益陽(yáng)市空氣質(zhì)量指數(shù)特征分析

余青松 楊令

摘要 通過分析2015—2020年益陽(yáng)市的空氣指數(shù)特征和重污染的氣象要素、天氣形勢(shì)，得到以下結(jié)論：2015—2020年益陽(yáng)市重污染天數(shù)年均3 d，出現(xiàn)在12月至翌年2月，中度污染天數(shù)年均9 d，輕度污染天數(shù)年均52 d;AQI與PM2.5年均值對(duì)應(yīng)關(guān)系最好，PM10、SO2和O3年均值相對(duì)應(yīng)關(guān)系較好;AQI、PM2.5、PM10、CO、NO2月均濃度逐月分布呈現(xiàn)兩頭高、中間低的特征，O3月均濃度與之相反，呈現(xiàn)兩頭低、中間高的特征，SO2呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì);無降水或弱降水、無日照或少日照、較高濕度、微風(fēng)都是益陽(yáng)市重污染日出現(xiàn)的氣象要素;連續(xù)性重污染天氣過程大部分是淺槽過境或者平直氣流下，無日照、弱降水或無降水、風(fēng)力小等靜、穩(wěn)條件，加之弱冷空氣帶來北風(fēng)輸入性污染疊加引發(fā)的，主要污染通道是湖北荊州帶到常德而來的。

關(guān)鍵詞 空氣質(zhì)量指數(shù);污染過程;氣象要素

中圖分類號(hào)：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）12–0065–03

改革開放以來，隨著工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人民生活水平的不斷提高，汽車保有量增加。在人們對(duì)健康越來越重視的同時(shí)，越來越嚴(yán)重的空氣污染是影響人民健康的一個(gè)重要因素，它會(huì)引發(fā)多種疾病，甚至死亡。因此，近年來我國(guó)十分重視空氣質(zhì)量治理，為了更好地監(jiān)測(cè)、管控空氣質(zhì)量，生態(tài)環(huán)境部在新發(fā)布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）中增加了PM2.5、CO與O3指標(biāo)，同時(shí)降低了PM10、SO2、NO2標(biāo)準(zhǔn)限值。分析城市的空氣質(zhì)量指數(shù)特征，可為環(huán)保部門應(yīng)對(duì)污染風(fēng)險(xiǎn)、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)提供參考依據(jù)，且具有重要的理論意義與實(shí)踐價(jià)值[1]。通過分析湖南省益陽(yáng)市的空氣質(zhì)量指數(shù)特征，并結(jié)合氣候特點(diǎn)和地形對(duì)其進(jìn)行探討，旨在為如何防治大氣污染提出一些建議。

1 研究方法與數(shù)據(jù)處理

空氣質(zhì)量反映了空氣污染程度，它是依據(jù)空氣中污染物濃度判斷的?？諝馕廴臼菑?fù)雜的現(xiàn)象，在特定時(shí)間和地點(diǎn)空氣污染物濃度受到許多因素的影響[2]。空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）是定量描述空氣質(zhì)量狀況的無量綱指數(shù)，針對(duì)單項(xiàng)污染物的描述還規(guī)定了空氣質(zhì)量分指數(shù)，參與空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要污染物為細(xì)顆粒物、可吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳[3]。益陽(yáng)市每日AQI數(shù)據(jù)和各類污染物濃度數(shù)據(jù)是根據(jù)當(dāng)天益陽(yáng)市環(huán)保局、赫山區(qū)環(huán)保局、益陽(yáng)市特殊教育學(xué)校和資陽(yáng)區(qū)政務(wù)中心4個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)求平均的結(jié)果，其中2018年4月15—17日PM2.5與PM10數(shù)據(jù)缺失，導(dǎo)致AQI數(shù)據(jù)無法計(jì)算[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 2015—2020年空氣質(zhì)量天數(shù)的年和月變化

2015—2020年益陽(yáng)市污染天氣天數(shù)在29（2018年）～104 d（2019年）之間：重污染天數(shù)年均3 d，2019年重污染天氣天數(shù)最多，為12 d，其余年份均為1～2 d;中度污染天數(shù)年均9 d，2016年最少，僅出現(xiàn)3 d，2019年也是最多的年份，出現(xiàn)了14 d;輕度污染天數(shù)年均52 d，2018年最少，僅出現(xiàn)22 d，2019年也是最多的，為78 d。

重污染出現(xiàn)的月份為12月至翌年2月，其中1月出現(xiàn)概率最高，為7%。中度污染出現(xiàn)的月份為9月至翌年2月，其中12月至翌年1月出現(xiàn)概率最高，為10%。輕度污染幾乎每個(gè)月都可能出現(xiàn)，其中12月至翌年1月出現(xiàn)的概率最高，6—8月出現(xiàn)的概率最?。ū?）。

2.2 2015—2020年AQI及各類污染物的年變化

分析AQI和各類污染物的逐年分布可知，AQI與PM2.5年均值對(duì)應(yīng)關(guān)系最好，都是2019年最大，2018年最小。PM10、SO2和O3年均值相對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，都是2015年最大，2020年最小。NO2年均值2016年最大，2020年最小。CO年均值2018年最大，2016年最小（表2）。

2.3 2015—2020年AQI及各類污染物的月變化

分析AQI、PM2.5、PM10逐月分布可知，三者均是1月最高，其次為12月，呈現(xiàn)兩頭高、中間低的特征，AQI的相關(guān)系數(shù)R2為0.8501，相關(guān)程度很高。PM10濃度每月均高于PM2.5濃度，6月PM2.5濃度最低，6—7月PM10濃度最低（圖1）。

SO2月均濃度呈波動(dòng)下降的趨勢(shì)，但是相關(guān)系數(shù)相對(duì)較低，為0.3204，最高值出現(xiàn)在1月，次值出現(xiàn)在4月，最低值出現(xiàn)在8月，其他為7月、9—10月。CO月均濃度呈現(xiàn)兩頭高、中間低的特征，相關(guān)系數(shù)R2為0.9087，2月最高，為1.54，其次為1月的1.45、12月的1.41，最低值為7月的0.77。NO2月均濃度也呈現(xiàn)兩頭高、中間低的特征，相關(guān)系數(shù)R2為0.8663，12月最高為38，其次為1月的33、11月的32，最低值為6—7月的15。O3月均濃度呈現(xiàn)兩頭低、中間高的特征，最高值為9月的121，其次為5月的115，最低值為12月的55（圖2）。

2.4 2015—2020年重污染過程

益陽(yáng)市2015—2020年重度污染日有2015年1月5日、2016年2月8日、2017年1月28日、2018年1月19日、2018年12月1日、2019年1月5—8日、2019年1月15日、2019年1月25—29日、2019年12月14—15日、2020年12月28日。從重污染日的氣象要素來說，出現(xiàn)降水的概率為39%，而且降水量在4.5 mm以下，出現(xiàn)日照的概率為22%，相對(duì)濕度在54%～96%之間，最小相對(duì)濕度在15%～90%之間，平均風(fēng)速在1.1～2.2 m/s之間，最大風(fēng)速在5.1 m/s以下，風(fēng)向大部分為N或NW。平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫高于平均值的比例分別為67%、56%和94%。

分析連續(xù)性的2019年1月5—8日和2019年1月25—29日2次重污染天氣過程可知，受外源輸入疊加本地不利氣象條件影響，主要污染物均為PM2.5和PM10。過程一為高空淺槽過境、中低層弱切變線與地面冷空氣東路擴(kuò)散的共同影響，低層北方污染物向南的傳輸通道建立，地面主導(dǎo)風(fēng)為北風(fēng)或西北風(fēng)，上游區(qū)域常德為嚴(yán)重污染，污染隨風(fēng)到益陽(yáng)后，850～700 hPa有明顯逆溫層或等溫層、高層空氣相對(duì)濕度小，弱降水、地形的阻擋有利于污染物的堆積。1月8日后冷空氣主體南下，風(fēng)力加大，污染物才得以有力擴(kuò)散，污染過程結(jié)束。過程二為前期低壓倒槽穩(wěn)定型加上后期地面弱冷空氣滲透南下，益陽(yáng)市處于倒槽頂端，受西風(fēng)平直氣流影響，緯向環(huán)流顯著，無降水、無日照且風(fēng)力小，穩(wěn)定天氣的情況下不利于污染物的清除，加上北方冷空氣帶來上游區(qū)域的污染在本地累積。1月30日凌晨由于北方強(qiáng)冷空氣南下和降水的清除作用，污染才得以清除。從最近上游區(qū)域湖北、常德和岳陽(yáng)的數(shù)據(jù)和益陽(yáng)本地風(fēng)向分析來看，影響益陽(yáng)的輸入性污染主要來自西北的荊州、常德方向。

3 結(jié)論

（1）2015—2020年益陽(yáng)市污染天氣天數(shù)在29（2018年）～104 d（2019年）之間，重污染天數(shù)年均3 d，出現(xiàn)的月份為12月至翌年2月，中度污染天數(shù)年均9 d，輕度污染天數(shù)年均52 d。AQI與PM2.5年均值對(duì)應(yīng)關(guān)系最好，PM10、SO2和O3年均值相對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。

（2）AQI、PM2.5、PM10、CO、NO2月均濃度逐月分布呈現(xiàn)兩頭高、中間低的特征，AQI、PM2.5、PM10最高值為1月，CO最高值為2月，NO2最高值為12月，O3月均濃度與他們相反，呈現(xiàn)兩頭低、中間高的特征，最高值為9月，SO2呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì)。

（3）益陽(yáng)市重污染日出現(xiàn)降水的概率為39%，且在4.5 mm以下，出現(xiàn)日照的概率為22%，相對(duì)濕度在54%～96%之間，最小相對(duì)濕度在15%～90%之間，平均風(fēng)速在1.1～2.2 m/s之間，最大風(fēng)速在5.1 m/s以下，風(fēng)向大部分為N或NW。

（4）益陽(yáng)市連續(xù)性重污染天氣過程大部分是淺槽過境或者平直氣流下，無日照、弱降水或無降水、風(fēng)力小等靜、穩(wěn)條件，加上弱冷空氣帶來北風(fēng)輸入性污染疊加引發(fā)的，主要污染通道是湖北荊州和湖南常德而來的。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡曉，徐璐，俞科愛，等.寧波地區(qū)一次重污染天氣過程的成因分析[J].高原氣象，2017，36（5）：1412-1421.

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[4] 陳燕玲，張根，王歡，等.江西省冬季大氣典型污染過程的氣象成因研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2021，41（8）：3021-3032.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Characteristic Analysis of? Air Quality Index in Yiyang City

YU Qing-song et al（Yiyang Meteorolo-gical Bureau of Hunan Province， Yiyang， Hunan 413000）

Abstract By analyzing the characteristics of air index and the meteorological elements and weather situation of heavy pollution in Yiyang city from 2015 to 2020， the following conclusions are drawn： from 2015 to 2020， the days of heavy pollution in Yiyang city averaged 3 days per year， which occurred from December to February of the next year. The days of moderate pollution averaged 9 days per year， and the days of mild pollution averaged 52 days per year. The relationship between AQI and the annual mean value of PM2.5 was the best， and that between the annual mean value of PM10， SO2 and O3 was the best. The monthly average concentration of AQI， PM2.5， PM10， CO and NO2 in February presents the characteristics of high at both ends and low in the middle. On the contrary， the monthly average concentration of O3 presents the characteristics of low at both ends and high in the middle. SO2 presents a trend of fluctuation and decline. No precipitation or weak precipitation， no sunshine or less sunshine， high humidity and breeze were the meteorological elements of Yiyang heavy pollution days. Continuous heavy pollution weather processes were mostly caused by static and stable conditions， such as shallow trough transit or flat air flow， no sunshine， weak precipitation or no precipitation， low wind， coupled with weak cold air brought by the north wind input pollution superposition. The main pollution channel was brought from Jingzhou， Hubei province to Changde.

Key words Air quality index; Pollution process; Meteorological elements