2013—2016年天氣形勢(shì)對(duì)北京秋季空氣重污染過(guò)程的影響

高慶先, 李 亮, 馬占云, 黃炳博

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院, 北京 100012 2.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站, 北京 100012 3.南京信息工程大學(xué), 江蘇 南京 210044

2013—2016年天氣形勢(shì)對(duì)北京秋季空氣重污染過(guò)程的影響

高慶先1, 李 亮2, 馬占云1, 黃炳博3

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院, 北京 100012 2.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站, 北京 100012 3.南京信息工程大學(xué), 江蘇 南京 210044

我國(guó)北方秋冬季節(jié)的空氣重污染過(guò)程已經(jīng)成為影響人們生活的重大環(huán)境事件，不僅受到公眾和科研工作者的廣泛關(guān)注，也已成為各地各部門(mén)政策制訂者最為重視的關(guān)鍵問(wèn)題之一. 針對(duì)眾說(shuō)紛紜的空氣重污染過(guò)程的形成機(jī)理、治理方案、控制對(duì)策等，利用2013—2016年秋季(9—11月)中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站公布的逐時(shí)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)對(duì)北京奧體中心站的空氣重污染過(guò)程的演變進(jìn)行了分析. 結(jié)合中國(guó)氣象局發(fā)布的天氣形勢(shì)分析圖，系統(tǒng)地分析了我國(guó)4 a來(lái)秋冬季節(jié)出現(xiàn)大范圍空氣重污染過(guò)程的氣候背景. 結(jié)果表明：秋季我國(guó)東北和華北地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣的空氣重污染過(guò)程，除了排放源的影響之外，天氣形勢(shì)同樣起著重要作用. 2013—2016年秋季北京奧體中心的PM2.5污染狀況仍以優(yōu)良天氣為主，其間中度及以上污染的持續(xù)時(shí)間雖然不長(zhǎng)，但其影響〔高ρ(PM2.5)〕也不容忽視. 秋季北京奧體中心ρ(PM2.5)日均值超標(biāo)(二級(jí))日數(shù)占25.8%，其中2014年最為嚴(yán)重，超標(biāo)日數(shù)達(dá)44 d，占37.4%. 通過(guò)對(duì)空氣重污染過(guò)程與我國(guó)傳統(tǒng)節(jié)氣的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，入秋后我國(guó)北方首次出現(xiàn)持續(xù)48 h以上的空氣重污染過(guò)程分別是在秋分和寒露兩個(gè)節(jié)氣，而最嚴(yán)重的空氣重污染過(guò)程則出現(xiàn)在寒露和霜降兩個(gè)節(jié)氣. 從時(shí)間序列來(lái)看，4 a來(lái)北京奧體中心ρ(PM2.5)沒(méi)有特別顯著的改善，優(yōu)良時(shí)數(shù)占60%左右，而中度以上的污染時(shí)數(shù)則維持在25%左右，但嚴(yán)重污染事件〔ρ(PM2.5)≥250 μgm3〕的有效時(shí)數(shù)則有明顯的變化. 此外，白天污染物的濃度明顯低于夜晚. 研究還發(fā)現(xiàn)，西伯利亞高壓指數(shù)的異常偏低往往會(huì)導(dǎo)致持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣和污染強(qiáng)度強(qiáng)的重度污染事件.

北京； 秋季； 重污染； 天氣形勢(shì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，以及工業(yè)化、城市化、交通運(yùn)輸現(xiàn)代化的突飛猛進(jìn)，化石燃料(如煤、石油、天然氣等)的過(guò)度消耗，導(dǎo)致城市空氣環(huán)境質(zhì)量不斷惡化，空氣污染已成為關(guān)系到人類生存的重大環(huán)境問(wèn)題，引起了世界科學(xué)家的高度關(guān)注[1-3]. 城市空氣污染物的排放及空氣質(zhì)量能否改善已經(jīng)成為目前人們普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題[4-5].進(jìn)入秋冬季節(jié)以后，我國(guó)北方地區(qū)往往會(huì)出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣、污染程度重的空氣重污染過(guò)程，成為影響人們生活的重大環(huán)境事件，不僅受到廣大民眾和科研工作者的關(guān)注，而且成為各地各部門(mén)政策制訂者最為重視的任務(wù)之一.引起媒體熱追，民眾熱議，專家熱談，從空氣重污染過(guò)程的形成過(guò)程、傳輸機(jī)理、影響程度和治理方式等方方面面各抒己見(jiàn)，對(duì)解釋空氣重污染過(guò)程有一定的幫助.李令軍等[6]通過(guò)對(duì)2000—2010年北京空氣重污染過(guò)程的研究指出北京的重污染可分為靜穩(wěn)積累型、沙塵型、復(fù)合型以及特殊型4個(gè)類型.冀翠華等[7]研究了北京空氣污染指數(shù)節(jié)氣分布及其與氣象要素的關(guān)系，得出了ρ(PM10)在不同節(jié)氣的分布.此外還有不少學(xué)者[8-15]針對(duì)不同的空氣重污染過(guò)程展開(kāi)了天氣特征、影響因素、污染變化等方面的研究.張小曳等[16]在分析了霧和霾與氣溶膠的聯(lián)系、維持機(jī)制、污染物構(gòu)成及如何治理等問(wèn)題后指出，我國(guó)污染問(wèn)題的主要原因是污染物的排放，但是，氣象條件對(duì)于污染的形成、分布和維持與變化的作用非常明顯.張人禾等[17]利用資料診斷方法，從大氣環(huán)流背景場(chǎng)和霧霾演變過(guò)程兩個(gè)方面，分析了氣象條件在2013年1月空氣重污染過(guò)程的作用，指出2013年1月東亞冬季風(fēng)異常偏弱是形成空氣重污染過(guò)程的重要成因之一.戴永立等[18]通過(guò)對(duì)2006—2009年4個(gè)重點(diǎn)城市霾天的天氣特征及影響因子進(jìn)行了分析，指出北京能見(jiàn)度變化對(duì)相對(duì)濕度比較敏感.廖曉農(nóng)等[19]在對(duì)北京冬夏季節(jié)霧霾天氣形成機(jī)制和維持機(jī)制的分析，指出冬季和夏季霧-霾過(guò)程出現(xiàn)的天氣背景不同，影響的關(guān)鍵因素也有所差別.冬季在高空西北氣流、低層多短波活動(dòng)的背景下，霧霾形成和維持的主要機(jī)制是邊界層內(nèi)始終有逆溫層、地面弱風(fēng)場(chǎng)、底層濕度逐漸增大的情況，而在夏季，在受副熱帶高壓長(zhǎng)時(shí)間控制下，對(duì)流層低層盛行偏南風(fēng)，北京的ρ(PM2.5)隨著偏南風(fēng)風(fēng)速的增大而升高，氣溶膠的區(qū)域輸送作用明顯，顯示出天氣形勢(shì)對(duì)霧霾天氣形成的作用很重要.廖曉農(nóng)等[20]分析了污染過(guò)程ρ(PM2.5)迅速下降的形成機(jī)制，指出冷空氣活動(dòng)伴隨的強(qiáng)偏北風(fēng)是導(dǎo)致空氣質(zhì)量迅速改善的原因.針對(duì)京津冀空氣污染特征開(kāi)展了大量的研究[21-24].如張建忠等[21]分析了京津冀4次空氣重污染過(guò)程的氣象條件，發(fā)現(xiàn)4次空氣重污染過(guò)程的共同點(diǎn)就是相對(duì)濕度維持高水平，海平面的高壓和低壓位置對(duì)于污染范圍有著明顯的影響.已有的研究對(duì)于揭示空氣重污染過(guò)程的形成、維持、發(fā)展和治理有重要意義.

該研究利用2013—2016年4 a的逐時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，針對(duì)北京奧體中心站開(kāi)展單點(diǎn)的分析評(píng)估，特別選擇秋季(9—11月)作為研究時(shí)段，目的是揭示入秋后北京出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的空氣重污染過(guò)程與天氣氣候背景的關(guān)系，解釋節(jié)氣在空氣重污染過(guò)程形成中的作用，分析近4 a來(lái)大氣污染物的演變特征，包括污染等級(jí)的分布特點(diǎn)等.同時(shí)，結(jié)合天氣形勢(shì)圖和西伯利亞高壓指數(shù)的演變資料，分析氣候背景對(duì)空氣重污染過(guò)程形成、維持和消散的影響.

1 材料與方法

該研究所用的污染監(jiān)測(cè)資料來(lái)自中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)(http:106.37.208.233:20035)發(fā)布的逐小時(shí)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3等. 研究時(shí)間為2013—2016年秋季(9—11月)；氣象數(shù)據(jù)包括中國(guó)氣象局發(fā)布的每日8次的天氣形勢(shì)分析圖(http:m.nmc.cnpublishobservations)，西伯利亞高壓指數(shù)來(lái)自中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心發(fā)布的氣候系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、診斷、預(yù)測(cè)和評(píng)估系統(tǒng)(http:cmdp.ncc-cma.netMonitoringmonsoon.php?ListElem=shidx).

該研究使用的分析方法包括統(tǒng)計(jì)學(xué)的趨勢(shì)分析和相關(guān)分析法，同時(shí)，依據(jù)HJ 663—2013《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》，對(duì)2013—2014年連續(xù)4 a秋季(9—11月)北京奧體中心站逐小時(shí)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)資料開(kāi)展單點(diǎn)環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)，分析其總污染過(guò)程的演變及其日均值達(dá)標(biāo)情況，以GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中表1環(huán)境空氣污染物濃度限值以及HJ 633—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》中的各類污染物等級(jí)劃分和濃度限值為依據(jù)，北京奧體中心站主要污染物達(dá)標(biāo)情況進(jìn)行判斷，計(jì)算其超標(biāo)現(xiàn)象并進(jìn)行評(píng)價(jià).

文中還明確了空氣重污染過(guò)程的定義：空氣重污染過(guò)程是指一個(gè)站點(diǎn)某一種污染物小時(shí)濃度超過(guò)中度污染的限值，并且持續(xù)超過(guò)24 h的污染過(guò)程定義為空氣重污染過(guò)程. 對(duì)PM2.5而言，就是指當(dāng)ρ(PM2.5)小時(shí)均值超過(guò)115 μgm3，并且持續(xù)超過(guò)24 h的污染過(guò)程定義為空氣重污染過(guò)程. 考慮到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的儀器誤差的影響，該研究特別規(guī)定在一個(gè)空氣重污染事件的持續(xù)過(guò)程中，若污染物的濃度出現(xiàn)短暫回落，降至中度污染限值以下〔如ρ(PM2.5)小時(shí)均值在115 μgm3以下〕，但是回落的時(shí)間不超過(guò)5 h又恢復(fù)至重度污染，那么，仍然視其為一個(gè)連續(xù)的污染過(guò)程.

該研究還定義了一個(gè)量化表征影響空氣重污染過(guò)程天氣系統(tǒng)強(qiáng)弱的指標(biāo)，即污染物清除速率，用以表征空氣重污染過(guò)程結(jié)束時(shí)污染物濃度在1 h之內(nèi)的下降情況，可由污染物小時(shí)濃度下降的百分率表示，見(jiàn)式(1).

RE=(ρi-ρi-1)ρi

(1)

式中：RE為污染物的清除速率，%；ρi為重污染結(jié)束時(shí)污染物(污染物濃度小于中度污染對(duì)應(yīng)的濃度限值)的濃度值；ρi-1為重污染過(guò)程結(jié)束后的1 h后污染物的濃度值. 清除速率在某種程度上可以反映出影響重污染過(guò)程天氣系統(tǒng)的強(qiáng)弱.

在分析過(guò)程中，考慮到儀器故障或其他原因，在研究時(shí)段會(huì)出現(xiàn)資料短缺的現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)2013—2014年秋季(9月—11月)北京奧體中心站逐小時(shí)監(jiān)測(cè)資料的分析，ρ(PM2.5)的有效時(shí)數(shù)為2 116 h，占總時(shí)數(shù)(2 184 h)的96.6%，2014年有2 058 h，占94.2%，2015年有2 110 h，占96.6%，2016年有1 950 h，占89.3%. 有效時(shí)數(shù)能夠反映出研究站點(diǎn)ρ(PM2.5)的實(shí)際情況.

2 結(jié)果與討論

2.1 2013—2016年秋季奧體中心污染物演變趨勢(shì)

表1給出了2013—2014年秋季(9—11月)主要污染物日均濃度其超標(biāo)日數(shù)及其平均濃度，表1中的超標(biāo)是指污染物濃度超過(guò)GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn). 從表1可以看出，北京奧體中心2013—2016年秋季的主要超標(biāo)污染物是顆粒物(PM2.5和PM10)，ρ(PM2.5)日均值超標(biāo)日數(shù)平均為39 d，占總?cè)諗?shù)的42.9%，而ρ(PM10)日均值超標(biāo)日數(shù)平均為24d，超標(biāo)日比例為25.8%，超標(biāo)期間ρ(PM2.5)平均值為155.1 μgm3，超標(biāo)期間ρ(PM10)為227.8 μgm3.

2013年出現(xiàn)超標(biāo)的日數(shù)達(dá)到了38 d，超標(biāo)日比例為41.8%，超標(biāo)期間ρ(PM2.5)為144.0 μgm3，最高小時(shí)均值為336 μgm3，ρ(PM10)為211.1 μgm3；2014年出現(xiàn)超標(biāo)的日數(shù)達(dá)到了44 d，是4 a中最高的一年，超標(biāo)日數(shù)比例為48%，超標(biāo)期間ρ(PM2.5)為160.6 μgm3，最高小時(shí)均值為465.0 μgm3，ρ(PM10)為241.3 μgm3；2015年雖然超標(biāo)日數(shù)僅有34 d，超標(biāo)日比例為37.4%，但是2015年卻出現(xiàn)了21 d曝表記錄，ρ(PM2.5)最高達(dá)619.0 μgm3，其超標(biāo)期間ρ(PM2.5)也是4 a來(lái)最高的，為172.3 μgm3，ρ(PM10)為240.9 μgm3，這表示2015年秋季的空氣重污染程度近年來(lái)最為嚴(yán)重的；2016年有41 d超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)日比例為45.1%，期間ρ(PM2.5)為143.3 μgm3，最高ρ(PM2.5)小時(shí)均值高達(dá)452.0 μgm3，ρ(PM10)為218.0 μgm3.從日均值等級(jí)分布來(lái)看，北京奧體中心近4 a來(lái)，空氣質(zhì)量的改善情況并不明顯，4 a間PM2.5超標(biāo)的日數(shù)比例分別是41.8%、48.4%、37.4%和45.1%. 而PM10的超標(biāo)日所占的比例相對(duì)較小，分別是25.3%、36.3%、19.8%和22.0%. 可以看出，2014年顆粒物出現(xiàn)超標(biāo)日數(shù)最多，2015年則為最少，空氣質(zhì)量形勢(shì)不容樂(lè)觀.

在2013—2016年的4 a中，奧體中心站沒(méi)有出現(xiàn)SO2和NO2超標(biāo)的現(xiàn)象，但是在2013年出現(xiàn)5 dρ(SO2)超過(guò)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB 3095—2012)的現(xiàn)象，平均為58.2 μgm3，而ρ(NO2)在4 a間則有平均26 d超過(guò)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，平均濃度為104.3 μgm3.ρ(CO)日均值雖然沒(méi)有出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，但是超過(guò)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)日數(shù)有逐年增加的趨勢(shì).

二十四節(jié)氣(twenty-four solar terms)是按照地球與太陽(yáng)的相對(duì)位置，固定劃分的一種天文、季節(jié)和氣候綜合的歷法，能更細(xì)致地反映中國(guó)四季交替的氣候特征，是中國(guó)古代訂立的一種用來(lái)指導(dǎo)農(nóng)事的補(bǔ)充歷法，是長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的積累和智慧的結(jié)晶. 圖1給出了2013—2014年秋季(9—11月)ρ(PM2.5)逐時(shí)和逐日變化趨勢(shì)，圖中也給出了9—11月的5個(gè)節(jié)氣. 可以看出，進(jìn)入秋季以后,北京奧體中心的重度以上的污染時(shí)間明顯增多，2013—2016年進(jìn)入秋季后首次發(fā)生連續(xù)48 h重度污染時(shí)間分別是2013年9月27日—10月1日(持續(xù)86 h，秋分)、2014年9月5—7日(持續(xù)52 h，白露)、2015年9月15—18日(持續(xù)48 h，白露)和2016年9月30日—10月3日(持續(xù)67 h，秋分)，即在白露和秋分兩個(gè)節(jié)氣北京奧體中心首次出現(xiàn)連續(xù)48 h以上的重度污染時(shí)間，這種現(xiàn)象與入秋之后的天氣氣候背景關(guān)系密切.

表1 2013—2016年秋季(9—11月)主要污染物超標(biāo)日數(shù)及平均質(zhì)量濃度

進(jìn)入秋分時(shí)節(jié)，我國(guó)長(zhǎng)江流域及其以北的廣大地區(qū)，先后進(jìn)入了秋季，日平均氣溫都降到了22 ℃以下. 北方冷氣團(tuán)開(kāi)始具有一定的勢(shì)力，大部分地區(qū)雨季剛剛結(jié)束. 秋分后太陽(yáng)直射的位置移至南半球，北半球得到的太陽(yáng)輻射越來(lái)越少，而地面散失的熱量卻較多，氣溫降低的速度明顯加快；而進(jìn)入白露節(jié)氣后，夏季風(fēng)逐步被冬季風(fēng)所代替，冷空氣南下，往往帶來(lái)一定范圍的降溫幅度. 此時(shí)，我國(guó)北方地區(qū)降水明顯減少，秋高氣爽，比較干燥. 可以看出，白露節(jié)氣前后，我國(guó)季風(fēng)特征發(fā)生轉(zhuǎn)換，此時(shí)冬季風(fēng)剛剛形成，尚未達(dá)到主導(dǎo)強(qiáng)度，而夏季風(fēng)還沒(méi)有完全消弱減退，在這種勢(shì)均力敵的情形下，容易形成不利于污染物擴(kuò)散的氣象條件. 從天氣形勢(shì)和節(jié)氣氣候特點(diǎn)分析，可以看出，進(jìn)入秋季后我國(guó)北方地區(qū)會(huì)出現(xiàn)有利于重污染過(guò)程形成的天氣條件，當(dāng)污染排放達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)形成持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣的空氣重污染過(guò)程.

從持續(xù)時(shí)間上來(lái)看，2013年持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的空氣重污染時(shí)間發(fā)生在秋分之后，持續(xù)了86 h，ρ(PM2.5)平均為202.5 μgm3；2014年重度污染持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的是發(fā)生在2014年10月7—11日，即進(jìn)入寒露之后，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)98 h，ρ(PM2.5)平均高達(dá)291.2 μgm3；2015年重度污染持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的事件發(fā)生在寒露之后，即2015年11月11—15日，持續(xù)出現(xiàn)重度污染99 h，ρ(PM2.5)平均為217.7 μgm3；2016年重度污染持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的事件發(fā)生在寒露之后，即2016年10月12—16日，持續(xù)了84 h，ρ(PM2.5)平均為208.8 μgm3. 可以看出，在寒露之后，霜降之前往往會(huì)出現(xiàn)連續(xù)80 h以上的重度污染事件.

圖1 2013—2016年秋季(9—11月)ρ(PM2.5)逐時(shí)和逐日變化趨勢(shì)Fig.1 The PM2.5 hourly and daily trend during autumn from 2013 to 2016

如果利用每一次空氣重污染過(guò)程的ρ(PM2.5)平均值表示其污染過(guò)程的強(qiáng)弱，可以發(fā)現(xiàn)，最強(qiáng)的空氣重污染事件與最長(zhǎng)的空氣重污染事件并不一定是同一個(gè)污染過(guò)程，如2013年10月27—29日的空氣重污染過(guò)程，雖然持續(xù)時(shí)間只有39 h，但是ρ(PM2.5)平均值高達(dá)269.5 μgm3；2014年最強(qiáng)的空氣重污染過(guò)程和最長(zhǎng)的污染過(guò)程一致，ρ(PM2.5)平均值為291.2 μgm3；2015年的最強(qiáng)的一次重度污染出現(xiàn)在10月4—7日，持續(xù)時(shí)間為80 h，ρ(PM2.5)平均值高達(dá)268.5 μgm3；2016年最強(qiáng)的重度污染過(guò)程則是發(fā)生在2016年11月25—27日，持續(xù)時(shí)間39 h，ρ(PM2.5)平均值高達(dá)277.5 μgm3.

通過(guò)對(duì)2013—2016年秋季空氣重污染過(guò)程的分析可以發(fā)現(xiàn)，北京首次會(huì)出現(xiàn)持續(xù)48 h以上的空氣重污染過(guò)程一般在秋分和白露這兩個(gè)節(jié)氣期間，而持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的空氣重污染過(guò)程和污染程度最高的污染過(guò)程均出現(xiàn)在寒露和霜降這兩個(gè)節(jié)氣.

2.2 2013—2016年秋季奧體中心PM2.5污染等級(jí)評(píng)估

為了指導(dǎo)環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)日?qǐng)?bào)、實(shí)時(shí)報(bào)和預(yù)報(bào)工作，向社會(huì)公眾提供健康的指導(dǎo)，環(huán)境保護(hù)部制定了HJ 633—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》，規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)的分級(jí)方案、計(jì)算方法和環(huán)境空氣質(zhì)量級(jí)別和類別，為了對(duì)北京奧體中心站開(kāi)展研究單點(diǎn)評(píng)估研究，該研究通過(guò)對(duì)2013—2016年秋季北京奧體中心監(jiān)測(cè)站PM2.5的逐時(shí)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行分等級(jí)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)出各等級(jí)出現(xiàn)的時(shí)間和平均濃度.

圖2給出了每年秋季各污染等級(jí)的出現(xiàn)的累計(jì)時(shí)間和平均濃度，可以看出累計(jì)時(shí)間和ρ(PM2.5)平均值呈現(xiàn)反相關(guān)關(guān)系，也即污染等級(jí)高的時(shí)候累計(jì)的時(shí)間相對(duì)較短，說(shuō)明在2013—2016年的4 a中，北京奧體中心的PM2.5污染狀況仍然時(shí)以優(yōu)良天氣為主，但是中度污染以上的累計(jì)時(shí)間雖然不長(zhǎng)，但是其影響〔高ρ(PM2.5)〕也不容忽視.

空氣污染等級(jí)：1—優(yōu)，ρ(PM2.5)≤35 μgm3；2—良好，36 μgm3<ρ(PM2.5)≤75 μgm3；3—輕度污染，76 μgm3<ρ(PM2.5)≤115 μgm3；4—中度污染，116 μgm3<ρ(PM2.5)≤150 μgm3；5—重度污染，151 μgm3<ρ(PM2.5)≤150 μgm3；6—嚴(yán)重污染，ρ(PM2.5)>250 μgm3.圖2 2013—2016年北京奧體中心每年秋季各空氣污染等級(jí)的累計(jì)時(shí)間和ρ(PM2.5)平均值Fig.2 The accumulate time and average concentration of PM2.5 for different pollution grade during autumn from 2013 to 2016 in Beijing Olympic Sports Center

從逐時(shí)ρ(PM2.5)分級(jí)情況(見(jiàn)表2)來(lái)看，2013—2016年4 a間北京奧體中心空氣質(zhì)量出現(xiàn)優(yōu)〔ρ(PM2.5)≤35 μgm3〕和良〔ρ(PM2.5)為36～75 μgm3〕限值的有效時(shí)數(shù)分別占總有效時(shí)數(shù)的57.9%、52.7%、63.1%和57.2%；ρ(PM2.5)超過(guò)中度污染濃度限值(115 μgm3)的有效時(shí)數(shù)分別為26.4%、29.9%、25.4%和27.6%. 從時(shí)間序列來(lái)看，這4年北京奧體中心ρ(PM2.5)變化沒(méi)有顯著改善，優(yōu)良時(shí)數(shù)的比例在60%左右，而中度以上的污染時(shí)數(shù)則維持在25%左右. 但是嚴(yán)重污染事件〔ρ(PM2.5)≥250 μgm3〕的有效時(shí)數(shù)則有明顯變化，2013年和2016年均約為5%，2014年和2015年則均達(dá)9%左右，這種年際間的差異與當(dāng)年的天氣背景有密切關(guān)系.

通過(guò)分析每次持續(xù)時(shí)間超過(guò)24 h空氣重污染過(guò)程的強(qiáng)弱發(fā)現(xiàn)，2013—2016年發(fā)生持續(xù)時(shí)間超過(guò)24 h的空氣重污染事件的次數(shù)分別為9、9、8和10次，其累計(jì)時(shí)間分別為441、444、460和393 h，四者占總時(shí)數(shù)的20%左右.

表2 2013—2016年秋季北京奧體中心站空氣污染分級(jí)情況

圖3 2013—2016年秋季北京奧體中心持續(xù)24 h以上空氣重污染過(guò)程持續(xù)時(shí)間和清除速率Fig.3 The accumulate time and clearance rate of heavy pollution process during autumn from 2013 to 2016 in Beijing Olympic Sports Center

根據(jù)式(1)，選擇PM2.5作為研究對(duì)象，計(jì)算ρ(PM2.5)的清除速率. 圖3給出了2013—2016年每年出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間在24 h以上空氣重污染過(guò)程的持續(xù)時(shí)間和清除速率. 由圖3可以看出，每次污染過(guò)程的持續(xù)時(shí)間和清除速率并不一致，這反映出每次過(guò)程影響系統(tǒng)的不同. 這也可以從每次過(guò)程結(jié)束時(shí)污染物清除速率變化幅度得到反映，最低的清除速率只有1.7%，而最高的清除速率可達(dá)99.0%.

2.3 節(jié)氣與區(qū)域空氣重污染分析

通過(guò)上述對(duì)北京奧體中心開(kāi)展的單點(diǎn)環(huán)境空氣質(zhì)量分析可以看出，節(jié)氣對(duì)重度污染過(guò)程有著明顯的影響，特別是進(jìn)入寒露和霜降之后在我國(guó)北方會(huì)出現(xiàn)范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)和強(qiáng)度強(qiáng)的區(qū)域性空氣重污染過(guò)程. 圖4給出了2013—2016年每年寒露和霜降的ρ(PM2.5)空間分布.圖4顯示，每年的寒露(10月7日或8日)和霜降(每年10月22日或23日)之后，在我國(guó)東北或華北均會(huì)出現(xiàn)大范圍的空氣重污染過(guò)程，這些過(guò)程是經(jīng)歷夏季空氣質(zhì)量相對(duì)優(yōu)良季節(jié)之后出現(xiàn)，往往會(huì)受到媒體和老百姓的廣泛關(guān)注，“霧霾”這一話題又開(kāi)始頻繁出現(xiàn)在各種媒體上，對(duì)老百姓的身心健康產(chǎn)生不利的影響. 然而，通過(guò)對(duì)這種大范圍的區(qū)域空氣重污染發(fā)生和氣候背景的分析可以看出天氣背景的影響不容忽視.

圖4 2013—2016年寒露和霜降節(jié)氣的ρ(PM2.5)空間分布Fig.4 The spatial distribution of PM2.5 during Cold Dew solar terms and First Frost solar terms from 2013 to 2016

霜降節(jié)氣，天氣漸冷，開(kāi)始有霜.黃河流域一帶出現(xiàn)初霜，大部分地區(qū)多忙于播種三麥等作物. 防霜措施：早種，錯(cuò)開(kāi)晚秋霜凍；選種，選用早熟高產(chǎn)品種；澆水，因?yàn)楦赏帘葷裢辽峥?；熏煙，可在小范圍?nèi)形成保溫云層，減輕凍害；鋤地，可提高地溫；施肥，施腐植酸鈉或磷肥，使作物提前成熟；改變，植樹(shù)造林，可調(diào)節(jié)氣溫，徹底改變環(huán)境. 可見(jiàn)在霜降前后廣大的農(nóng)區(qū)，特別是東北地區(qū)焚燒秸稈以減輕凍害很常見(jiàn)，期間秸稈焚燒釋放的大量污染物在不利的天氣氣候背景下，容易形成大范圍重度污染過(guò)程.

如2013年10月20日黑龍江、吉林和遼寧三省形成嚴(yán)重霧霾天氣. 黑龍江省內(nèi)的全部高速路封閉，同時(shí)，哈爾濱機(jī)場(chǎng)和學(xué)校關(guān)閉3 d.哈爾濱監(jiān)測(cè)的ρ(PM2.5)小時(shí)均值高達(dá)1 000 μgm3，能見(jiàn)度降至50 m，造成航班延誤以及2 000多所學(xué)校停課.2013年10月22日，北京、天津和河北分別發(fā)布了各自的空氣污染應(yīng)急預(yù)案，京津冀治污首次實(shí)現(xiàn)同步.

2013年10月28日，我國(guó)中東部20余個(gè)省區(qū)市出現(xiàn)霧霾天氣. 根據(jù)06:00時(shí)監(jiān)測(cè)ρ(PM2.5)顯示，北京、天津、河北、山西、陜西及河南等部分地區(qū)出現(xiàn)了中度或重度污染現(xiàn)象.

2013年10月我國(guó)中東部大部地區(qū)霧霾日數(shù)較常年同期偏多5～10 d，局部偏多10 d以上.

2.4 影響空氣重污染事件的氣候背景分析

通過(guò)上述分析可以看出，每年秋季特別是進(jìn)入寒露和霜降節(jié)氣，我國(guó)北方地區(qū)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣、污染強(qiáng)度強(qiáng)的空氣重污染過(guò)程，這種污染過(guò)程的形成，除了污染物的排放外，不容忽視的一個(gè)重要影響因子就是這段時(shí)期的天氣氣候背景.

從氣象學(xué)來(lái)講，秋季在我國(guó)境內(nèi)活動(dòng)的氣團(tuán)是以變性的西伯利亞氣團(tuán)為主導(dǎo)，熱帶氣團(tuán)退居?xùn)|南海上，我國(guó)東部地區(qū)處在單一氣團(tuán)控制下. 秋季我國(guó)大氣環(huán)流的總體形勢(shì)：進(jìn)入秋季，副熱帶高壓開(kāi)始減弱并南撤，脊線退回到25°N～30°N，海上高壓中心向東南方移去. 地面上北方冷空氣勢(shì)力加強(qiáng)，冷高壓活動(dòng)在蒙古國(guó)一帶，地面熱低壓漸漸消失，各地的冷空氣活動(dòng)增多[25].

西伯利亞高壓是東亞季風(fēng)的主要成員之一，對(duì)全球大氣環(huán)流特別是東亞季風(fēng)有重要影響[26]，已有研究往往集中在西伯利亞對(duì)氣溫、海溫和北極濤動(dòng)等因子的影響，分析西伯利亞高壓與空氣重污染過(guò)程的研究不多. 利用中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心(http:cmdp.ncc-cma.netMonitoring)發(fā)布的西伯利亞高壓指數(shù)(Siberian High Index)數(shù)據(jù)，選取2013—2016年秋季3 m的西伯利亞高壓指數(shù)，對(duì)比同期北京奧體中心站監(jiān)測(cè)的ρ(PM2.5)日均值演變，以便分析二者之間的關(guān)系. 從2013—2016年秋季西伯利亞高壓指數(shù)及氣候態(tài)的日變化趨勢(shì)〔見(jiàn)圖5(a)〕以及同期北京奧體中心ρ(PM2.5)日均值演變趨勢(shì)〔見(jiàn)圖5(b)〕可以看出，最近4年西伯利亞高壓指數(shù)比氣候態(tài)偏低的日數(shù)多于偏高的日數(shù)，特別是2013年和2014年，偏低日數(shù)分別占總?cè)諗?shù)的65.9%和63.7%. 2015年和2016年偏高日數(shù)和偏低日數(shù)基本相當(dāng)，但是2015年偏低的幅度明顯高于偏高的幅度，2016年則是明顯偏高. 西伯利亞高壓的這種異常變化對(duì)空氣重污染過(guò)程的影響非常明顯，對(duì)比北京同期奧體中心ρ(PM2.5)日均值的變化與西伯利亞高壓的變化可以發(fā)現(xiàn)，奧體中心出現(xiàn)連續(xù)空氣重污染過(guò)程均出現(xiàn)在西伯利亞高壓強(qiáng)度較氣候平均值偏弱的時(shí)段，因?yàn)槲鞑麃喐邏浩?，則顯示月內(nèi)冬季風(fēng)活動(dòng)不活躍，擴(kuò)散條件相對(duì)較弱，易于污染物的累積從而形成重度污染.結(jié)合前文分析近4年來(lái)重度污染過(guò)程的起止時(shí)間、持續(xù)長(zhǎng)短和強(qiáng)度高低，可以看出，2013—2016年最早出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間超過(guò)48 h的空氣重污染過(guò)程均出現(xiàn)在西伯利亞高壓指數(shù)明顯偏低氣候態(tài)的時(shí)段，如2013年9月27日—2013年10月1日(持續(xù)86 h)，2014年9月5—7日(持續(xù)52 h)，2015年9月15—18日(持續(xù)48 h)，2016年9月30日—2016年10月3日(持續(xù)67 h). 2014年10月7—11日發(fā)生了持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)98 h的重度污染事件，2015年11月11—15日發(fā)生了持續(xù)99 h的重度污染事件，2016年10月12—16日發(fā)生了持續(xù)84 h的重度污染事件，這些事件的發(fā)生均出現(xiàn)在西伯利亞高壓指數(shù)偏低氣候態(tài)的時(shí)段. 由此可見(jiàn)，西伯利亞高壓指數(shù)的異常偏低往往會(huì)導(dǎo)致我國(guó)北方地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣和污染強(qiáng)度強(qiáng)的重度污染事件.

圖5 2013—2016年西伯利亞高壓指數(shù)和同期北京奧體中心ρ(PM2.5)日均值比較Fig.5 The Siberian high pressure index and PM2.5 daily average value in Beijing Olympic Sports Center from 2013 to 2016

3 結(jié)論

a) 天氣氣候背景對(duì)秋季空氣重污染過(guò)程的形成、維持和消亡起著重要的作用，在污染物排放量高、污染物排放源復(fù)雜的情況下，天氣氣候背景成為形成持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣和污染程度高的空氣重污染過(guò)程的主要驅(qū)動(dòng)因素.

b) 秋季空氣重污染過(guò)程的形成與節(jié)氣有著密切的關(guān)系，北京入秋之后最早出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間超過(guò)48 h的空氣重污染過(guò)程一般發(fā)生在白露和秋分這兩個(gè)節(jié)氣，而持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、污染程度最高的空氣重污染過(guò)程則會(huì)出現(xiàn)在寒露和霜降這兩個(gè)節(jié)氣.

c) 2013—2016年秋季的主要超標(biāo)污染物是顆粒物(PM2.5和PM10)，ρ(PM2.5)日均值超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)日數(shù)平均為39 d，超標(biāo)日比例為日數(shù)42.9%；而ρ(PM10)日均值出現(xiàn)超標(biāo)(二級(jí)標(biāo)準(zhǔn))日數(shù)平均為24 d，超標(biāo)日比例為25.8%；超標(biāo)期間ρ(PM2.5)、ρ(PM10)平均值分別為155.1、227.8 μgm3.

d) 2013—2016年秋季奧體中心站未出現(xiàn)ρ(SO2)和ρ(NO2)超標(biāo)的現(xiàn)象，但是在2013年ρ(SO2)超過(guò)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)5 d，平均濃度為58.2 μgm3；而ρ(NO2)在4 a間平均26 d超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，ρ(NO2)平均值為104.3 μgm3；ρ(CO)日均值雖然沒(méi)有出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，但是超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)日數(shù)有逐年增加的趨勢(shì).

e) 2013—2016年北京奧體中心ρ(PM2.5)年均值變化不顯著，優(yōu)良時(shí)數(shù)的比例在60%左右，而中度及以上的污染時(shí)數(shù)則維持在25%左右. 但是嚴(yán)重污染事件〔ρ(PM2.5)≥250 μgm3〕的有效時(shí)數(shù)則有明顯變化，2013年和2016年約占5%，2014年和2015年則達(dá)9%左右，這種年際間的差異與當(dāng)年的天氣背景有密切關(guān)系.

f) 2013—2016年最早出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間超過(guò)48 h的空氣重污染過(guò)程均出現(xiàn)在西伯利亞高壓指數(shù)明顯偏低氣候態(tài)的時(shí)段，西伯利亞高壓指數(shù)的異常偏低往往會(huì)導(dǎo)致我國(guó)北方地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣和污染強(qiáng)度強(qiáng)的重度污染事件，反映了天氣與氣候背景對(duì)空氣重污染過(guò)程的影響.

[1] JACOB D J,WINNER D A. Effect of climate change on air quality[J].Atmospheric Environment,2015,43(1):51-63.

[2] SORET A,GUEVARA M,BALDASANO J M. The potential impacts of electric vehicles on air quality in the urban areas of Barcelona and Madrid (Spain) [J]. Atmospheric Environment,2014,99:51-63.

[3] PARRISH D D,SINGH H B,MOLINA L,etal. Air quality progress in North American megacities:a review[J]. Atmospheric Environment,2011,45(39):7015-7025.

[4] GUTTIKUNDA S K,KOPAKKA R V. Source emissions and health impacts of urban air pollution in Hyderabad,India[J]. Air Quality Atmosphere & Health,2013,7(2):195-207.

[5] SINGH K P,GUPTA S,RAI P. Identifying pollution sources and predicting urban air quality using ensemble learning methods[J].Atmospheric Environment,2013,80(6):426-437.

[6] 李令軍,王英,李金香,等.2000—2010北京大氣重污染研究[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2012,32(1):23-30. LI Lingjun,WANG Ying,LI Jinxiang.The analysis of heavy airpollution in Beijing during 2000-2010[J].China Environmental Science,2012,32(1):23-30.

[7] 冀翠華,王式功,王敏珍,等.2001—2012年北京市空氣污染指數(shù)節(jié)氣分布及其與氣象要素的關(guān)系[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2014,30(6):108-114． JI Cuihua,WANG Shigong,WANG Minzhen,etal.API characteristics and its relationships with meteorological factors in different solar terms from 2001 to 2012 in Beijing[J].Journal of Meteorology and Environment,2014,30(6):108-114．

[8] 廖志恒,孫家仁,范紹佳,等.2006—2012年珠三角地區(qū)空氣污染變化特征及影響因素[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2015,35(2):329-336. LIAO Zhiheng,SUN Jiaren,FAN Shaojia,etal.Variation characteristics and influencing factors of air pollution in Pearl River Delta area from 2006 to 2012[J].China Environmental Science,2015,35(2):329-336.

[9] 高慶先,劉俊蓉,王寧,等.APEC期間北京及周邊城市AQI區(qū)域特征及天氣背景分析[J].環(huán)境科學(xué),2015,36(11):3952-3960. GAO Qingxian,LIU Junrong,WANG Ning,etal.Analysis on regional characteristics of air quality index and weather situation in Beijing and its surrounding cities during the APEC [J]．Environmental Science,2015,36(11):3952-3960.

[10]高歌.1961—2005年中國(guó)霾日氣候特征及變化分析[J].地理學(xué)報(bào),2008,63(7):761-768. GAO Ge.The climatic characteristics and change of haze days over China during 1961-2005[J].Acta Geographica Sinica,2008,63(7):761-768.

[11]劉香娥,何暉,賈星燦,等.北京一次污染天氣過(guò)程特征的數(shù)值模擬[J].氣象,2016,42(9):1096-1104. LIU Xiange,HE Hui,JIA Xingcan,etal.Numerical simulation of a pollution event in Beijing[J].Meteorological Monnthly,2016,42(9):1096-1104.

[12]張雅斌,林琳,吳其重,等.“13-12”西安重污染氣象條件及影響因素[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2016,27(1):35-46. ZHANG Yabin,LIN lin,WU Qizhong,etal.Meteorological conditions and impact factors of a heavy air pollution process at Xi′an in December 2013[J].Journal of Applied Meteorological Science,2016,27(1):35-46.

[13]賈海鷹,程念亮,何友江,等.2014年春季山東省PM2.5跨界輸送研究[J].環(huán)境科學(xué),2015,36(7):2353-2360. JIA Haiying,CHENG Nianliang,HE Youjiang,etal.Numerical study on the characteristics of regional transport of PM2.5in Shandong Province during spring in 2014[J].Environmental Science,2015,36(7):2353-2360.

[14]程念亮,李云婷,張大偉,等.2013年1月北京市一次空氣重污染成因分析[J].環(huán)境科學(xué),2015,36(4):1154-1163. CHENG Nianliang,LI Yunting,ZHANG Dawei,etal.Formation mechanism of a serious pollution event in January 2013 in Beijing[J].Environmental Science,2015,36(4):1154-1163.

[15]趙普生,徐曉峰,孟偉,等.京津冀區(qū)域霾天氣特征[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2012,32(1):31-36. ZHAO Pusheng,XU Xiaofeng,MENG Wei,etal.Characteristics of hazy days in the region of Beijing,Tianjin,and Hebei[J].China Environmental Science,2012,32(1):31-36.

[16]張小曳,孫俊英,王亞強(qiáng),等.我國(guó)霧霾成因及其治理的思考[J].科學(xué)通報(bào),2013,58(13):1178-1187. ZHANG Xiaoye,SUN Junying,WANG Yaqiang,etal.Factors contributing to haze and fog in China [J].Chinese Science Bulletin,2013,58(13):1178-1187.

[17]張人禾,李強(qiáng),張若楠.2013年1月中國(guó)東部持續(xù)性強(qiáng)霧霾天氣產(chǎn)生的氣象條件分析[J].中國(guó)科學(xué):地球科學(xué),2014,44(1):27-36. ZHANG Renhe,LI Qiang,ZHANG Ruonan.Meteorological conditions for the persistent severe fog and haze event over eastern China in January 2013[J].Science China: Earth Science, 44(1):27-36.

[18]戴永立,陶俊,林澤健,等.2006—2009年我國(guó)超大城市霾天氣特征及影響因子分析[J].環(huán)境科學(xué),2013,34(8):2925-2932. DAI Yongli,TAO Jun,LIN Zejian,etal.Characteristics of haze and its impact factors in four megacities in China during 2006-2009[J].Environmental Science,2013,34(8):2925-2932.

[19]廖曉農(nóng),張小玲,王迎春,等.北京地區(qū)冬夏季持續(xù)性霧-霾發(fā)生的環(huán)境氣象條件對(duì)比分析[J].環(huán)境科學(xué),2014,35(6):2031-2044. LIAO Xiaonong,ZHANG Xiaoling,WANG Yingchun,etal.Comparative analysis on meteorological condition for persistent haze cases in summer and winter in Beijing[J].Environmental Science,2014,35(6):2031-2044.

[20]廖曉農(nóng),孫兆彬,何娜,等.邊界層低空急流導(dǎo)致北京PM2.5迅速下降及其形成機(jī)制的個(gè)例分析[J].環(huán)境科學(xué),2016,37(1):51-59. LIAO Xiaonong,SUN Zhaobin,HE Na,etal.A case study on the rapid cleaned away of PM2.5pollution in Beijing related with BL jet and its mechanism[J].Environmental Science,2016,37(1):51-59.

[21]張建忠,李坤玉,王冠嵐,等.京津冀4次重度污染過(guò)程的氣象要素分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué),2016,39(1):19-25. ZHANG Jianzhong,LI Kunyu,WANG Guanlan,etal.Meteorological element analysis of four severe pollution processes in Beijing-Tianjin-Hebei Region[J].Meteorological and Environmental Sciences,2016,39(1):19-25.

[22]繆育聰,鄭亦佳,王姝,等.京津冀地區(qū)霾成因機(jī)制研究進(jìn)展與展望[J].氣候與環(huán)境研究,2015,20(3):356-368. MIAO Yucong,ZHENG Yijia,WANG Shu,etal.Recent advances in,and future prospects of,research on haze formation over Beijing-Tianjin-Hebei,China[J].Climatic and Environmental Research,2015,20(3):356-368.

[23]李德平,程興宏,于永濤,等.北京地區(qū)三級(jí)以上污染日的氣象影響因子初步分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2010,26(3):7-13. LI Deping,CHENG Xinghong,YU Yongtao,etal.Effects of meteorological factors on air quality above the third grade pollution in Beijing[J].Journal of Meteorology and Environment,2010,26(3):7-13.

[24]李文杰,張時(shí)煌,高慶先,等.京津石三市空氣污染指數(shù)(API)的時(shí)空分布特征及其與氣象要素的關(guān)系[J].資源科學(xué),2012,34(8):1392-1400. LI Wenjie,ZHANG Shihuang,GAO Qingxian,etal.Relationship between temporal-spatial distribution pattern of air pollution index and meteorological elements in Beijing,Tianjin and Shijiazhuang[J].Resources Science,2012,34(8):1392-1400.

[25]朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.天氣學(xué)原理和方法(修訂本)[M].北京:氣象出版社,1992.

[26]侯亞紅,楊修群,李剛,等.西伯利亞高壓特征指數(shù)及其變率分析[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),2008,31(3):326-330. HOU Yahong,YANG Xiuqun,LI Gang,etal.Four indexes and their change rates of siberian high[J].Journal of Nanjing Institute of Meteorology,2008,31(3):326-330.

[27]王敬,畢曉輝,馮銀廠,等.烏魯木齊市重污染期間PM2.5污染特征與來(lái)源解析[J].環(huán)境科學(xué)研究,2014,27(2):113-119. WANG Jing,BI Xiaohui,FENG Yinchang,etal.Pollution characteristics and source apportionment of PM2.5during heavy pollution process in Urumchi City[J].Research of Environmental Sciences,2014,27(2):113-119.

[28]高慶先,李亮,黃炳博,等.2014年北京奧體中心空氣質(zhì)量演變特征[J].環(huán)境科學(xué)研究,2016,29(4):465-474. GAO Qingxian,LI Liang,HUANG Bingbo,etal.Analysis of air quality at Beijing Olympic Sports Center in 2014[J].Research of Environmental Sciences,2016,29(4):465-474．

[29]王叢梅,楊永勝,李永占,等.2013年1月河北省中南部嚴(yán)重污染的氣象條件及成因分析[J].環(huán)境科學(xué)研究,2013,26(7):695-702. WANG Congmei,YANG Yongsheng,LI Yongzhan,etal.Analysis on the meteorological condition and formation mechanism of serious pollution in South Hebei Province in January 2013[J].Research of Environmental Sciences,2013,26(7):695-702.

The Impacts of Synoptic Situation on Heavy Pollution Process in Autumn in Beijing during 2013- 2016

GAO Qingxian1, LI Liang2, MA Zhanyun1, HUANG Bingbo3

1.Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 2.China National Environmental Monitoring Center, Beijing 100012, China 3.Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China

Heavy pollution has become a major environmental event affecting people′s lives in North China during autumn and winter. Not only an increasing number of the public and research workers but also all localities and departments pay attention to heavy pollution. According to the heavy pollution public opinions are divergent. formation mechanism, control scheme, control measures, air quality monitoring data released by Chinese Environmental Monitoring Center between 2013 and 2016 in autumn was analyzed, which focus on the evolution of heavy pollution in Beijing Olympic Sports Center station. Combined with the synoptic situation released by China Meteorological Administration, we carried out systematic analysis of the 4 years autumn season east wide range of heavy pollution process in our country′s weather and climate background, pointed out that the heavy pollution process lasted for a long time, the impact of a wide range of autumn in Northeast and North China, in addition to the impact of emission sources, the weather situation also plays an important role. PM2.5pollution situation of Beijing Olympic Sports Center is still in good weather, but the duration of moderate pollution although not long, but its influence (highρ(PM2.5)) could not be ignored. 2013- 2016 in the autumn of Beijing Olympic Sports Center (PM2.5) the average daily values exceed the standard (level two), the proportion was 25.8%, 2014 was the most serious, exceed the standard number of days up to 44 days, exceed the standard rate of 37.4%. By comparison of the heavy pollution process and China′s traditional solar term analysis, after the fall of North China for the first time more than 48 hours of heavy pollution in autumnal equinox and cold dew two solar term, and heavy pollution in the most serious appear in the cold dew and first frost two solar term. From the time series, the 4 year of the Beijing Olympic Sports Centerρ(PM2.5) did not change dramatically so excellent, when the ratio of the number of around 60%, and moderate pollution when the number is maintained at about 25%. But the serious pollution incidents (≥250 μgm3) the effective hours are obvious changes. In addition, daytime pollutant concentrations were significantly lower than night. The study also pointed out that abnormally low Siberia high pressure index often leads to serious pollution events with long duration, wide influence and strong pollution intensity.

Beijing; autumn; heavy pollution; synoptic situation

2016- 12- 14

2016- 12- 29

北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(8161004)

高慶先(1962-)，男，山西太原人，研究員，博士，主要從事氣候變化及大氣環(huán)境研究，gaoqx@craes.org.cn.

X513

1001- 6929(2017)02- 0173- 11

A

10．13198j．issn．1001- 6929．2017．01．71

高慶先,李亮,馬占云,等.2013—2016年天氣形勢(shì)對(duì)北京秋季空氣重污染過(guò)程的影響[J].環(huán)境科學(xué)研究,2017,30(2):173- 183

GAO Qingxian,LI Liang,MA Zhanyun,etal.The impacts of synoptic situation on heavy pollution process in autumn in Beijing during 2013- 2016[J].Research of Environmental Sciences,2017,30(2):173- 183