－８８０．
环境与健康杂志２００８年１０月第２５卷第ｌＯ期ＪＥｎｖｉｒｏｎＨｅａｌｔｈ，Ｏｃｔｏｂｅｒ２００８，Ｖ０１．２５，Ｎｏ．１０
【调查研究】
文章编号：１００１．５９１４（２００８）１０．０８８０－０５
三明市大气空气质量状况与气象条件的关系
连东英１－一，林长城３，王宏３。吴德辉４
摘要：目的研究三明市大气空气质量与气象条件的关系。方法２００２—２００６年三明市大气污染物ＰＭｌ０、Ｎ０２、Ｓ０２
的日监测数据来源于三元区政府、三明二中、三明钢铁厂、洋溪（对照点）４个环境监测站；气象资料取自相应８：１３０的８５０ｈＰａ高空天气图，分析三明市大气空气质量的时空分布特征、变化趋势及其与气象条件的关系。结果三明市空气污染比较严重，空气质量状况较差，ＰＭｌ０是首要污染物；ｌＯ月至次年４月，３种污染物浓度较高，５至９月较低；郊区各种污染物浓度远低于市区。暖式切变天气系统控制下的空气质量最好，其次是低压；暖区辐合天气系统控制下的空气质量最差，其次是大陆高压。偏东类风向时空气质量较好，偏西类风向时空气质量较差。结论天气系统和低空风向对三明市空气质量有一定的影响。
关键词：空气污染；空气污染指数；空气质量；时空分布；气象因素中图分类号：Ｒ１２２．２
文献标识码：Ａ
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐＬｌＮ
ｂｅｔｗｅｅｎＡｉｒ
Ｑｕａｉｌ锣ａｎｄＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｌｃａｌＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎＳａｎｍｉｎｇＣｉｔｙ
ＬＩＡＮ
Ｄｏｎｇ—ｒｉｎｇ，
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：０ｂｊｅｃｆｉｖｅＴｏｋｎｏｗｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎａｉｒｑｕａｌｉｔｙａｎｄｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎＳａｎｍｉｎｇＣｉｔｙ，Ｆｕｊｉａｎ，Ｃｈｉｎａ．ＭｅｔｈｏｄｓＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｉｘｅｄｐｏｉｎｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａｏｆｅｖｅｒｙｄａｙａｉｒｑｕａｌｉｔｙｆｒｏｍＳａｎｍｉｎｇＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＣｅｎｔｅｒ
ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｕｐｐｅｒａｉｒｓｙｎｏｐｔｉｃｃｈａｒｔｆｒｏｍ２００２
ｔｏ
２００６。ｔｈｅｓｐａｔｉａｌａｎｄ
ｔｅｍｐｏｒａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎ
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万方数据
Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ
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ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
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ｌｏｗｅｒｄｕｒｉｎｇＭａｙ－－Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ．ＴｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｏｌｌｕｔａｎｔｓＷａｓｈｉｇｈｅｒｉｎｔｈｅｕｒｂａｎ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎ；Ａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎｄｅｘ；Ａｉｒ
ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｉｒｑｕａｌｉｔｙ，ｔｈｅａｉｒｑｕａｌｉｔｙｉｎ
ｑｕａｌｉｔｙ；Ｓｐａｔｉａｌａｎｄｔｅｍｐｏｒａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ
ｆａｃｔｏｒｓ
２０世纪以来随着现代工业及交通运输业等的快速发展。城市空气污染Ｅｔ益严重，空气污染能够降低能见度、影响植物生长、损坏文物古迹，在一定程度上影响了人们的生活质量，甚至危害人类健康。美国、日本及欧洲国家早在２０世纪７０年代就利用先进的监测手段（空气实时监测系统）相继开展了空气污染预报工作，并以此协助国家和地方环境保护部门采取适当措施。防止或减少污染事件的发生１”。近年来我国也开展
基金项目：福建省气象局２００６年开放式气象科学研究基金资助项目作者单位：１．北京大学物理学院大气科学系（北京１００８７１）；２．三明市气象局（福建三明３６５０００）；３．福建省气象科学研究所（福建福州３５０００１）；
４．福建省气象局（福建福州３５０００１）
此项业务．到目前为止，全国已有１８０个地级以上城市实现了环境空气质量日报，其中９０个地级城市还实现了环境空气质量预报翻。福建省的福州和厦门于２００１年开展了此项业务．三明市环境监测部门也于２００３年开始发布环境空气质量１３报。鉴于城市环境短期内变化相对有限。城市空气污染状况实际上是由污染源和气象条件这两个内外因素共同决定的【３】。因此研究气象条件对污染物的影响．对保护环境．改善城市空气质量．提高人民健康水平有重要意义。Ｗｉｓｅ等［４１发现气象条件的变化能影响美国西南部４０％～７０％的臭氧浓度变化和２０％～５０％的颗粒物浓度变化。国内对气象因子与空气污染物之间的关系亦有研究ｉｓ－７１。三明是一个以机械、冶金、农药、化肥、塑料、建材、纺织等行业为主
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作者简介：连东英（１９７５一）。女，工程师，硕士研究生，从事天气气候应用研究。
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（本文编辑：高申）
环境与健康杂志２００８年１０月第皇§卷第ｌＯ期Ｊ
Ｅｎｖｉｒｏｎ
Ｈｅａｌｔｈ，Ｏｃｔｏｂｅｒ２００８，Ｖ０１．２５，Ｎｏ．１０
．８８１．
的工业城市，市区工业企业排放的废气、烟尘是影响市区环境空气质量的主要污染源；主要的污染物有ＰＭｌ０、Ｎ０２、Ｓ０２，其中ＰＭｌ０是影响三明市空气质量的首要污染物ｌＳｌ。笔者着重就三明市环境空气质量状况及与之相影响的气象因子进行分析；以期为三明地区今后的空气质量气象潜势预报提供科学依据。
１材料与方法１．１资料来源
２００２－－２００６年，三明市大气污染物ＰＭｌ０、Ｎ０２、ＳＯ：的日监测数据来源于三元区政府、三明二中、三明钢铁厂、洋溪（对照点）４个环境监测站。５年中市区
３种污染物各有１５０７件样本；５年中对照点洋溪站３
种污染物各有４１５件样本。
气象资料取自相应８：００的８５０ｈＰａ天气图资料。天气系统分类以８５０ｈＰａ高空图为主，根据厦门、福州、邵武、南昌、赣州、大陈、衢州、汕头、台北和花莲１０个探空站８５０ｈＰａ资料进行划分（表１）嗍。
表１天气类型分类
类型
风向特点
暖式切变
西南风与东南风交角
冷式切变
万方数据东北风与西南风或东南风与西北风交角冷槽西北风与西南风交角
暖区辐合一致的西南风．偏南风或东南风低压倒槽东南风与东北风交角低压（气旋）风向呈气旋式环流大陆高压风向呈反气旋式环流副热带高压风向呈反气旋式环流
其他
一致的偏北风．鞍型场或者风向很乱
１．２空气污染物浓度等级划分
空气质量浓度等级划分标准参照国家环保局空气污染指数（ａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎｄｅｘ，ＡＰＩ）的定义及分级限值１１ｑ。我国目前采用的ＡＰｌ分为五级：ＡＰＩ值≤５０为优，５０＜ＡＰＩ值≤１００为良好．１００＜ＡＰＩ值。＜２００为轻度污染（其中，１００＜ＡＰＩ值≤１５０为轻微污染，１５０＜ＡＰＩ值、＜２００为轻度污染），２００＜ＡＰＩ值。＜３００为中度污染，ＡＰＩ值＞３００为重度污染。
１．３统计学分析
采用Ｅｘｃｅｌ２００３统计软件进行统计学分析。
２结果与讨论
２．１空气质量分布特征２．１．１
不同等级空气质量天数的分布
统计三明市
２００２—２００６年各污染物逐日污染指数发现。影响三明市空气质量的污染物主要是ＰＭｌ０，以ＰＭｌ０、Ｎ０２、Ｓ０２逐日浓度换算的各级ＡＰＩ统计结果表明：空气质量为优的１３数为６９ｄ，占总日数的４．６％；良的１３数为１
０３４ｄ，
占６８．６％；轻微污染的日数为３５１ｄ，占２３．３％；轻度污
染的日数为４８ｄ，占３．２％；中度污染的日数为４ｄ，占
０．３％；重度污染的日数为１ｄ，占０．１％。
三明市优良空气质量出现时间约占７３％；空气质量不利于人们生活、工作，甚至能诱发某种疾病的时间约占２７％．说明三明市空气污染比较严重，空气质量状况较差。
２．１．２
污染物浓度年际变化特征２００２—２００６年三
明市区大气中Ｎ０２浓度年均值为０．０２１～０．０３２
ｍｇ／ｍ３，
远低于国家限定的环境空气质量二类区标准（０．０８ｍｇ／ｍ，），且呈逐年下降趋势；ＳＯ：浓度年均值为Ｏ．０３ｌ一
０．０７７
ｍｇ／ｍ３。呈逐年上升趋势，且从２００４年开始超过国家二类区标准（０．０６ｍｇｃ／ｍ３）；ＰＭｌ０浓度的年均值为
０．１１２～０．１５５
ｍｇ／ｍ３，均超过国家二类区标准（０．１０
ｍｇ／ｍ３）为控制城市空气污染，三明市政府制定了一系列政策和措施．空气污染防治取得了一定成效。２００４年起ＰＭｌ０浓度有所下降。见表２。
表２
２００２－－２００６年三明市区污染物浓度年均值（ｍｇ／ｍ３）
２．１．３污染物浓度月际变化特征２００２－－２００６年ｌ—１２月各污染物的平均浓度具有明显的月变化规律。见图１。
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●
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图１
Ｎ０２、Ｓ０２和ＰＭｌ０浓度的月变化特征曲线
ＮＯ：浓度于１０月一次年４月较高、５—９月较低，
浓度最高的１月为０．０３２ｍｇ／ｍ３。浓度最低的８月仅达到０．０２１ｍｇ／ｍ３，是３种污染物中污染程度最轻的，平
均全年各月质量等级都为优。
ＳＯ：浓度于１０—１２月较高、２月和５月较低，全年基本上处于优良状态。空气中ＰＭｌ０浓度１０月一次年４月较高，只有２月小于年平均值；５—９月较低，均小于年均值。１２一１月污染物浓度最高、污染最重，８—９月污染物浓度最低、污染最轻。
・８８２・环境与健康杂志２００８年１０月第２５卷第１０期Ｊ
Ｅｎｖｉｒｏｎ
Ｈｅａｌｔｈ，Ｏｃｔｏｂｅｒ２００８，Ｖ０１．２５。Ｎｏ．１０
造成这种分布的主要原因是１卜４月大气层结相
对稳定。大气低层容易出现逆温层，污染物垂直输送能力差，导致污染物堆积，造成空气污染严重；而５－－９月太阳辐射强．近地面层热力对流旺盛，易产生较强烈的局地对流。低层污染物易垂直扩散到高空，所以空气质量相对较好。
２．１．４
染预报按其内容主要分为污染潜势预报和浓度预报两大类【１１】。大气污染物浓度的空间分布和随时间的变化主要取决于污染源的排放条件和污染物在大气中扩散的气象条件。污染源的状况在一定时间内相对稳定，大气对污染物的扩散能力的影响则变化很大。当气象条件发生变化时，同一污染源所造成的污染物浓度可相差几倍甚至几十倍。如２００３年１２月２８日，三明市空气主要污染物ＰＭｌ０浓度为０．１８１ｍｇ／ｍ３，属轻微污染。而第二天、第三天（１２月２９日、１２月３０日）其ＰＭｌ０浓度分别上升到０．４０６、０．４３９ｍｇ／ｍ３。分别是２８日的２．２和２．４倍，属中度污染和重度污染。是２００２—２００６年５年间三明市空气污染最为严重的２天：３１日后ＰＭｌＯ浓度下降明显．到２００４年１月３日下降为
０．１６６ｍｇ／ｍ３。
空间变化特征表３可见．ＰＭｌ０年平均浓度
三明钢铁厂站最高、三明二中站最低，说明造成市区空气污染的直接原因是三明铁厂站附近的三明钢铁厂和三明化工厂两家省属企业排放了大量的烟（粉）尘和工业废气，导致重工业区内空气中可吸入颗粒物、飘尘污染严重。ＳＯ：年平均浓度三明二中站最高，三明钢铁厂站和三元区政府站相对较低。可能与三明二中站印染厂和纺织厂漂白、印染大量使用含硫的原料有关。ＮＯ：年平均浓度市区内３个采样点差别不大。维持在较低水平。市区ＰＭｌ０、Ｓ０２、浓度年均值分别为０．１３１、ｍｇ／ｍ３。对照点洋溪站Ｓ０２、Ｎ０２达到一级
标准，ＰＭｌ０达到二级标准，低于市区。城区与郊区的
０．０６３、０．０２６
一般来说。污染源和污染源排放条件不可能在２４或４８ｈ内有大的改变。促使空气污染物浓度发生巨大变化的是气象条件。１２月２８日三明市处于高层弱脊和地面冷高压控制下，为晴冷天气，有利于污染物的扩散。空气质量较好；２９—３０日处于高层转槽前西南气流控制，地面冷高压逐渐东移人海，天气逐渐回暖，低层的增温、增湿作用。使得三明市区上空形成低层逆
空气质量差别如此之大。主要是因为城区集中了钢铁、化工等大型重污染企业，工业污染源点多面广，工业废气排放量和能耗大，加之城市布局不合理。三明钢铁厂、三明化工厂等位于城市的上风向，对城市环境空气万方数据构成严重影响；此外，城区地形复杂，位于沙溪河河谷地带，地理条件不利于空气污染物的消散，静风频率高，雾日多。大气逆温现象较严重，极不利于大气污染物的迁移和扩散，导致市区空气污染严重。
襄３
温．为雾的产生提供了水汽，２９—３０日夜晨三明市区
均出现了大雾天气。大雾阻止地面升温，有助于低空暖盖保持，使稳定层结长时间维持，污染物得以积累，悬浮的雾滴还能吸附大量的污染物，使空气质量更差，导致三明连续２ｄ出现了严重污染的天气；３１日后冷空气扩散南下，破坏了低层稳定的逆温结构，维持两天的大雾消散，市区空气质量明显好转。可见，大气污染物的浓度与气象条件有密切关系。气象条件的变化直接影响着空气质量的改变。
由表４可见，三明市一年中受高压系统（含大陆高压和副热带高压）控制的天数最多，占４８．５％，其中大陆高压出现的次数最多．其次是暖区辐合天气。暖式切
２００２－－２００６年三明市各环境监测站
不同污染物浓度年均值（ｍｇ／ｍ３）
２．２２．２．１
中低空天气系统与空气质量关系
８５０
变、低压和冷槽影响的天数相当。低压倒槽系统影响的
空气污
天数最少。
ｈＰａ天气系统与空气质量的关系
袭４
２００２－－２００６年三明市不同天气系统影响下不同等级空气质量天数出现百分率
环境与健康杂志２００８年１０月第２５卷第ｌＯ期Ｊ
ＥｎｖｉｒｏｎＨｅａｌｔｈ，Ｏｃｔｏｂｅｒ２００８，Ｖ０１．２５，Ｎｏ．１０・８８３・
不同天气系统控制下空气质量等级有很大的差别，如大陆高压和副热带高压，虽然都是高压系统，但由于热力性质不同而导致的差异对三明市的空气质量等级分布也会产生一定的影响。副热带高压控制下的空气质量总体情况比大陆高压控制下的好。具体分析结果如下：
暖式切变、低压（气旋）、冷式切变和低压倒槽系统控制下的空气质量较好。轻度污染出现率均低于１５％，优良空气质量出现率达８５％以上。这一方面是因为这些系统影响下出现强降水的概率很大，强降水对污染物的稀释和清除作用比较明显；另一方面这些系统的低层辐合、高层辐散的配置对污染物的垂直扩散非常有利．因此在其影响下不容易出现轻度污染的天气。其中低压倒槽控制下ＡＰＩ平均值最低（６７），空气质量优的出现率最高，达２８．６％；其次是暖式切变，ＡＰＩ平均值为７０，优的出现率达１４．２％。
暖区辐合系统控制下空气质量最差。其次是大陆高压，优良空气质量出现率分别为６０．６％和６６％，轻微（或以上）污染出现率分别达３９．４％和３４％。其中暖区辐合控制下ＡＰＩ平均值最高（９８），而大陆高压后部控制下甚至会出现中度和重度污染。因为暖区辐合和大陆高压后部控制下城市低层易出现逆温层，逆温层的万方数据厚度可从几十米到几百米．污染物不能向上扩散后又向下蔓延堆积，从而加重了大气污染。
副热带高压、冷槽和其他类系统控制下的空气质量介于上述两种情况之间．空气质量良的出现百分率分别为７９．７％，７２．４％，７３．８％，其中副热带高压和其他类系统控制下不会出现优的空气质量；轻微污染的出现百分率分别为２０．３％，１９．８％，１９．０％，其中副热带高压控制下不会出现轻微以上的污染，冷槽控制下轻度污染的出现百分率为３．５％．不会出现轻度以上的污染。其他类系统控制下轻度和中度污染均可能出现，出现百分率分别为４．８％和２．４％。
２．２．２
８５０
着明显的影响．三明市处于武夷山与戴云山之间的闽西北山区，四周群山环抱。地面风向四季多变。为了探讨低空不同风向对空气质量的影响，这里选择三明市上空８５０ｈＰａ高度的风向进行分析．由于８５０ｈＰａ不同风向出现频率差别很大（表５），因此把样本数在４０以下的略去。只对样本数大于４０的风向出现频率进行分析（表６）。
表５风向
ＮＮＥ
２００２－－２００６年三明市上空８５０ｈＰａ不同风向的出现天数
样本数（ｄ）
４４
风向
Ｓ
样本数（ｄ）
５６
ＳＳＥＳＳＷ
Ｗ
ＥＮＥ
６０６３
１００
６６６
９２１
ＷＮＷＷＳＷ
ＮＮＷＥＳＥ
Ｎ
ＥＳＥ
２ｌｌ
２１２２２４４８３
ＮＷ
ＮＥ
４２ＳＷ
表６可见。三明市低空常年以西南风为主导风向，其次是东北风和西北风。低空风向对空气质量的变化有一定影响。
当低空吹东南风时。空气质量总体状况最好，平均污染指数最低（７８）。优良空气质量出现百分率达８５．８％，轻微污染、轻度污染的出现百分率最低，分别为１２．９％。１．４％：其次是吹南风、东风或东北偏东风时，平均污染指数介于７９～８４，优良空气质量出现概率分别为８２．１％，８１．８％，８１．０％，其中南风控制下优的出现率最高，达１０．７％，三者均没有出现轻度（及以上）污染。
当低空吹西风时，空气质量总体状况最差，平均污染指数最高（１０６），优良空气质量出现百分率最低，仅达到５０％。轻微、轻度及中度污染的出现百分率均最高，分别为４０％，６．７％，３．３％；其次是西南风，平均污染指数为９７，优良空气质量出现百分率为６３．５％，轻微、轻度及中度污染的出现百分率分别为３２．２％，３．９％，０．２％。甚至可能出现重度污染，出现百分率达０．２％。
ｈＰａ风向与空气质量的关系当污染源保
持相对恒定的情况下．风对局部大气污染源的扩散有
表６不同风向下不同等级空气污染的出现率
．８８４．
环境与健康杂志２００８年１０，Ｅｌ第２５卷第ｌＯ期Ｊ
ＥｎｖｉｒｏｎＨｅａｌｔｈ，Ｏｃｔｏｂｅｒ２００８。Ｖ０１．２５．Ｎｏ．１０
当低空吹东北风、西北风或北风时，平均污染指数介于８４～９１。优良空气质量出现百分率分别为７９。ｌ％，７３．７％。７３．３％，其中北风控制下可能出现中度污染，出现百分率达２．２％。
不同风向造成空气污染程度不同，这可能与污染物的输送有关：偏东类的风（Ｅ、ＳＥ、ＥＮＥ、ＮＥ）来自海上。空气相对洁净．经上游平流输送到三明市上空的污染物较少，故空气质量相对较好；而偏西类的风（Ｗ、ＳＷ、ＮＷ）来自内陆，内陆的空气中污染物浓度较高，偏西风会把上游的污染物平流输送到三明市上空。造成三明市空气污染加重。
综上所述。三明市在不同天气系统和风向影响下不同等级空气污染的出现率分布特征比较明显。通过分析影响三明市天气系统的类型和部位以及风向，可以进一步提高三明市空气质量污染等级预报的准
确度。
统控制下的空气质量较好。各级污染的总出现率均低于１５％，暖式切变和低压倒槽控制下不会出现轻微以上的污染．其中低压倒槽控制下空气质量优的出现率最高，达２８．６％；暖区辐合天气型下优良空气质量的出现率最低。其次是大陆高压；副热带高压、冷槽和其他类系统控制下的空气质量介于上述两者之间。低空风向对空气质量也有一定影响，当低空为东南风时，空气质量的总体状况最好，优良空气质量的出现率最高，各级污染的出现百分率最低，不会出现轻度以上污染；当低空为西风时，空气质量的总体状况最差，优良空气质量的出现率最低，各级污染的总出现百分率最高。
由于空气污染与地面、８５０ｈＰａ、５００ｈＰａ高空天气
系统以及各气象要素之间均有联系１・２１。而该文仅讨论空气质量与８５０ｈＰａ天气系统的关系，所得结果还不能全面反映空气污染与气象条件之间的关系，有待今后再作更全面的分析研究。
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ｔｒｅｎｄｓ
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ｔｈｅ
ｕｒｂａｎ
ａｉｒ
３小结
２００２—２００６年三明市空气质量总体呈上升趋势，轻度污染逐年明显减少，２００４年起没有出现过轻度以上的污染。不同等级空气污染出现百分率为：良＞轻微污染＞优＞轻度污染＞中度污染＞重度污染。万方数据
三明市大气首要污染物是ＰＭＩＯ，其次是ＳＯ：。ＰＭｌ０浓度年际变化呈下降趋势但不明显；ＳＯ：浓度年际变化呈明显上升趋势，说明城市ＳＯ：污染有所加重；Ｎ０２污染程度最轻，年际变化呈下降趋势。５—９月空气质量整体情况优于ｌＯ月至次年４月，其中８—９月空气质量最佳。１２一１月空气质量最差。
市区３个环境监测站大气ＮＯ：浓度年平均值差别不大，均达到一级标准；ＳＯ：浓度年平均值三明二中站最高，超过二级标准，三明钢铁厂站和三元区政府站较低，达到二级标准；ＰＭｌ０污染最为严重。年平均值三明钢铁厂站最高，超过三级标准，三明二中站最低，但也超过二级标准。洋溪站的各种大气污染物浓度值均低于市区，空气质量优良。
不同天气系统影响下，不同等级空气污染的出现率差异明显，暖式切变、低压、冷式切变和低压倒槽系
ｑｕａｌｉｔｙ
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（收穰日期：２００８．０３．２８修回日期：２００８－０５・２７）
（本文编辑：高申）
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