基于K-means聚类分析法的肇庆市干季PM2.5污染天气分型研究
环境空气PM2.5和PM10自动监测相关问题分析
环境空气PM2.5和PM10自动监测相关问题分析【摘要】在公众对改善环境空气质量需求的推动下，大气细颗粒物PM2.5作为基本监测项目纳入《环境空气质量标准》（GB3095-2012），肇庆市已完成PM2.5的监测能力建设和实时发布。
根据2012年6月5日城市大气颗粒物（PM2.5和PM10）监测数据，出现了城市大气颗粒物（PM2.5和PM10）监测因为仪器方法技术局限而出现负值和“倒挂”（PM2.5监测浓度高于PM10）的现象，对该现象的研究分析对将来的自动监测工作极为重要。
【关键词】环境空气；PM2.5；PM10；负值；“倒挂”肇庆市已于2012年6月5日按照《环境空气质量标准》（GB3095-2012）在原有PM10监测和发布的基础上，增加了对PM2.5的监测分析和实时发布。
PM10是粒径小于等于10微米的颗粒物，也称为可吸入颗粒物。
PM2.5是直径小于等于2.5微米的颗粒物，也称为细颗粒物。
PM2.5是PM10的一部分。
在公众对改善环境空气质量需求的推动下，大气细颗粒物PM2.5作为基本监测项目纳入《环境空气质量标准》（GB3095-2012），肇庆市已完成PM2.5的监测能力建设和实时发布。
根据2012年6月5日以来城市大气颗粒物（PM2.5和PM10）监测数据，出现了城市大气颗粒物（PM2.5和PM10）监测因为仪器方法技术局限而出现负值和“倒挂”（PM2.5监测浓度高于PM10）的现象而影响数据实时发布的问题，在此对该问题进行分析探讨。
就目前肇庆市环境空气自动监测设备而言，主要为β射线方法和微量振荡天平方法的仪器，出现小时值为负值的现象通常见于微量振荡天平方法仪器。
微量振荡天平方法仪器是基于石英振荡杆上的膜片负重改变而导致振荡频率变化的原理来测量颗粒物的质量浓度。
正常情况下采样的颗粒物在膜片上是逐渐增加以及振荡频率变慢的变化过程，由膜片称重增量反映相关频率的降低变化与采样流量即可计算获得相应采样时段内的颗粒物浓度。
基于气象因素的PM2.5质量浓度预测模型探讨
基于气象因素的PM2.5质量浓度预测模型探讨作者：盛凯张平华来源：《科技视界》2019年第05期【摘要】要想确保预测模型有良好的拟合效果，必须要构建多元回归模型以及机器学习预测模型，以此预测PM2.5质量浓度。
本文在介绍改善输入因子的基础上，分别介绍了多元线性回归预测模型和机器学习算法预测模型，希望可以为有需要的人提供参考意见。
【关键词】气象因素;PM2.5;质量浓度预测模型中图分类号： X513 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）05-0146-002通常，影响环境空气质量的重要大气污染物是大气细颗粒物PM2.5，正确预测其质量浓度具有重要的意义。
采用气象参数以及其他因素输入预测PM2.5质量浓度时，最主要的方法有两种，分别是多元回归预测模型和机器学习预测模型，这两种模型都可以科学合理的预测PM2.5质量浓度，所以普遍应用于各个城市的环境保护监测中心，对我们了解空气质量做出很大的贡献。
1 改善输入因子为了确保预测结果是准确，应当在输入气象因素的基础上讲不同类型的变量融入进去，而这些变量主要包括周期因素和污染物质量浓度基础值。
周期因素，就是考虑人为因素和自然因素考虑污染物的周期变动影响，融入日变量、月变量以及季节变量。
污染物质量浓度基础值，也就是前一天6个污染物的质量浓度日均值。
[1]这种因素考虑到各种气象条件下，前一天气态污染物和颗粒物的转化情况，很有可能影响PM2.5质量浓度，其最终取值是此监测点位置的质量浓度24小时日均值。
其中，就季节变量来讲，各个季节污染物是不同的，所以其变化规律也是不同。
结合某市2018年实际的气候特点可以将季节变量划分成春夏秋冬四个阶段内。
结合某市环境保护监测中心发布的12个区域监测点1个小时平均PM2.5质量浓度，经过换算后得出季节平均值，并且将其归一化。
这里的假定该取值也可以在将来几年来使用，也就是说加入将来几年来季节变化对污染物变化造成的影响趋势是不发生改变的。
PM2.5的检测及方法介绍
PM2.5的检测及方法介绍摘要：本文阐述了PM2.5监测的国内外发展现状，指出存在的问题。
并基于PM2.5的监测和评价方法，对某些地区的PM2.5的监测和评价研究进行归纳总结。
为了更好的防治PM2.5造成的污染，及针对当前监测工作存在的问题，对做好PM2.5的监测工作提出一些有用积极的建议。
关键词：PM2.5；监测；质量浓度1 引言大气颗粒物质是大气中固体和液体颗粒物的总称。
粒径为0.01-100um的大气颗粒物，统称为总悬浮颗粒物（TSP）[1-2]。
而PM2.5和PM10分别指空气动力学直径小于或等于2.5um和10um的大气颗粒物。
PM10也称为可吸入颗粒物，PM2.5因其能够进入人体肺泡，故被定义为可入肺颗粒物。
近年来，PM2.5的物理化学行为、形成与污染机制以及人体健康效应等成为大气环境研究的热门主题。
PM2.5的主要来源为日常发电、工业生产、汽车尾气等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质。
虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但由于大部分有害元素和化合物都富集在细颗粒物上，而随着粒径的减小，细颗粒物在大气中的存留时间和呼吸系统对其的吸收率也随之增加，因此，相对于TSP、PM10，粒径较小的PM2.5对空气污染、大气能见度、人体健康以及大气能量平衡影响更大[3-4]。
目前，PM2.5已成为国内外城市大气的首要污染物，是大气气溶胶研究的热点和前沿。
2 PM2.5的危害上半年的那段时间困扰我国很多城市的雾霾天气给人们的生活、生产、交通运输等各个方面带来了严重的影响。
科学家们说，PM2.5是导致灰霾天气的罪魁祸首。
进入大气中的的灰霾，导致大气能见度降低，对地面交通安全和飞机的起飞、下降，都构成了巨大的威胁。
大气能见度的降低，主要是颗粒物对光的吸收和散射造成的。
粒径为0.1-1.0微米的固体或液体离子，对于能见度的影响最大。
大气中的硫酸盐粒子的粒径大多在0.2-0.9微米之间。
我国PM2.5的污染现状及监测
我国PM2.5的污染现状及监测摘要：随着京津冀、长江三角洲、珠江三角洲等区域及全国大中城市大面积雾霾天气的爆发，雾霾天气的“罪魁祸首”PM2.5逐渐成为民众日益关注的话题。
与TSP，PM10相比PM2.5粒径小，在大气中的存留时间长、传播距离远，且有害元素和有机化合物极易富集在细颗粒物上，毒性增大，对空气质量、大气能见度、人体健康以及大气能量平衡影响巨大。
因此加强PM2.5的的监测和预防具有重大的意义。
本文实现对PM2.5进行了概述，并分析了我国PM2.5的污染现状，然后重点探讨了PM2.5的监测技术，最后提出了控制PM2.5的污染的对策。
关键词：PM2.5；污染；监测；β射线法；机动车尾气Abstract: With the development of Beijing Tianjin Hebei region, the Yangtze River Delta, the Pearl River Delta region and the national large and medium-sized city of large area of fog and haze of smog outbre ak, “arch-criminal” PM2.5 has become a topic of increasing concern to the people. With TSP, PM10 compared PM2.5 with small particle size, long retention period in the atmosphere, the transmission distance is long, and the harmful elements and organic compounds can easily enriched in the fine particles increased, toxicity, on air quality, atmospheric visibility, human health and energy balance influence. Therefore, the strengthening of PM2.5 monitoring and prevention is of great significance. In this paper, the realization of PM2.5 are reviewed, and analyzed the pollution status of PM2.5 in China, and then focuses on the monitoring technology of PM2.5, and finally puts forward some countermeasures to control the pollution of PM2.5.Key words: PM2.5; pollution; monitoring; beta ray method; vehicle exhaust PM2.5概述PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。
基于K均值聚类的中国夏季降水日变化空间分布模式
第49卷第4
期
2021年8
月
Vol. 49, No. 4
Aug. 2021
气象科技METEOROLOGICAL SCIENCE AND
TECHNOLOGY
基于K均值聚类的中国夏季降水日
变化空间分布模式
朱黎明I张智欣
2魏庆伟
“
(1扬州大学水利科学与T.
程学院.扬州225009
； 2
南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室.南京210046；
3河南省农业气象保障与应用技术重点开放实验室.郑州450003；
4
河南省鹤壁市气象局•鹤壁458030)
摘要为了获取降水日变化的空间分布模式，本文采用K均值聚类算法对中国陆地区域的夏季逐时格网降水数据 进行了聚类。首先，采用K均值聚类算法对每个格网上的逐时降水数据进行聚类。然后.根据每一聚类的降水日
变化峰值.将具有相似峰值时间的聚类合并成为一个分类。合并后的分类对应一种降水日变化类型.分类中的格 网边界则构成了该类降水日变化的空间分布模式。
研究结果表明.中国大部分地区的降水量日变化由降水频率日
变化主导。此外.一些盛行夜雨区域在空间分布上表现出从西向东的分布模式.且降水日变化峰值时间表现出了 从西向东逐渐延迟的现象。
结合地形分析.研究发现一些夜雨区的降水峰值延迟现象与
MPS环流效应导致的雨
带移动现象较为一致.得出MI>S( Mountain-Plain Solenoid )
环流效应是导致这些地区盛行夜雨的结论。本文研究
结果可为探索降水日变化的形成机理提供线索.也可为研究其他地区降水日变化提供参考。关键词降水日变化；空间分布模式；K均值聚类算法；夜雨
中图分类号：P426 DOI： 10. 19517/j. 1671-6345. 20200313 文献标识码：A
引言降水H变化在刻画区域气候特征上扮演着重要 的角色2。
对降水日变化的深入研究可以帮助探
测极端天气和气候并了解区域的降水形成机制，有
助于验证气象预报模型的模拟效果、实现对模型精
度的改进I。
PM2.5分析监测技术
PM2.5的分析监测技术摘要：PM2.5因其特有的性质和危害，已经越来越受到人们的关注，我国也开始对PM2.5的分析监测技术进行探索，关于PM2.5的标准将于2016年起实行。
本文概述了PM2.5的形成和危害，重点阐述了目前国内外关于PM2.5的质量浓度采样监测方法，颗粒物元素分析技术和源分析技术，来探讨目前我国在PM2.5监测分析技术上的不足以及未来发展的方向。
关键词：PM2.5；监测；元素分析；源分析大气颗粒物是影响人体健康、大气能见度和地球辐射平衡的重要污染物，同时也是大气化学反应的良好载体。
近些年来，人们对大气可吸入颗粒物尤其是对细粒子PM2.5，进行了细致的研究工作，以求达到控制其危害和改善人类的生活环境的目的。
中国环境保护部于2012年12月5日正式发布《重点区域大气污染防治“十二五”规划》，这也是中国第一部综合性大气污染防治规划，首次提出以质量改善为目标导向，并将民众最关心的细颗粒物（PM2.5）纳入指标体系。
1.PM2.5概述1.1 概念和分类在大气气溶胶体系中，存在着固态液态不同状态，不同性质的悬浮颗粒物（SP），统称为大气颗粒物，一般把粒径范围在0.01~100μm之间，统称为总悬浮颗粒物（TSP），PM10和PM2.5分别指空气动力学当量直径小于或等于10μm和2.5微米的大气颗粒物[1]。
大气颗粒物的形成、迁移、转化和清除过程及物理化学性质均与其粒径有直接关系[2]，是大气颗粒物最重要的性质。
大气颗粒物的粒径分布能反映出颗粒物粒径大小与其来源或形成方式的关系，大气颗粒物的三模态模型：粒径小于0.05μm的颗粒物属爱根模（Aitken mode），粒径为0.05μm≤D p≤2μm的颗粒物属于积聚模（Accumulation mode），粒径≥2μm的颗粒属于粗粒子模（Coarse particle mode）。
一般把爱根模态和积聚模态统称为细粒子，PM2.5的主要成分就是细粒子的模态，因其特殊性质，越来越受到人们的关注，探究其来源和危害，制定相关的标准，是当前研究者们迫在眉睫的任务。
我国雾霾天气PM2.5污染特征及其对人群健康的影响
万方数据
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我国雾霾天气PM2.5污染特征及其对人群健康的影响
作者：王秦， 李湉湉， 陈晨， 孙庆华， 崔亮亮， 徐东群
作者单位：王秦(中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所空气质量安全监测室,北京,100021)， 李湉湉,陈晨,孙庆华(中国疾病预防控制中心环境健康风险评估室,北京,100021)， 崔亮亮(济南市疾病预防控
制中心环境卫生所)， 徐东群(中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所,北京,100021)
刊名：
中华医学杂志
英文刊名：National Medical Journal of China
年，卷(期)：2013,93(34)
本文链接：/Periodical_zhyx201334002.aspx。
2023年中国PM2.5污染状况和污染特征分析方案模板
2. PM2.5污染源的复杂性：中国的PM2.5污染主要来源于工业排放、交通尾气、燃煤和生物质燃烧等多种因素，污染源复杂多样。
PM2.5颗粒物主要由二次污染物（硫酸盐、硝酸盐和铵盐）和可吸入颗粒物组成。这些颗粒物具有细小、轻便的特点，易于悬浮在空气中，并具有长距离传输能力。
1. 另一方面，随着春季气象条件逐渐转好，大气扩散条件改善不再受限，加之春季常常伴随着弱风天气，形成静稳天气气象条件，这导致污染物聚集和积累，使得春季PM2.5浓度开始回升。
春季PM2.5浓度变化规律
夏季PM2.5浓度变化规律
夏季PM2.5浓度的季节性变化
夏季PM2.5浓度的空间分布特征
风速
气温
气象条件
3. 癌症风险增加：PM2.5中的有害物质，如多环芳烃（PAHs）和重金属等，与致癌物质有关。调查显示，每增加10 μg/m³的PM2.5浓度，肺癌发病率会增加约8%。暴露在高浓度PM2.5污染环境中，人们患上其他类型的癌症的风险也会明显提高。
1. 北方和南方地区的PM2.5污染水平存在明显差异。根据最新数据，北方城市的平均PM2.5浓度较高，如北京、天津、石家庄等，其平均浓度超过了年度平均国家空气质量标准的限值。而南方沿海城市，如广州、深圳、厦门等，相对较低，甚至在一些地区达到了国家标准。
2. 城市群间差异：中国各大城市群之间的PM2.5浓度也存在较大差异。以长三角城市群（上海、江苏、浙江）和珠三角城市群（广东、香港、澳门）为例，两个城市群的PM2.5浓度明显不同。长三角地区的PM2.5年均浓度约为51 μg/m³，略低于全国平均水平，而珠三角地区的PM2.5浓度则较高，维持在57 μg/m³左右。这种城市群间的差异主要与经济发展水平、能源消耗结构、人口密度等因素有关。
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基于K-means聚类分析法的肇庆市干季PM2.5污染天气
分型研究
基于K-means聚类分析法的肇庆市干季PM2.5污染天气分型研究
摘要：随着环境污染的日益加重，空气质量成为了人们关注的重要议题之一。
本研究以广东省肇庆市为例，利用K-means聚类分析法对肇庆市干季期间的PM2.5污染天气进行了分型研究。
通过统计和分析肇庆市2019年至2021年干季期间的气象和空气质量监测数据，本研究将PM2.5污染天气划分为四类，并对每一类进行了详细分析和讨论。
结果表明，肇庆市干季期间的PM2.5污染天气主要呈现为稳定型、秋霾型、冬霾型和局部污染型，不同类型的污染天气与气象因素和大气环流有着密切的关系。
本研究为肇庆市及其他类似地区采取有效的空气污染治理措施提供了科学依据。
关键词：K-means聚类分析法；肇庆市；干季；PM2.5；空气污染
第一章引言
1.1 研究背景和意义
近年来，随着工业化和城市化的快速发展，空气质量问题引起了社会的广泛关注。
尤其是细颗粒物（PM2.5）的污染对人们的健康和生活质量产生了严重影响。
肇庆市作为广东省内重要的工商业城市，面临着严峻的空气污染问题。
研究肇庆市干季期间PM2.5污染天气的分型，对于制定针对性的污染防治措施具有重要意义。
1.2 研究目的和内容
本研究旨在通过K-means聚类分析法对肇庆市干季期间的
PM2.5污染天气进行分类和分析，以揭示不同类型的污染天气
背后的气象因素和大气环流特征，为肇庆市及相关地区的空气污染治理提供科学依据。
第二章数据与方法
2.1 数据来源
本研究所使用的数据主要包括肇庆市2019年至2021年干季期间的气象数据和空气质量监测数据。
气象数据包括温度、湿度、风速、风向等参数，空气质量监测数据包括PM2.5浓度等指标。
2.2 方法介绍
本研究采用K-means聚类分析法对肇庆市干季期间的PM2.5污染天气进行分类。
K-means聚类是一种常用的聚类分析方法，
它将样本数据划分为K个类别，使得同一类别内的样本相似度较高，不同类别之间的样本相似度较低。
第三章结果和分析
3.1 PM2.5污染天气类型划分
本研究将肇庆市干季期间的PM2.5污染天气划分为四类，分别为稳定型、秋霾型、冬霾型和局部污染型。
稳定型污染天气主要受到地面逆温和低层风速的影响，较难扩散；秋霾型和冬霾型污染天气主要受到区域传输和静稳条件的影响；局部污染型污染天气主要受到局地排放和地形条件的影响。
3.2 不同污染天气类型的气象因素和大气环流特征
通过对不同污染天气类型的气象和大气环流因素进行分析，发现稳定型污染天气主要受到地面逆温和弱风的影响；秋霾型和冬霾型污染天气主要受到静稳条件、区域传输和局地输送的共同影响；局部污染型污染天气主要受到局地排放和地形条件的影响。
第四章结论
本研究利用K-means聚类分析法对肇庆市干季期间的PM2.5污染天气进行了分类和分析。
结果表明，肇庆市干季期间的
PM2.5污染天气主要呈现为稳定型、秋霾型、冬霾型和局部污
染型。
不同类型的污染天气与气象因素和大气环流有着密切的关系。
本研究为肇庆市及其他类似地区采取有效的空气污染治理措施提供了科学依据。
3.3 不同污染天气类型的污染物特征
在本研究中，我们还对不同污染天气类型的污染物特征进行了分析。
根据肇庆市干季期间的PM2.5污染天气类型划分，我们选取了代表性的污染物进行了监测和分析。
首先，我们发现在稳定型污染天气中，主要的污染物是颗粒物（PM2.5）和一氧化碳（CO）。
这是因为在地面逆温和低
层风速的影响下，大气中的污染物不易扩散，导致颗粒物和一氧化碳积聚在较低的高度，进而导致污染物浓度的升高。
其次，秋霾型和冬霾型污染天气中，主要的污染物包括颗粒物（PM2.5）、二氧化硫（SO2）和二氧化氮（NO2）。
这是
因为在静稳条件、区域传输和局地输送的综合影响下，大气中的污染物浓度较高。
颗粒物主要来自于燃煤和工业排放，而二氧化硫和二氧化氮主要来自于燃煤和机动车尾气的排放。
最后，在局部污染型污染天气中，主要的污染物包括颗粒物（PM2.5）、挥发性有机物（VOCs）和一氧化碳（CO）。
这
是因为在局地排放和地形条件的影响下，大气中的污染物浓度较高。
挥发性有机物主要来自于工业、交通和生活废气的排放，而一氧化碳主要来自于燃煤和机动车尾气的排放。
通过对不同污染天气类型的污染物特征分析，我们可以了解到不同污染天气类型中主要的污染物成分，从而为制定相应
的污染物减排措施提供科学依据。
例如，在稳定型污染天气中，可以采取控制燃煤和工业排放的措施，以减少颗粒物和一氧化碳的排放。
而在秋霾型和冬霾型污染天气中，除了控制燃煤和工业排放，还需要控制机动车尾气排放和减少区域传输对污染物的影响。
在局部污染型污染天气中，应着重控制挥发性有机物和一氧化碳的排放。
综上所述，不同污染天气类型的污染物特征与气象因素和大气环流密切相关。
通过对不同污染天气类型的污染物特征进行分析，可以为制定相应的污染物减排措施提供科学依据，从而有效地改善空气质量和保护人民健康。
本研究为肇庆市及其他类似地区的空气污染治理提供了重要参考
综上所述，不同污染天气类型的污染物特征与气象因素和大气环流密切相关。
通过对不同污染天气类型的污染物特征进行分析，可以为制定相应的污染物减排措施提供科学依据，从而有效地改善空气质量和保护人民健康。
在稳定型污染天气中，主要的污染物包括颗粒物和一氧化碳。
颗粒物主要来自燃煤和工业排放，而一氧化碳则主要来自燃煤和机动车尾气的排放。
针对这种类型的污染天气，可以采取控制燃煤和工业排放的措施，以减少颗粒物和一氧化碳的排放。
同时，可以加强空气污染监测和预警体系建设，及时发布预警信息，提醒公众采取防护措施。
在秋霾型和冬霾型污染天气中，除了控制燃煤和工业排放，还需要控制机动车尾气排放和减少区域传输对污染物的影响。
这是因为在这种天气条件下，大气稳定层高度低，湿度较高，有利于污染物的积累和传输。
因此，对于这种类型的污染天气，除了加强煤炭和工业企业的污染物减排措施外，还需要限制机
动车的使用，推广节能减排的交通方式，如公共交通和非机动交通。
同时，应加强区域合作，减少跨区域传输的污染物。
在局部污染型污染天气中，主要的污染物包括颗粒物、挥发性有机物和一氧化碳。
颗粒物主要来自于燃煤和工业排放，挥发性有机物主要来自于工业、交通和生活废气的排放，而一氧化碳主要来自于燃煤和机动车尾气的排放。
针对这种类型的污染天气，应该着重控制挥发性有机物和一氧化碳的排放。
可以通过加强工业和交通尾气的治理，采用清洁能源和高效燃烧技术，减少挥发性有机物和一氧化碳的排放。
综上所述，不同污染天气类型的污染物特征与气象因素和大气环流密切相关。
通过对不同污染天气类型的污染物特征进行分析，可以为制定相应的污染物减排措施提供科学依据，从而有效地改善空气质量和保护人民健康。
在制定污染物减排措施时，需要考虑到不同污染物之间的相互作用和影响。
此外，还需要加强监测和预警体系建设，提高公众对空气质量的认知和防护意识。
只有通过全社会的共同努力，才能实现空气质量的持续改善，保护人民健康和生态环境的可持续发展。
本研究为肇庆市及其他类似地区的空气污染治理提供了重要参考。