2016年西安市氣象條件對(duì)大氣污染影響評(píng)價(jià)

杜怡心，胡 琳，王 琦，張 俠，吳素良

(陜西省氣候中心，西安 710014)

近些年來，中國(guó)華北地區(qū)大氣污染受到廣泛關(guān)注。陜西省關(guān)中平原一帶的大氣污染問題也顯現(xiàn)出來。關(guān)中地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，工業(yè)發(fā)展以及交通運(yùn)輸產(chǎn)生的大氣污染物較多。西安市地處關(guān)中平原中部，南有秦嶺山區(qū)，北有黃土高原，南北兩側(cè)地勢(shì)較高，風(fēng)在不同程度上會(huì)受到地形阻擋而減弱，大氣污染物擴(kuò)散能力弱，垂直擴(kuò)散能力也只有在對(duì)流旺盛的春夏季隨著對(duì)流加深才有明顯的清除作用。西安地區(qū)空氣污染問題已引起政府部門高度重視，西安市“十三五”規(guī)劃中明確提出大力推進(jìn)治污減霾工作[1]。當(dāng)污染源狀況保持相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，氣象條件對(duì)大氣污染物的擴(kuò)散就有著重要的影響。本文通過與2015年進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)西安市2016年氣象條件的變化及對(duì)大氣污染的影響，為有效控制大氣污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料來源

氣象資料選取2015—2016年西安市涇河站氣溫、降水、風(fēng)速逐日觀測(cè)資料；空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采用西安市環(huán)境監(jiān)測(cè)站2015—2016年全市平均逐日AQI資料。

2 西安空氣質(zhì)量與2015年比較

2016年，西安優(yōu)良天數(shù)194 d，較2015年減少60 d，各污染級(jí)別日數(shù)均明顯高于2015年[2](表1)。PM10年平均質(zhì)量濃度為138 μg/m3，PM2.5年平均質(zhì)量濃度為70 μg/m3，較2015年分別上升9.3%和23%。西安污染日的主要污染物為PM2.5、PM10和O3。PM2.5和PM10作為首要污染物的污染日數(shù)分別為92 d和43 d，較2015年分別增加47 d和1 d；O3作為首要污染物的污染日數(shù)為37 d，較2015年增加17 d。PM2.5和PM10污染主要出現(xiàn)在秋冬季，O3污染主要出現(xiàn)在夏季。

表1 西安市2015—2016年空氣質(zhì)量級(jí)別統(tǒng)計(jì)表 d

3 大氣環(huán)境氣象條件與2015年對(duì)比分析

3.1 降水日數(shù)、有效降水日數(shù)和年降水量

2016年降水日數(shù)、有效降水日數(shù)(日降水量≥2.0 mm)和年降水量較2015年分別減少15 d、2 d和100.9 mm(表2)。其中3月、4月和9月降水量減少最多，分別減少36.7 mm、67.2 mm和77.6 mm，導(dǎo)致有效降水日數(shù)也分別降低4 d、6 d和6 d，污染日數(shù)增加了12 d、9 d和10 d。表明2016年降水對(duì)于污染物的清除作用明顯減弱。

表2 西安市2015—2016年降水情況

降水對(duì)污染物具有沖刷作用，研究表明降水強(qiáng)度越大、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)污染物的沖刷作用越明顯[3-9]。2016年5月西安出現(xiàn)5次降水過程，伴隨著每次降水過程，AQI值均有明顯下降。其中5月7日降水5.6 mm后，AQI值從113降至72；5月13—14日持續(xù)降水34.4 mm后，AQI值從195降至47。11月兩次降水過程也分別帶來明顯的空氣質(zhì)量由中重度污染轉(zhuǎn)為優(yōu)良的變化。11月6—7日持續(xù)降水14.5 mm后AQI值從210降至68，21—22日持續(xù)降水18.9 mm后AQI值從173降至42。冬季降雪對(duì)污染物清除也起著非常重要的作用。2016年1月31日冷空氣活動(dòng)帶來大范圍降雪，西安降水量6.8 mm，對(duì)污染物沖刷作用明顯，空氣質(zhì)量迅速?gòu)?0日12時(shí)的重度污染(AQI值221)轉(zhuǎn)為31日11時(shí)的優(yōu)(AQI值45)(圖1)。

圖1 西安市2016年1月風(fēng)速、氣溫、降水與AQI指數(shù)日變化

3.2 秋冬季大氣水平擴(kuò)散能力

風(fēng)速代表大氣水平擴(kuò)散能力，大風(fēng)有利于污染物的擴(kuò)散，從而降低污染物質(zhì)量濃度，尤其在PM2.5和PM10污染嚴(yán)重而降水較少的秋冬季，但在春季，大風(fēng)有可能造成揚(yáng)塵，增加大氣中較大顆粒物的質(zhì)量濃度，形成沙塵天氣[7，9-11]。

2016年年平均風(fēng)速和2015年相當(dāng)，均為2.3 m/s，小風(fēng)日數(shù)(日平均風(fēng)速<1.5 m/s)有一定減少(表3)。考慮到每年的重度及以上污染基本都出現(xiàn)在1—2月、10—12月，此時(shí)風(fēng)速對(duì)以PM2.5為主的污染物擴(kuò)散有很大作用，對(duì)這5個(gè)月進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，可明顯看出風(fēng)速所代表的大氣水平擴(kuò)散能力的變化。2016年秋冬季平均風(fēng)速為2.0 m/s，較2015年2.2 m/s有明顯偏小，較全年平均風(fēng)速也明顯偏小，說明大氣水平擴(kuò)散能力在秋冬季較差。

2016年11—12月污染日數(shù)52 d，遠(yuǎn)多于2015年同期的27 d，其中重度及以上污染日數(shù)達(dá)27 d，2015年僅11 d。在2016年12月7—21日中度及以上污染持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的過程中，涇河站日平均風(fēng)速持續(xù)偏小，18日最小，僅0.7 m/s，較常年12月平均風(fēng)速(2.0 m/s)明顯偏小，導(dǎo)致18—20日出現(xiàn)持續(xù)3 d嚴(yán)重污染天氣，AQI最大值達(dá)458。受冷空氣過程影響，21日風(fēng)速明顯增大，22日 AQI值下降至100，空氣質(zhì)量由嚴(yán)重污染轉(zhuǎn)為良。

表3 西安市2015—2016年平均風(fēng)速和小風(fēng)日數(shù)

3.3 冷空氣活動(dòng)

冷空氣活動(dòng)頻繁時(shí)，會(huì)帶來降水和大風(fēng)天氣，有利于污染物的清除和水平擴(kuò)散，從而降低污染物濃度。從冷空氣活動(dòng)次數(shù)來看，2016年出現(xiàn)8次，較2015年減少5次(表4)。從冷空氣強(qiáng)度來看，2016年出現(xiàn)降溫幅度達(dá)4～6 ℃的中等強(qiáng)度冷空氣活動(dòng)5次，超過6 ℃的強(qiáng)冷空氣活動(dòng)3次，較2015年中等強(qiáng)度的冷空氣活動(dòng)減少8次，強(qiáng)冷空氣增加3次。2016年1—3月西安出現(xiàn)5次中等強(qiáng)度及以上冷空氣過程，其中1月1次，2月3次，3月1次，與2015年比冷空氣活動(dòng)次數(shù)(9次)偏少，污染日數(shù)偏多17 d。2016年雖然強(qiáng)冷空氣次數(shù)有所增加，但整體活動(dòng)次數(shù)偏少，造成降水偏少，風(fēng)速偏小，靜穩(wěn)天氣增多，不利于污染物擴(kuò)散，污染物累積效應(yīng)持續(xù)增強(qiáng)。

表4 2015—2016年1—3月、11—12月西安市冷空氣活動(dòng)情況

3.4 臭氧污染

已有研究表明，近地面大氣中的臭氧污染主要是由氮氧化合物和揮發(fā)性有機(jī)物經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。溫度越高，紫外線輻射量越多，濕度越低，越有利于臭氧污染的形成和積累[12-13]。

臭氧作為首要污染物第一次出現(xiàn)的日期為2016年為4月30日，較2015年5月23日提前較多。2016年臭氧作為首要污染物的日數(shù)為37 d，較2015年增加17 d。5月降水較多，空氣較潔凈，通透性好，太陽(yáng)輻射逐漸增強(qiáng)，有利于光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧。隨著陜西省治污減霾工作力度的不斷加大，空氣中顆粒物大幅減少，對(duì)紫外線的吸收作用降低，紫外線強(qiáng)度增加，臭氧質(zhì)量濃度隨之上升。

6月西安11—13日、17—20日、28—29日出現(xiàn)3次臭氧作為首要污染物的持續(xù)污染過程，較2015年6月增加了12 d，其中17—20日出現(xiàn)持續(xù)中度污染，空氣相對(duì)濕度28%～46%，平均氣溫31.1 ℃，最高氣溫37.6 ℃，天氣晴朗，云量少，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，有利于臭氧生成(表5)。

4 結(jié)論

(1)2016年，西安空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)194 d，較2015年減少60 d，空氣質(zhì)量較差。PM2.5和PM10作為首要污染物的污染日數(shù)分別為92 d和43 d，O3為37 d。PM2.5和PM10作為首要污染物主要出現(xiàn)在秋冬季，O3主要出現(xiàn)在夏季。

(2)2016年降水日數(shù)、有效降水日數(shù)和年降水量較2015年減少，其中3月、4月和9月降水量和有效降水日數(shù)減少最多，導(dǎo)致污染日數(shù)共增加了31 d。表明2016年降水對(duì)于污染物的清除作用明顯減弱。

表5 西安市2015—2016年5—9月臭氧污染和氣象要素情況

(3)2016年年平均風(fēng)速和2015年相當(dāng)，但重度及以上污染主要出現(xiàn)的1—2月、10—12月的平均風(fēng)速較2015年同期明顯偏小，比2016年全年平均風(fēng)速也明顯偏小，說明大氣水平擴(kuò)散能力在秋冬季較差。2016年冷空氣強(qiáng)度雖然有所增加，但活動(dòng)次數(shù)偏少，造成降水偏少，風(fēng)速偏小，靜穩(wěn)天氣增多，不利于污染物擴(kuò)散，污染物累積效應(yīng)持續(xù)增強(qiáng)。

(4)臭氧作為首要污染物第一次出現(xiàn)的日期較2015年提前較多，6月和9月相對(duì)濕度偏低、溫度偏高、日照偏強(qiáng)有利于臭氧生成，造成臭氧作為首要污染物的日數(shù)增加較多。隨著大氣顆粒物減少，太陽(yáng)輻射增加，氣溫偏高、降水偏少，臭氧已經(jīng)成為日照充足的春夏季除顆粒物之外的第二大污染源，需要引起足夠重視。

[1] 西安市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要[EB/OL].[2016-03-09].http://www.xa.gov.cn/ptl/def/def/index_1121_6774_ci_trid_2001820.html.

[2] 2016年陜西省環(huán)境狀況公報(bào)[EB/OL].[2017-06-01].http://www.snepb.gov.cn/newstype/hbyw/hjzl/hjzkgb/.

[3] 胡琳，曹紅利，張文靜，等.西安市環(huán)境空氣質(zhì)量變化特征及其與氣象條件的關(guān)系[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2013，29(6)：150-153.

[4] 張文靜，胡琳，吳素良，等.降水對(duì)西安市大氣污染物質(zhì)量濃度影響分析[J].陜西氣象,2013(1)：18-21.

[5] 王艷秋，楊曉麗.哈爾濱市降水形勢(shì)對(duì)大氣污染物濃度稀釋的影響[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2007,16(5)：65-68.

[6] 張占峰，甘露，馬小萍，等.降水對(duì)西寧市大氣污染物濃度的影響分析[J].青海環(huán)境,2016,26(2)：57-61.

[7] 金麗娜，楊曉春，洪超.西安市PM10濃度特征及氣象因子影響分析[J].干旱氣象,2017,35(2)：299-305.

[8] 胡江波，王云鵬，楊利霞，等.漢中市空氣污染特征及其氣象條件分析[J].陜西氣象,2016(6)：31-34.

[9] 胡琳，何曉嬡，林楊.西安市區(qū)PM10質(zhì)量濃度時(shí)空變化特征及與氣象條件的關(guān)系[J].陜西氣象,2009(1)：5-8.

[10] 楊旭，康延臻，王式功，等.鄭州市大氣污染特征及其與氣象條件的關(guān)系[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,53(3)：348-354.

[11] 楊瑩，王琨，崔晨，等.哈爾濱市大氣污染與氣象因素的相關(guān)性分析[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2015,9(12)：5945-5950.

[12] 黃亮.我國(guó)臭氧污染特征及現(xiàn)狀分析[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2014(5)：64-66.

[13] 安俊琳，王躍思，孫揚(yáng).氣象因素對(duì)北京臭氧的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2009,18(3)：944-951.