廣安市局地氣候?qū)Τ菂^(qū)空氣質(zhì)量影響研究

黎　紅，熊華萍，李　鵬，江　林，謝　疆，楊　娟

(廣安市環(huán)境監(jiān)測站，四川 廣安　638000)

· 大氣環(huán)境 ·

廣安市局地氣候?qū)Τ菂^(qū)空氣質(zhì)量影響研究

黎紅，熊華萍，李鵬，江林，謝疆，楊娟

(廣安市環(huán)境監(jiān)測站，四川 廣安638000)

根據(jù)廣安市城區(qū)4個空氣自動監(jiān)測站的空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象參數(shù)，對月、季空氣污染物濃度變化特征和四季盛行風、逆溫層、寒潮、大霧、陰雨、連晴天氣等氣象條件下空氣污染物濃度變化情況進行分析研究，了解污染物隨氣象條件變化特征、掌握局地氣候?qū)Τ菂^(qū)空氣質(zhì)量影響特征，從而進行區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展定位、對污染企業(yè)進行合理布局、對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行科學調(diào)整，以降低局地氣候?qū)諝猸h(huán)境質(zhì)量的不利影響，改善空氣質(zhì)量。

局地氣候；空氣質(zhì)量；分析研究

廣安市地處四川盆地東部邊緣，空氣質(zhì)量在全省范圍內(nèi)處于較好水平。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，區(qū)域性空氣污染問題凸現(xiàn)。通過對廣安城區(qū)(廣安市政府所在地，地處廣安區(qū))市委、廣電花園、人工湖、思源酒店4個空氣自動監(jiān)測站[1]，以 2008年為研究基礎(chǔ)年，以《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB 3095-1996)二級標準[2]為評價標準，對空氣中二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物3項空氣污染物月、季均濃度[3]變化特征和四季盛行風、逆溫層、寒潮、大霧、陰雨、連晴天氣下濃度變化特征進行分析研究，了解空氣污染與局地氣候(廣安市政府所在地)的關(guān)系，掌握污染物隨氣象條件變化的趨勢。

1　局地氣候條件分析

1.1自然條件

廣安市位于四川東部，呈扇形分布于川中丘陵與平行嶺谷區(qū)兩大地形之間，是三峽庫區(qū)發(fā)展的接力帶。地理坐標為北緯30°01′～30°52′，東經(jīng)105°56′～107°19′，東西寬134.5km，南北長93.6km，幅員面積6344km2。廣安屬于四川盆地盆底逐步向盆周邊過渡地帶，整個地勢東高西低，本課題研究所在地廣安市區(qū)位于渠江右岸二、三級價地上，海拔為240～330m。

1.2氣溫

廣安市多年平均氣溫為17.25℃，月平均氣溫以7月最高，達27.6℃，1月最低為5.0℃。廣安市海拔高度184～1700m，氣溫隨海拔高度變化顯著，每上升100m,氣溫大約降低0.6℃，2008年廣安月平均氣溫詳見表1。

表1　2008年廣安月平均氣溫

1.3四季盛行風概況

1.3.1四季盛行風向概況

廣安地區(qū)全年盛行風向為NE～NNE風，出現(xiàn)頻率為25.3%，其次為SW～SSW風，占11.9%，靜風頻率高達33.0%，年平均風速為1.1 m/s，各月平均風速在0.9～1.4 m/s范圍變化，其中以春季風速較大，12、1月最小。

根據(jù)1971年～2000年廣安區(qū)逐月風向資料，制作4季盛行風向風玫瑰圖(從左到右依次為春、夏、秋、冬)如圖1所示。

圖1　廣安區(qū)四季盛行風向風玫瑰圖Fig.1　The Rose Diagram of wind direction ofPrevailing Winds at four seasons of Guang’an District

圖1反映了廣安市盛行風向的時空分布特征，在時間分布上，春季、秋季、冬季盛行東北風，夏季除盛行東北風外，西南風也占據(jù)盛行風一定比例。在空間分布上，由于廣安地形復(fù)雜，風向與山脈、河谷的走向極為密切，有明顯的地域性。

1.3.2四季盛行風力概況

表2　廣安區(qū)四季平均風速及靜風比例

從表2可知，廣安市春季平均風速最大，冬季平均風速最小，平均風速從春季到冬季依次遞減。春季靜風比例最低，冬季靜風比例最高，春季到冬季靜風比例依次升高。

2　城區(qū)空氣污染物月均值濃度變化特征

2.1廣安城區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測概況

通過2008年廣安市環(huán)境監(jiān)測站對廣安城區(qū)市委、廣電花園、人工湖、思源酒店四個空氣自動監(jiān)測站[1]的二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物三項空氣污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)分析城區(qū)空氣污染物月均值濃度變化特征，監(jiān)測點位詳見圖2。

圖2　廣安市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位圖Fig.2　The map of the monitoring sites of ambient air quality in Guang’an

2.2主要污染源分布

廣安市工業(yè)廢氣污染源有110家，廣安市城區(qū)無工業(yè)污染，涉及本課題范圍的污染源有4個：其中3個廢氣排放企業(yè)在城區(qū)東北方向邊緣，污染貢獻不大。另一火力發(fā)電企業(yè)位于市區(qū)東北方直線距離15 km處的代市鎮(zhèn)，是廣安市郊的唯一高架源，也是主要的污染源。該企業(yè)2008年煙塵總排放量為843458kg，其中：1～4季度排放量分別為：231106kg、212786kg、216395kg和183171kg;二氧化硫總排放量為4627440kg，其中1～4季度排放量分別為：1210992kg、1095736kg、1160571kg和1160141 kg；氮氧化物總排放量為12512263kg，其中1～4季度分別為3335419kg、3284258kg、3131306kg、2761280kg。各類污染物排放量變化不大，第4季度排放量最小。

圖3　2008年廣安市城區(qū)二氧化硫月變化Fig.3　Monthly change of sulfur dioxide in 2008 in the urban area of Guang’an

2.3城區(qū)空氣污染物月均值濃度變化特征

2.3.1二氧化硫月均值濃度變化特征

從圖3可以看出，廣安城區(qū) 2008年二氧化硫月均值變化的規(guī)律性不很明顯，其特征是峰值多出現(xiàn)在1月、2月、11月、12月，7月、8月、9月濃度相對較低。春、冬季區(qū)內(nèi)二氧化硫月平均濃度為0.036 mg/m3，夏、秋季為0.034 mg/m3，春、冬季比夏、秋季平均高出6%。

2.3.2二氧化氮月均值濃度變化特征

圖4　2008年廣安市二氧化氮月變化Fig.4　Monthly change of nitrogen dioxide in 2008 of Guang’an

從圖4可以看出，廣安城區(qū) 2008年二氧化氮月變化與二氧化硫的情況類似，月變化峰值多出現(xiàn)在1月、12月，6～10月濃度相對較低。1月、3月、11月、12月平均濃度范圍為0.062～0.064 mg/m3，6～10月為0.057～0.065mg/m3。

2.3.3可吸入顆粒物(PM10)月均值濃度變化特征

圖5　2008年廣安市可吸入顆粒物月變化Fig.5　Monthly change of inhalable particles (IP) in 2008 of Guang’an

從圖5可以看出，廣安市可吸入顆粒物月變化特征與二氧化硫和二氧化氮基本一致，均表現(xiàn)出1月、2月、11月、12月較高，夏、秋季較低的規(guī)律。

2.3.4空氣污染物月均值濃度變化特征分析

從二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物(PM10)月均值濃度變化特征看出，廣安城區(qū)空氣污染物濃度1月、2月、3月、11月、12月(也就是春冬季)相應(yīng)較高，4～10月份(夏、秋季)相應(yīng)較低的規(guī)律。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是以下因素綜合影響的結(jié)果：春、冬季北方冷空氣到達后，受冷暖氣流爭持影響，在早晚出現(xiàn)了輻射逆溫，嚴重阻礙著空氣的對流運動；并受復(fù)雜性的地形和密集的城市建筑物影響，風速偏小，不利于冬春季大氣污染物的輸送和擴散；夏秋季氣溫較高，混合高度提高，風速相應(yīng)較大，有助于空氣污染物的擴散，且雨水的沖刷降解作用，降低了污染物的濃度。

3　局地氣候?qū)ξ廴疚餄舛茸兓绊?/h2>

3.1四季盛行風對污染物濃度變化影響分析

3.1.1秋冬季盛行風對污染物濃度變化影響分析

在秋冬季，靜風比例較大，風速較小，風向以東北方向為主。由于廣安市境內(nèi)工業(yè)廢氣污染源主要在廣安市東北方向，污染物隨風向向城區(qū)方向移動，造成城區(qū)在非夏季污染較為嚴重。另外，非夏季大氣層結(jié)較為穩(wěn)定，對流運動不強，污染物難以通過垂直輸送進行擴散，也是造成在非夏季我市污染較為重要原因。

3.1.2春夏季盛行風對污染物濃度變化影響分析

在春夏時，廣安市境內(nèi)風速較大，風向以東北風為主，西南風的比例也明顯增加，城區(qū)處于上風方，有利于工業(yè)廢氣污染物的擴散，故在夏季污染較輕。同時，因大氣的不穩(wěn)定性增加，常形成強烈的對流運動，污染物可以通過垂直上升運動進行擴散，有效的降低了污染物的濃度變化。

3.2逆溫層對污染物濃度變化影響分析

在逆溫層中，較暖而輕的空氣位于較冷而重的空氣上面，形成一種極其穩(wěn)定的空氣層，就像鍋蓋一樣，籠罩在近地層的上空，嚴重阻礙著空氣的對流運動。因此，近地層空氣中的水汽、煙塵以及各種有害污染物，飄浮在逆溫層下面的空氣層中，進一步促進了云霧等天氣的形成，使空氣中的污染物不能及時擴散流通，而降低了能見度，加重大氣污染[4]。

3.3寒潮天氣下污染物濃度變化特征

選取2008年3月28～31日一次典型寒潮天氣過程作為個例，分析了在寒潮過程中空氣污染物的濃度變化情況。

表3　2008年3月廣安區(qū)典型寒潮天氣風速統(tǒng)計

從表3可以看出，寒潮天氣條件下，風速相對較大。

圖6　寒潮天氣污染物濃度變化特征Fig.6　Change characteristics of pollutant concentrations in the cold spell weather

從表3、圖6可以看出，在寒潮過程中，冷空氣入侵，風速較大。3月28～31日4天污染物均值[3]均較月均值偏少。因此，在寒潮天氣過程中，由于冷空氣的入侵造成的空氣交換和降水[5]，使得空氣污染物濃度降低。

3.4大霧天氣下污染物濃度變化特征

選取2008年1月出現(xiàn)能見度小于50m的大霧天氣，分別為6日、9日、29日，分析在大霧天氣下污染物濃度變化情況。

表4　2008年1月廣安區(qū)大霧天氣風速統(tǒng)計

從廣安市氣象資料顯示，6日、9日、29日廣安區(qū)出現(xiàn)大霧天氣，大霧基本出現(xiàn)在凌晨3時到上午9時，1月6日、9日、29日此段時間內(nèi)，風速較平均明顯偏?。煌瑫r，全天平均風速也較總平均偏小。

圖7　大霧天氣污染物濃度變化特征Fig.7　Change characteristics of pollutant concentrations in the fog weather

從表4、圖7可以看出，在大霧天氣過程中，風速很低，污染物極不易擴散，各項污染物均明顯超過月均值。

3.5陰雨天氣下污染物濃度變化特征

選取2008年2月18～20日一次持續(xù)陰雨天氣作為個例，分析在陰雨天氣下污染物濃度變化特征。

從表5、圖8可以看出，在陰雨天氣過程中，18～20日污染物明顯低于月均水平，說明因雨水的沖刷作用，污染物明顯下降。

3.6連晴天氣下污染物濃度變化特征

選取2008年7月24～28日一次高溫連晴天氣作為個例，分析在連晴天氣下污染物濃度變化特征。

表5　2008年2月廣安區(qū)持續(xù)陰雨天氣風速統(tǒng)計

圖8　陰雨天氣污染物濃度變化特征Fig.8　Change characteristics of pollutant concentrations in the rainy weather

表6　2008年7月廣安區(qū)高溫連晴天氣風速統(tǒng)計

連晴天氣條件下，風速相應(yīng)較大，此類天氣環(huán)流相應(yīng)較強。

圖9　高溫天氣污染物濃度變化特征Fig.9　Change characteristics of pollutant concentrations in the hot weather

從表6、圖9可以看出， 24～28日連晴天氣下，風速相應(yīng)較大、天氣環(huán)流相應(yīng)較強，污染物明顯低于月均水平。

4　結(jié)　論

空氣質(zhì)量下降主要集中在1、2、3、11、12月(也就是春冬季)，各污染因子的最大值亦出現(xiàn)在該時段范圍；廣安城區(qū)周邊最主要污染源2008年煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放量每季度變化不大，第四季度排放量最??；從空氣質(zhì)量來看，污染物排放量對空氣質(zhì)量有一定的影響；但從主要污染源排放量情況和空氣質(zhì)量變化趨勢看，污染物排放量變化趨勢對空氣質(zhì)量變化趨勢影響不大。通過對廣安局地氣候?qū)Τ菂^(qū)空氣質(zhì)量的影響分析研究表明：春夏季盛行風氣象條件下，風速相應(yīng)較大，污染物擴散較快，空氣質(zhì)量相對較好；秋冬季盛行風氣象條件下，受華鎣山脈阻擋，風速較小，城區(qū)呈現(xiàn)靜風比例較大，污染不易擴散，空氣質(zhì)量相對較差；大霧氣象條件下，大霧阻止了空氣流動，風速較小，在凌晨3時～上午9時城區(qū)呈現(xiàn)靜風比例較大，污染不易擴散，空氣質(zhì)量相對較差；寒潮氣象條件下，由于冷空氣的入侵造成的空氣交換和降水，使得空氣污染物濃度降低，空氣質(zhì)量相對較好。逆溫氣象條件下，逆溫層阻礙空氣的垂直運動，污染不易擴散，空氣質(zhì)量相對較差。連晴天氣條件下，天氣環(huán)流相應(yīng)較強，風速相應(yīng)較大，有利于污染物擴散，空氣質(zhì)量較好；陰雨天氣過程中，污染物受雨水的沖刷，濃度降低，空氣質(zhì)量較好。

廣安市位于四川盆地東部山區(qū)邊緣，氣象條件差，風速小，靜風頻率高，不利于大氣污染物的稀釋與擴散，廣安城區(qū)空氣質(zhì)量主要受風(盛行風、靜風)、逆溫(輻射逆溫)、寒潮、大霧等局地氣候影響。因此，局地氣候是影響廣安城區(qū)空氣質(zhì)量變化的主要原因。

[1]HJ/T193-2005,環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB 3095-1996,環(huán)境空氣質(zhì)量標準[S].

[3]中國環(huán)境監(jiān)測總站.空氣質(zhì)量日報技術(shù)規(guī)定[G].北京，中國環(huán)境監(jiān)測總站，2000(026).

[4]王躍,王莉莉,趙廣娜,等.北京冬季PM2.5重污染時段不同尺度環(huán)流形勢及邊界層結(jié)構(gòu)分析[J].氣象與環(huán)境研究,2014,19(2):173-184.

[5]李宗愷,孫潤橋.空氣污染氣象學原理及應(yīng)用[M].北京:氣象出版社,1985.598.

The Research on the Effect of Local Climate on Air Environment Quality in Guang’an City

LI Hong，XIONG Hua-ping，LI Peng，JIANG Lin，XIE Jiang，YANG Juan

(Guang’anEnvironmentalMonitoringStation，Guang’an，Sichuan638000，China)

According to air quality monitoring data and meteorological parameter of four air monitoring stations in Guang’an urban area, this study analyzed the monthly and seasonal change features of air pollutant concentration and the change situation of air pollutant concentration in meteorological conditions like season prevailing wind, thermal inversion layer, cold wave, heavy fog, overcast and rainy and continuous sunny days, in order to study the variation of pollutants with different meteorological conditions, and to know the influence characteristics of local climate on air quality in urban area, then give orientation to regional economic development, rational distribute polluting enterprises and adjust industrial structure scienfically, so as to reduce the negative influence of local climate on air environment quality.

Local climate; air quality; analysis and research

2015-07-23

黎紅(1965-),女,四川廣安鄰水人,1988年畢業(yè)于重慶化工職大分析化學專業(yè)，高級工程師,主要從事環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境管理方面工作。

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A

1001-3644(2015)04-0097-08