为主,以星期为周期的区域环流影响大尺度变化为其次。反映了除背景变化外,以长距离能源消耗源影响变化为主的规律。合成波群分析结果示意图见图2,振幅越大,影响越大。
　　
　　表3各波群贡献率统计表
　　波群 2天 3～5天 6～9天 10～15天 15～30天 1～2月 2～3月 3个月以上
　　贡献率 8.1 14.5 9.3 6.7 14.9 1.1 11.7 33.8
　　
　　
　　图2二氧化氮傅立叶波谱分解示意图
　　
　　2.3 可吸入颗粒物傅立叶波谱分析
　　对可吸入颗粒物监测日均值数据进行谐波分析,各波群贡献率的统计结果见表4。由各波群的贡献率大小发现:周期为3个月以上、6～9天和3～5天、2天以下的变化占主要部分,其他周期变化的贡献较小。上述结果显示,永安市可吸入颗粒物的变化主要是以3个月以上为周期的背景变化为主,以星期为周期的区域环流影响大尺度变化及以每日为周期的局地变化为其次。反映了除背景变化外,长距离污染源影响变化为主、以局地影响为次的规律。合成波群分析结果示意图见图3,振幅越大,影响越大。
　　
　　表4各波群贡献率统计表
　　波群 2天 3～5天 6～9天 10～15天 15～30天 1～2月 2～3月 3个月以上
　　贡献率 11.6 12.8 14.0 7.1 7.6 9.8 10.4 26.8
　　
　　
　　
　　图3可吸入颗粒物傅立叶波谱分解示意图
　　
　　3结论
　　3.1 永安市二氧化硫的变化主要是以星期为周期的天气影响(区域环流影响)大尺度变化为主,以月为周期的背景变化及以每日为周期的局地变化为其次。
　　3.2 二氧化氮的变化主要是以3个月以上为周期的背景变化为主,以星期为周期的区域环流影响大尺度变化为其次。
　　3.3可吸入颗粒物的变化主要是以3个月以上为周期的背景变化为主,以星期为周期的区域环流影响大尺度变化及以每日为周期的局地变化为其次。
　　

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