漢中市空氣污染特征及其氣象條件分析

胡江波，王云鵬，楊利霞，彭詩軍

(1.漢中市氣象局，陜西漢中 723000；2.漢中市環(huán)境監(jiān)測中心站，陜西漢中 723000)

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漢中市空氣污染特征及其氣象條件分析

胡江波1，王云鵬1，楊利霞1，彭詩軍2

(1.漢中市氣象局，陜西漢中 723000；2.漢中市環(huán)境監(jiān)測中心站，陜西漢中 723000)

利用2015年漢中市空氣質(zhì)量資料和同期的地面氣象觀測資料，統(tǒng)計(jì)分析了2015年漢中市空氣質(zhì)量與氣象條件之間的關(guān)系。結(jié)果表明：2015年漢中市空氣質(zhì)量狀況總體較好，以優(yōu)良天氣為主，達(dá)標(biāo)率78%；空氣質(zhì)量指數(shù)和空氣污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5及CO質(zhì)量濃度變化趨勢基本一致，均表現(xiàn)為夏季最低，冬季最高，O3變化規(guī)律正好相反；降水能夠有效清除空氣污染物，凈化空氣，對于0～50 mm的降水，降水量級越大，對空氣污染物的清除作用越明顯；漢中主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng)和偏南風(fēng)時(shí)，空氣質(zhì)量較差，為偏北風(fēng)時(shí)，空氣質(zhì)量較好；風(fēng)速對空氣質(zhì)量具有雙重影響。

空氣質(zhì)量；污染；氣象條件；漢中

空氣污染與污染源的類型、分布狀況，地形地貌，氣象條件等密切相關(guān)[1]。然而，對于某一特定區(qū)域而言，由于地形地貌及污染源狀況在一定時(shí)間范圍和經(jīng)濟(jì)條件下相對穩(wěn)定，氣象條件對空氣污染物的濃度分布有著重要影響。研究表明[2-3]，在不同的氣象條件下，同一污染源排放所造成的地面污染物濃度可相差幾十倍乃至幾百倍。漢中市是著名的歷史文化名城，隨著近年城市化的快速發(fā)展，空氣污染問題日益嚴(yán)重，尤其是每年的秋冬季節(jié)，受不利氣象條件影響，污染物濃度較高，常常出現(xiàn)空氣污染的狀況。本文對漢中市空氣污染物分布特征及其氣象條件進(jìn)行了分析，旨在為當(dāng)?shù)赜行Э刂莆廴?、改善生態(tài)環(huán)境和探索綜合治理空氣污染的途徑提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料來源

空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采用漢中市環(huán)境監(jiān)測中心站2015年1月1日—12月31日期間SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO的逐日質(zhì)量濃度資料。氣象資料為漢中市國家基本氣象站同期的降水、風(fēng)速及風(fēng)向等地面氣象觀測資料。

2 空氣質(zhì)量的分布與變化

2.1 空氣質(zhì)量等級分布狀況

利用漢中市2015年1月1日—12月31日環(huán)境監(jiān)測資料統(tǒng)計(jì)分析漢中市空氣質(zhì)量等級分布情況。空氣質(zhì)量達(dá)Ⅰ級(優(yōu))的有83 d，占全年總?cè)諗?shù)的22.8%；Ⅱ級(良)有202 d，占比最高，達(dá)55.3%；Ⅲ級(輕度污染)有46 d，占比達(dá)12.6%；Ⅳ級(中度污染)較少，有14 d，僅占全年的3.8%；Ⅴ級(重度污染)和Ⅵ級(嚴(yán)重污染)分別為19 d和1 d，占比分別為5.2%和0.3%?？梢?，2015年漢中市空氣質(zhì)量以優(yōu)良天氣為主，達(dá)到優(yōu)良的日數(shù)有285 d，達(dá)標(biāo)率78%，污染天氣(輕度污染及以上)僅占全年總?cè)諗?shù)的22%。

2.2 空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)的季節(jié)變化特征

從圖1 可以看出，漢中市空氣質(zhì)量呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化特點(diǎn)，夏季(6—8月)和秋季(9—11月)空氣質(zhì)量最好，春季(3—5月)次之，冬季(12—2月)空氣質(zhì)量最差。夏秋季氣溫較高，大氣對流活動旺盛，有利于空氣污染物的擴(kuò)散和稀釋，同時(shí)夏秋季降水多，降水對空氣污染物沉降作用顯著；冬季氣溫低，降水稀少，大氣層結(jié)較為穩(wěn)定，往往有逆溫層存在，再加上受漢中冬季燃煤取暖及道路揚(yáng)塵等影響，空氣質(zhì)量為一年中最差；春季冷暖空氣活動頻繁，多浮塵天氣，導(dǎo)致顆粒物污染濃度增加，AQI上升，空氣質(zhì)量變差。

圖1 漢中市2015年空氣質(zhì)量指數(shù)月變化

2.3 六種污染物質(zhì)量濃度季節(jié)變化

漢中市空氣污染物質(zhì)量濃度存在明顯的季節(jié)變化特征，從表1可以看出，SO2、NO2、PM10、PM2.5及CO質(zhì)量濃度變化規(guī)律與AQI的變化趨勢基本一致，均為冬季濃度最高，夏季濃度最低，主要由于漢中市冬季燃煤取暖導(dǎo)致污染物排放量增大，SO2、NO2等污染物的濃度明顯升高，另外，漢中冬季大氣處于靜穩(wěn)態(tài)，對流活動不旺盛，不利于污染物的擴(kuò)散[2]；而夏季對流活動旺盛，再加上雨水的清除作用，氣象條件非常有利于空氣污染物的擴(kuò)散。O3質(zhì)量濃度變化規(guī)律表現(xiàn)為春夏濃度高，秋冬季節(jié)濃度低。春夏太陽輻射強(qiáng)，氣溫升高，CO、NOx等污染物易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了O3，從而導(dǎo)致O3濃度明顯升高[4]。

表1 2015年漢中市各種污染物質(zhì)量濃度季節(jié)變化 μg/m3

3 氣象條件對空氣質(zhì)量的影響

3.1 降水對空氣污染物濃度的影響

降水能有效沖刷、稀釋空氣中各種污染物，降低污染物在空氣中的濃度，故雨后一般空氣質(zhì)量較好[5-8]。由圖2可看出，在無降水時(shí)，漢中市各種污染物質(zhì)量濃度均處于最高水平；在降水量為小雨(0.1～9.9 mm)時(shí)，降水對各污染物均具有一定清除效果，其中對PM10、PM2.5的效果最明顯，說明小雨天氣過程就可以明顯降低空氣中污染物的質(zhì)量濃度，改善空氣質(zhì)量；在降水量為中雨(10～24.9 mm)時(shí)，各種污染物質(zhì)量濃度繼續(xù)降低，其中，PM2.5平均質(zhì)量濃度由無降水日的70.74 μg/m3下降到25.44 μg/m3，PM10由無降水日的95.12 μg/m3下降到33.44 μg/m3。在降水量為大雨(25～49.9 mm)時(shí)，各種污染物質(zhì)量濃度均降低至最低水平，其中，PM2.5平均質(zhì)量濃度較無降水日下降了84.5%，PM10下降了83.18%，SO2下降了77.17%，NO2下降了62.11%，說明大雨天氣過程對空氣質(zhì)量的改善作用最明顯?？梢姡瑢τ?～50 mm的降水，降水量級與空氣污染物平均質(zhì)量濃度大致呈負(fù)相關(guān)趨勢，即降水量級越大，空氣污染物平均質(zhì)量濃度越小。說明降水可有效清除空氣污染物，尤其是對主要污染物PM10、PM2.5效果更為明顯，這也是漢中夏秋季空氣質(zhì)量相對較好的原因之一。另外，在降水量為暴雨及以上(≥50 mm)時(shí)，各種污染物質(zhì)量濃度較無降水日明顯下降，但對各種污染物的清除作用不及中雨和大雨，主要是由于2015年漢中市出現(xiàn)暴雨及以上(≥50 mm)的降水僅一次，而且暴雨出現(xiàn)在春季(4月1日)，而中雨和大雨主要集中在夏、秋季，因此，分析結(jié)果代表性不強(qiáng)，待資料累積后再作進(jìn)一步分析。

圖2 漢中市不同等級降水量對應(yīng)的污染物平均質(zhì)量濃度

3.2 風(fēng)速對空氣質(zhì)量的影響

風(fēng)是邊界層內(nèi)影響污染物擴(kuò)散的重要?jiǎng)恿σ蜃覽9]。由表2可知，在日最大風(fēng)速<4 m/s時(shí)，AQI與風(fēng)速呈相反趨勢，即風(fēng)速越大對污染物的擴(kuò)散稀釋作用越顯著。當(dāng)日最大風(fēng)速3～4 m/s時(shí)，AQI比日最大風(fēng)速<2 m/s時(shí)下降了41.0%。當(dāng)日最大風(fēng)速4～5 m/s時(shí)，AQI比風(fēng)速3～4 m/s時(shí)明顯上升，主要是因?yàn)轱L(fēng)速增大到一定程度會引起浮塵、揚(yáng)沙等，從而導(dǎo)致污染物濃度增加，因此風(fēng)速對空氣質(zhì)量具有雙重影響。

表2 漢中市不同范圍日最大風(fēng)速的平均AQI

3.3 風(fēng)向?qū)諝赓|(zhì)量的影響

風(fēng)向?qū)ξ廴疚锏妮斔秃蛿U(kuò)散有重要影響[10-11]。

表3為漢中市不同主導(dǎo)風(fēng)及其相應(yīng)的空氣質(zhì)量等級分布狀況，可以看出，漢中市2015年的主導(dǎo)風(fēng)向主要為偏南風(fēng)，約占全年的46.3%；其次是偏東風(fēng)，占全年的42.2%；出現(xiàn)最少的是偏北風(fēng)，僅占11.5%。在不同主導(dǎo)風(fēng)向中，當(dāng)風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng)和偏南風(fēng)時(shí)，空氣質(zhì)量較差，尤其是偏南風(fēng)時(shí)，出現(xiàn)的污染日最多，且中度以上污染天氣較多；當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠憋L(fēng)時(shí)，漢中市空氣質(zhì)量較好，偶爾有污染天氣出現(xiàn)。這主要是由于偏南風(fēng)或偏東風(fēng)往往帶來充沛的水汽，空氣濕度大，有利于大氣中的顆粒物吸濕增長，使污染物質(zhì)量濃度增加。另外，空氣濕度大，容易形成霧罩，空氣污染物不易擴(kuò)散。偏北風(fēng)往往伴隨北方的干冷空氣而來，有利于空氣質(zhì)量的改善。

表3 漢中市不同主導(dǎo)風(fēng)及其相應(yīng)的空氣質(zhì)量等級分布狀況

4 結(jié)論與討論

(1)2015年漢中市空氣質(zhì)量狀況總體較好，以優(yōu)良天氣為主，達(dá)標(biāo)率78%，污染天氣僅占全年總?cè)諗?shù)的22%。

(2)空氣質(zhì)量指數(shù)和空氣污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5及CO質(zhì)量濃度變化規(guī)律的變化趨勢基本一致，均表現(xiàn)為夏季最低，冬季最高；O3變化規(guī)律正好相反。

(3)降水可有效清除空氣污染物，凈化空氣，對于0～50 mm的降水，降水量級越大，對空氣污染物的清除作用越明顯。小雨可以明顯降低空氣污染物的質(zhì)量濃度，改善空氣質(zhì)量；大雨對空氣質(zhì)量的改善效果最明顯。

(4)漢中市主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng)和偏南風(fēng)時(shí)，空氣質(zhì)量較差；偏北風(fēng)時(shí)，漢中市空氣質(zhì)量較好。風(fēng)速對空氣質(zhì)量具有雙重影響。

(5)本研究因只有一年資料，分析結(jié)果有一定的局限性，特別是暴雨樣本太少，代表性不強(qiáng)。因此待今后資料累積后，污染物與氣象條件的關(guān)系須作進(jìn)一步分析。

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1006-4354(2016)06-0031-04

2016-04-18

胡江波(1979—)，男，陜西西安人，碩士，高工，從事農(nóng)業(yè)氣象工作。

漢中市氣象局2015年度科研項(xiàng)目(2015HZ-03)

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