臨夏市霧霾天氣現(xiàn)狀及氣象因子對其的影響研究

韋伯龍 馬俊強 孫玉蓮 馬玉坤 文慧

摘要 利用2014—2015年環(huán)境監(jiān)測資料及常規(guī)氣象資料，分析臨夏市環(huán)境空氣污染物濃度日變化情況、污染物的構(gòu)成及氣象條件對霧霾的形成、分布的作用，結(jié)果表明：空氣污染物濃度高值主要集中在冬季（12月至次年2月），與地形、大氣環(huán)流形勢、風速、降水、城市熱島效應都有緊密的聯(lián)系，其中風速與空氣污染物濃度成明顯的負相關關系，并且簡述了氣象條件對臨夏市環(huán)境空氣污染影響利弊。

關鍵詞 霧霾；現(xiàn)狀；氣象因子；甘肅臨夏

中圖分類號 X513 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）04-0236-04

Fog and Haze Situations and Its Impact of Meteorological Factors in Linxia City

WEI Bo-long MA Jun-qiang SUN Yu-lian MA Yu-kun WEN Hui

（Linxia Meteorological Bureau of Gansu Province，Linxia Gansu 731100）

Abstract By using environmental monitoring data and routine meteorological data of years from 2014 to 2015，this study analyzed the day changes of ambient air pollutant concentrations，constitute pollutants and the effect of meteorological conditions on haze formation and its distribution in Linxia City.The results showed that high value of air pollutant concentrated mainly in winter（December-February），and it had close contact with the terrain，atmospheric circulation，wind speed，precipitation and urban heat island effect.The wind speed and air pollutant concentrations had a significant negative correlation.The pros and cons of meteorological conditions on ambient air pollution in Linxia City were outlined.

Key words haze；situation；meteorological factors；Linxia Gansu

霧霾是霧和霾的組合詞，霧和霾是2種不同的天氣現(xiàn)象，世界氣象組織以及中國觀測規(guī)范對此也都有明確規(guī)定。霧是指由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的、能見度降低到1 km以內(nèi)的自然現(xiàn)象。而在中國氣象局的《地面氣象觀測規(guī)范》中，灰霾天氣被這樣定義：“大量極微細的干性塵粒、煙粒等（氣象學上稱為氣溶膠顆粒）均勻懸浮于空中，使空氣混濁、視野模糊并導致能見度惡化，當水平能見度低于10.0 km、相對濕度小于80%時，排除降水、揚沙、浮塵、煙霧、吹雪、雪暴、沙塵暴等天氣現(xiàn)象造成視程障礙空氣普遍混濁現(xiàn)象。”霾使得遠處光亮物略微帶黃、紅色，使黑暗物微帶藍色，以上即為霧霾的氣象學定義[1-3]。

霧霾天氣是霧和霾的混合產(chǎn)物，兩者的主要區(qū)別在于：出現(xiàn)霧時，空氣相對濕度很大、水汽充足，風速較小且能見度小于1 km；而出現(xiàn)霾時，其相對濕度一般小于60%、天氣較為干燥且能見度小于10 km[4]。由此可見，霧霾現(xiàn)象是在不同的天氣條件下形成的，它與空氣濕度、水平能見度和凝結(jié)核半徑有著直接的關系[5]。另外，霧霾主要是由氮氧化合物、二氧化硫以及可吸入顆粒物組成，前兩者為氣態(tài)污染物，而顆粒危害物才是加重霧霾天氣污染的罪魁禍首?！吨腥A人民共和國環(huán)境保護法》自2015年1月1日修訂施行，將環(huán)境保護納入國家基本國策，實行環(huán)境保護目標責任制和考核評價制度。對人體健康影響較大的二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、顆粒物PM10、顆粒物PM2.5為環(huán)境空氣質(zhì)量基本監(jiān)測項目，其中二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、顆粒物PM10 3項被納入環(huán)境空氣質(zhì)量考核指標。

1 臨夏市環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀分析

1.1 臨夏市環(huán)境空氣污染物主要來源

臨夏市環(huán)境空氣污染主要包括生產(chǎn)性污染、生活性污染、交通運輸性污染。其中，二氧化硫（SO2）主要來源于機動車尾氣、燃煤鍋爐排放及煙花爆竹燃放、垃圾焚燒等。二氧化氮（NO2）除自然環(huán)境生成外，主要來源于礦物燃料在工業(yè)中的高溫燃燒過程及機動車尾氣、燃煤鍋爐排放、垃圾焚燒等。一氧化碳（CO）主要來源于燃料的不完全燃燒，除森林火災等自然災害外，主要來自于人為排放，排放源主要為機動車尾氣、燃煤鍋爐排放及垃圾、秸稈焚燒等。臭氧（O3）是燃料燃燒和工業(yè)排放到空氣中的污染物經(jīng)過光化學反應形成的二次污染物，及高壓靜電和紫外線作用產(chǎn)生的高濃度臭氧。顆粒物PM10主要來自于污染源的直接排放，如燃煤、機動車等排放的細小顆粒物；環(huán)境空氣中硫氧化物、氮氧化物、揮發(fā)性有機化合物及其他化合物互相作用形成的細小顆粒物；大氣運動輸入的沙塵，建筑工地、裸露土地、工業(yè)生產(chǎn)造成的沙塵、粉塵。顆粒物PM2.5主要來源于工業(yè)生產(chǎn)、機動車尾氣排放等過程中經(jīng)過燃燒而排放的殘留物，供熱、烹調(diào)過程中燃煤、燃氣及燃油排放的煙塵。

1.2 臨夏市環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀分析

從圖1、2可以看出，11月下旬至次年5月上旬，臨夏市環(huán)境空氣污染物濃度較高，為環(huán)境空氣污染治理關鍵期；其余時間段臨夏市環(huán)境空氣污染物濃度較低，為環(huán)境空氣污染長效治理期。其中二氧化硫（SO2）主要影響時段在11月下旬至次年2月中旬；二氧化氮（NO2）主要影響時段在12月下旬至次年2月中旬；一氧化碳（CO）主要影響時段在11月下旬至次年2月中旬；臭氧（O3）主要影響時段在4—9月；顆粒物PM10主要影響時段在11月中旬至次年5月中旬；顆粒物PM2.5主要影響時段在10月下旬至次年3月中旬。

2 臨夏市環(huán)境空氣質(zhì)量影響分析

2.1 地理地形對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響

2.1.1 地理地形不利于大氣污染物的稀釋和擴散。

（1）風速小，不利于大氣污染物的水平擴散。臨夏州地處青藏高原與黃土高原的過渡地帶，地形呈西南高、東北低于西南而高于中部，呈“L”型傾斜盆地狀態(tài)。臨夏市西倚積石山脈、南屏太子山脈，依大夏河谷沿西南向東北為“U槽”底部，海拔高度1 900 m，兩側(cè)山脈海拔2 200 m以上。特殊的地理位置及地形條件，不利于污染物的擴散。夏冬季受積石山脈和太子山脈的屏障作用，臨夏市靜風頻率高、空氣擾動小，平均風速在1.6～1.7 m/s之間，較小的風速不利于污染物水平擴散。春秋季主要是北風，而西南至東北向的“U”型地形不利于污染物的擴散。

（2）逆溫多，不利于污染物垂直擴散。秋冬季節(jié)由于大氣層結(jié)比較穩(wěn)定，逆溫日數(shù)多、持續(xù)時間長，逆溫層仿佛蓋子一樣罩在“小盆地地形”的臨夏市上空，阻擋了環(huán)境空氣污染物的垂直擴散，使環(huán)境空氣污染物沉積在近地面層，導致環(huán)境空氣污染物濃度增高。秋季污染濃度開始增加，到冬季污染物濃度為一年中最高，加之冬季燃煤等增多，在一定程度上加重了環(huán)境空氣污染。

2.1.2 山脈阻擋使風沙減少。從圖3可以看出，由于太子山脈和積石山脈的屏障作用使得臨夏市大風及沙塵天氣減少，也使得沿西路、西北路徑輸送的沙塵天氣影響強度減弱。根據(jù)氣象資料統(tǒng)計分析（1980—2015年），近年來臨夏市大風、沙塵天氣日數(shù)呈明顯減少趨勢，自2000年以來，臨夏市僅2001年和2002年分別出現(xiàn)2次和1次沙塵暴，其他沙塵均為揚沙和浮塵。由此可見，由山脈屏障作用致使大氣運動造成的外源性污染對臨夏市環(huán)境空氣污染影響呈減輕的趨勢。

2.1.3 焚風效應不利于冬春季節(jié)降水出現(xiàn)。從圖4可以看出，受太子山脈、積石山脈地形影響，臨夏市焚風特征明顯（當冷空氣自西向東跨越山脈時，在迎風坡，空氣被迫抬升，膨脹降溫，使空氣中的水汽凝結(jié)并釋放凝結(jié)潛熱。過山后，氣流下沉，空氣受到壓縮，密度增大，內(nèi)能增加，造成絕熱增溫，濕度減小，形成了干熱的氣流，氣象學稱此為焚風，通?？諝饷肯陆?00 m，溫度升高1 ℃）。焚風出現(xiàn)經(jīng)常與偏西風相伴，焚風發(fā)生主要集中在冬季和春季，夏季出現(xiàn)較少，但夏季的焚風會加重高溫的強度。焚風主要表現(xiàn)為氣溫升高、濕度明顯下降，一定程度上造成臨夏市冬春季節(jié)降水明顯偏少，導致環(huán)境空氣污染物濃度較高。

2.2 氣象條件對環(huán)境空氣污染物擴散的影響

2.2.1 大氣環(huán)流影響環(huán)境空氣污染物擴散。冬春季節(jié)臨夏市上空基本盛行西北氣流，準靜止高壓型天氣較多，降水量只占年總降水量的0.7%～2.8%，大多時間天氣晴朗，風速較小，中低層空氣發(fā)生大規(guī)模的下沉運動，易形成逆溫層，使大氣對污染物的擴散稀釋能力大大下降，呈現(xiàn)所謂“空氣停滯”現(xiàn)象。冬春季節(jié)受供熱燃煤等因素影響，臨夏市環(huán)境空氣污染物排放量較大、濃度較高。夏秋季節(jié)低氣壓和鋒面型天氣較多，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，降水日數(shù)多、降雨量級大，地面盛行偏東、偏南風，呈現(xiàn)氣溫高、濕度大、雨日多。夏秋季節(jié)通常風速較大，大氣處于中性或不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于環(huán)境空氣污染物的擴散和稀釋，加之頻繁降水對環(huán)境空氣污染物能的清除和沖刷作用，使得臨夏市夏秋季節(jié)環(huán)境空氣污染物濃度較低。

2.2.2 降水有利于環(huán)境空氣凈化。降水對環(huán)境空氣污染物有著沖刷作用，可以減少空氣中懸浮的粉塵數(shù)量和濃度，產(chǎn)生濕沉降，從而降低環(huán)境空氣污染物濃度。長期干旱少雨會導致懸浮顆粒物大幅增加，增加環(huán)境空氣污染物濃度，反之降水時間越長，環(huán)境空氣污染物濃度越低，夏秋季空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)較多的主要原因是降水日數(shù)較多。2015年1月21—25日，臨夏市環(huán)境空氣污染物顆粒物PM2.5和顆粒物PM10濃度持續(xù)走高，連續(xù)5 d分別超過200 ug/m3和300 ug/m3。26日開始，冷空氣逐漸南下侵入，風速加大，顆粒物PM2.5和顆粒物PM10濃度有所降低，自27日降雪開始以后，顆粒物PM2.5和顆粒物PM10濃度急劇下降，至29日降雪天氣過程結(jié)束后，顆粒物PM2.5和顆粒物PM10濃度維持在100 ug/m3和150 ug/m3以下，1月30日至2月3日臨夏市空氣質(zhì)量連續(xù)5 d為優(yōu)，可見降水對環(huán)境空氣污染物的沖刷作用非常明顯。

2.2.3 風是環(huán)境空氣污染物輸送擴散的主要動力。風速是大氣水平擴散能力的主要指標，直接決定大氣稀釋擴散能力的大小。由圖6、表1可以看出，環(huán)境空氣污染物中除臭氧（O3）濃度與平均風速呈正相關關系外，其余環(huán)境空氣污染物濃度均呈負相關關系，即風速越大則越有利于環(huán)境空氣污染物的水平輸送和垂直擴散。

2.3 城市熱島效應影響環(huán)境空氣質(zhì)量

城市熱島效應和環(huán)境空氣污染相互影響，相互作用，關系密切。城市熱島效應是指城市因大量的人工發(fā)熱、建筑物和道路等高蓄熱體及綠地減少等因素，造成城市“高溫化”。城市中的氣溫明顯高于外圍郊區(qū)的現(xiàn)象。在近地面溫度圖上，郊區(qū)氣溫變化很小，而城區(qū)則是一個高溫區(qū)，就像突出海面的島嶼，由于這種島嶼代表高溫的城市區(qū)域，因此就被形象地稱為城市熱島。臨夏市人口密度大（26 966.6人/km2，位居全省第二），居民區(qū)燃燒大量的燃料、排放大量的熱量；市區(qū)以水泥、瀝青為主的路面和建筑物有較強的吸收太陽輻射能的本領；城市水面小、地表含水量低、空氣流通不暢、水的蒸發(fā)量少、累積的熱量不能及時傳遞出去等因素使得城市熱島效應加劇。城市熱島環(huán)流對環(huán)境空氣污染物輸送產(chǎn)生影響。當天氣形勢比較穩(wěn)定時，大范圍風場微弱時，隨著城區(qū)熱空氣的不斷上升，上升氣流達到一定高度后，又向四周郊區(qū)流出，在郊區(qū)附近下沉，郊區(qū)的近地面空氣必然從四周流入市區(qū)，氣流向市中心輻合，構(gòu)成局地閉合環(huán)流—熱島環(huán)流。

臨夏市區(qū)由于熱島環(huán)流的存在經(jīng)受多次污染。因為環(huán)流在下沉過程中，從城區(qū)輸送出去的污染物隨氣流回到近地層，然后由流向市區(qū)的空氣攜帶再次進入市區(qū)，并在市中心（熱島中心）處輻合，加大地面濃度，而上升氣流又將把環(huán)境空氣污染物帶到空中向四周輻散，因此熱島環(huán)流對城市起著循環(huán)污染的作用。

3 結(jié)論

（1）臨夏市空氣污染物濃度高值主要集中在冬季（12月至次年2月）。

（2）污染物濃度與地形、大氣環(huán)流形勢、風速、降水、城市熱島效應都有緊密的聯(lián)系，其中風速與空氣污染物濃度成明顯的負相關關系。

（3）氣象條件對臨夏市環(huán)境空氣污染治理利弊不均，利主要體現(xiàn)在：受山脈屏障作用，阻擋了大氣環(huán)流運動引起的沙塵、粉塵輸送；春夏季節(jié)環(huán)流形勢致使大氣層結(jié)處于中性或不穩(wěn)定狀態(tài)，大氣垂直運動強烈，有利于環(huán)境空氣污染物的擴散和稀釋；降水對環(huán)境空氣污染物濃度有較強的稀釋作用。弊主要體現(xiàn)在：受地理地形影響導致臨夏市風速比較小，不利于環(huán)境空氣污染物的水平擴散；冬春季節(jié)環(huán)流形勢致使大氣層結(jié)相對穩(wěn)定，逆溫持續(xù)時間長且逆溫層厚，不利于環(huán)境空氣污染物的垂直擴散；焚風效應在一定程度上造成冬春季節(jié)降水明顯偏少，致使環(huán)境空氣污染物濃度比較高；城市熱島效應導致臨夏市環(huán)境空氣的二次污染和循環(huán)污染。

4 參考文獻

[1] 胡亞旦，周自江.中國霾天氣的氣候特征分析[J].氣象，2009，35（7）：73-78.

[2] 林建，楊貴名，毛冬艷.我國大霧的時空分布特征及其發(fā)生的環(huán)流形勢[J].氣候與環(huán)境研究，2008，13（2）：171-181.

[3] 饒曉琴，李峰，周寧芳，等.我國中東部一次大范圍霾天氣的分析[J].氣象，2008，34（6）：89-96.

[4] 孫亮.灰霾天氣成因危害及控制治理[J].環(huán)境科學與管理，2012，37（10）：71-75.

[5] 周寧芳，李峰，饒曉琴，等.2006年冬半年我國霾天氣特征分析[J].氣象，2008，34（6）：81-88.