寶雞市空氣質(zhì)量預(yù)報系統(tǒng)本地化應(yīng)用分析

徐衡 朱筱娟 羅漢翔

摘 要：城市空氣質(zhì)量不僅受到城市發(fā)展的影響，目前很大一定程度受到天氣氣候起到一定主導(dǎo)作用[1]。以寶雞本地實際空氣質(zhì)量特點及污染物與氣象因素與各污染物及不同時期，不同站點的影響程度，及寶雞市工業(yè)分布，排放特點，在做空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警模型時應(yīng)做好本地優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：環(huán)境狀況；預(yù)報本地優(yōu)化；寶雞

中圖分類號：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0017-02

寶雞市目前工業(yè)結(jié)構(gòu)相對簡單，以機加工行業(yè)為主，且燃煤大戶相對集中，所以污染源排放控制相對容易，同時城市大氣污染源排放在短時間內(nèi)變化不大，相對穩(wěn)定。我國目前大氣環(huán)境治理尚處于第二階段“持續(xù)進(jìn)行治理，但受到風(fēng)速、濕度、降雨等影響，空氣質(zhì)量會出現(xiàn)波動”大氣環(huán)境質(zhì)量的好壞以及區(qū)域空間分布很大一定程度取決于大氣氣象擴散條件。

目前關(guān)中地區(qū)污染物排放總量過高，單位面積內(nèi)的生產(chǎn)、生活排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了環(huán)境承載能力?，F(xiàn)階段只依靠減排來改善環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀不現(xiàn)實，也不可能。如何能更好實現(xiàn)大氣環(huán)境改善目標(biāo)，早日實現(xiàn)藍(lán)天綠水，在現(xiàn)階段我們在制定和落實大氣污染防治方案時就應(yīng)該合理的考慮氣象條件對大氣環(huán)境質(zhì)量的影響。目前國內(nèi)外已經(jīng)對氣象對環(huán)境質(zhì)量影響，開展了很多研究，并大量的在環(huán)境質(zhì)量預(yù)報和大氣環(huán)境治理方面應(yīng)用，特別是在大氣環(huán)境質(zhì)量預(yù)報方面。國家層面、省、市基層面都開展了區(qū)域性的環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報。目前國際上空氣質(zhì)量預(yù)報的方法有兩種，一種是以統(tǒng)計學(xué)為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，基于統(tǒng)計分析，研究大氣環(huán)境的變化規(guī)律，建立大氣污染物濃度與氣象參數(shù)間的統(tǒng)計預(yù)報模型，來預(yù)測大氣污染物濃度，稱之為統(tǒng)計預(yù)報；另外一種則是以大氣動力學(xué)理論為基礎(chǔ)，基于對大氣物理和化學(xué)過程的理解，建立大氣污染濃度在空氣中的輸送擴散數(shù)值模型，借助計算機來預(yù)報大氣污染物濃度在空氣中的動態(tài)分布，稱之為數(shù)值預(yù)報[2]。如何贏得空氣重污染應(yīng)對主動權(quán)，準(zhǔn)確空氣質(zhì)量預(yù)報為大氣污染防治確立了可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，可持續(xù)有力的實現(xiàn)改善環(huán)境質(zhì)量的目的[3]。本文就是在寶雞市大氣污染特征的基礎(chǔ)上如何將統(tǒng)計預(yù)報更優(yōu)化的完成本地化應(yīng)用的研究。

1 大氣環(huán)境狀況分析

由于城市大氣污染源的排放在一段時間內(nèi)是相對穩(wěn)定的，大氣污染物濃度時空分布的不確定性在一定程度上主要取決于大氣擴散條件。在污染物排放相對平穩(wěn)的條件下，由于天氣背景的不同，可以使大氣污染物的平均環(huán)境濃度發(fā)生幾倍、甚至幾十倍的差異。因此，在進(jìn)行空氣質(zhì)量預(yù)報研究的第一步首先要掌握本地空氣質(zhì)量時間、空間上的變化特征。

中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所研究員曹軍驥認(rèn)為陜西關(guān)中地區(qū)在污染擴散條件方面存在“先天不足”。地形方面，關(guān)中地區(qū)在秦嶺和黃土高原的包圍下形成東西向的喇叭形開口，污染物只能在有西北風(fēng)的時候被吹散，其他風(fēng)向下都會導(dǎo)致本地污染物的積累甚至外地污染物的輸入。氣象特征方面，關(guān)中地區(qū)常年主導(dǎo)風(fēng)向為東北風(fēng)，全年靜風(fēng)頻率為35%。而在冬季，靜風(fēng)頻率更是高達(dá)45%，且僅有不到20%的天氣形勢有利于大氣污染擴散。

寶雞市地地形南、西、北三面環(huán)山，以渭河為中軸向東擴展，呈尖角開口槽形特點致使環(huán)境容量小，不利于污染物擴散。秋冬季寶雞地區(qū)邊界層高度一般只有500-600米左右，抑制了大氣垂直交換，地面污染物堆積，容易形成污染天氣。而且存在大氣污染條件下的“空氣壓縮”效應(yīng)。大氣污染越重，邊界層的高度越低，形成進(jìn)一步的“空氣壓縮”，使大氣污染加劇，惡性循環(huán)。根據(jù)研究1960年至2013年寶雞市人均氣候舒適度指數(shù)平均每10年增加0.38，春季上升幅度最大0.64每10年，其次為冬季0.53每10年[4]。也就是說寶雞氣候條件在發(fā)生變化，寶雞在變暖。

1.1 空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

寶雞市自2014年執(zhí)行新的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以來至2017年空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)平均250天。PM2.5和PM10為主要超標(biāo)污染物，年均值濃度超過國家年二級標(biāo)準(zhǔn)，臭氧污染天數(shù)呈現(xiàn)逐年增加趨勢。PM10和O3-8h主要在空氣質(zhì)量為良和輕度污染時為首要污染物，PM2.5除了在良和輕度污染時為首要污染物外，在中度污染、重度污染和嚴(yán)重污染時也為首要污染物。

從近4年市區(qū)空氣質(zhì)量及各子站空氣質(zhì)量變化來看，空氣質(zhì)量整體呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)態(tài)勢，顆粒物濃度減排效果顯著，減煤、控煤成果明顯體現(xiàn)，臭氧污染呈現(xiàn)逐年加重趨勢。從近4年的數(shù)據(jù)監(jiān)測來看寶雞市區(qū)空氣質(zhì)量受氣象條件影響較大，易受氣象條件變化出現(xiàn)空氣質(zhì)量反彈。寶雞空氣質(zhì)量季節(jié)性變化非常明顯，冬季污染最重，春秋季節(jié)寶雞市區(qū)空氣質(zhì)量易受到來自新疆、甘肅等地的沙塵天氣影響出現(xiàn)揚沙浮塵天氣。夏季寶雞空氣質(zhì)量最好，主要是由于氣象條件影響擴散條件明顯好轉(zhuǎn)，但同時受到顆粒物減排及目前二氧化氮濃度上升及揮發(fā)性有機物排放量大的影響臭氧污染較重。

1.2 污染物關(guān)系分析

SO2與NO2在工業(yè)源方面具有同源性，SO2主要排放來源于工業(yè)，而NO2除工業(yè)源外還有機動車源。在冬季和初春，NO2與SO2同源性較為明顯，相比機動車，工業(yè)排放污染影響更加明顯，而夏季機動車影響較為明顯。

PM2.5與PM10的比值主要用來評估顆粒物中二次成份來源，比值越大說明二次生成率越高，比值越小說明受沙塵、揚塵影響較大。PM2.5與PM10比值波動頻率較大，在1月末和3月下旬，5月下旬，6月下旬均有較高值出現(xiàn)；在2月末，3月初，4月中旬，10月初均有較低值出現(xiàn)，說明在此期間沙塵或揚塵影響較大。

1.3 污染排放情況

2015年，寶雞市第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)之間的規(guī)模比例為7：55：38。第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的規(guī)模仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于第二產(chǎn)業(yè)。近幾年二產(chǎn)增速下降，但占比依然最重。表明寶雞仍然是一個典型的工業(yè)城市。2015年全市規(guī)模以上企業(yè)煤炭使用量1089.28萬噸，位于寶雞市北部，鳳翔縣長青工業(yè)源中主要企業(yè)煤炭消耗量巨大，占全市煤炭使用量的近70%，園區(qū)中，大唐寶雞熱電廠共使用142.54萬噸，長青能化共使用26.59萬噸，東嶺冶煉共用煤62.01萬噸，國電寶雞第二發(fā)電有限責(zé)任公司用煤238.03萬噸，國電寶雞發(fā)電有限責(zé)任公司用煤257.40萬噸。

從污染物排放量來看，寶雞市2015年排放SO231706.19噸，NOX45901.36噸，煙粉塵29334.24噸，鳳翔縣幾種污染物排放量分別占比19.4%，33.4%和32.6%，在全市區(qū)縣中，排放量最大。

2 空氣質(zhì)量預(yù)報本地化參數(shù)應(yīng)用

2.1 擴散條件影響

寶雞市地形不開闊，三面環(huán)山，呈尖角開口槽形，風(fēng)速較小，靜穩(wěn)天氣較多，頻率達(dá)到80%，這種地形及氣象條件十分不利于污染物濃度的擴散，污染物濃度本底值的積累增加對實時的污染物濃度有非常顯著的貢獻(xiàn)，因此，根據(jù)以上污染現(xiàn)狀特點及排放特點在預(yù)報建模時應(yīng)對PM10、PM2.5及O3的預(yù)測準(zhǔn)確度加以側(cè)重。根據(jù)時間變化趨勢，應(yīng)對O3濃度在夏、秋季加強側(cè)重，對SO2、NO2、CO、PM10和PM2.5濃度在冬季、春季加強側(cè)重。

2.2 沙塵影響

我們在對近幾年寶雞沙塵影響天數(shù)統(tǒng)計分析后，結(jié)合沙塵來源上風(fēng)向相鄰的幾個城市PM10變化來看，沙塵到寶雞后受到隴山侵?jǐn)_，峰值濃度明顯下降。但平均濃度變化幅度相對并未出現(xiàn)一直處于較低階段，甚至出現(xiàn)高于上風(fēng)向濃度情況，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，上風(fēng)向固原、慶陽、蘭州出現(xiàn)沙塵天氣后，結(jié)合風(fēng)速和沙塵強度，一般到寶雞境內(nèi)需要5個小時以上。但如果上風(fēng)向沙塵濃度不大，空氣質(zhì)量達(dá)到中度污染級別，且風(fēng)速偏北時，對寶雞一般不會產(chǎn)生影響，雖然沙塵到寶雞后峰值下降，但影響時間較長，對PM10的貢獻(xiàn)并未呈現(xiàn)出明顯的偏低，對寶雞的影響周期較長。因此在空氣質(zhì)量預(yù)報模型中必須要考慮到寶雞市春季經(jīng)常受到沙塵影響，因此在對春季沙塵天氣頻發(fā)的時間段建模過程中，應(yīng)當(dāng)注意沙塵來源區(qū)域，選擇與此次沙塵相對應(yīng)的城市PM10濃度。

2.3 長青工業(yè)園排放影響

寶雞市的排放源較為集中，一半以上燃煤集中在長青工業(yè)園，因此在建模的時候把距離工業(yè)園區(qū)較近站點的監(jiān)測值作為其他站點的預(yù)報的因子。但由于長青工業(yè)園不在寶雞市區(qū)，并且距離幾個監(jiān)測站距離差距較小，因此要根據(jù)氣象條件來選擇作為參考因子的監(jiān)測站。在靜穩(wěn)天氣時，選擇實際物理距離最近的監(jiān)測站點的監(jiān)測濃度；在非靜穩(wěn)天氣時，則選擇污染物從長青工業(yè)園傳輸?shù)奖菊舅玫膫鬏敃r間最短的監(jiān)測站的數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

本文基于寶雞市區(qū)空氣質(zhì)量的深入分析，分析其變化特征和規(guī)律，為更好的實現(xiàn)寶雞市區(qū)空氣質(zhì)量預(yù)報的準(zhǔn)確性提供本地化應(yīng)用優(yōu)化的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[4]何佳，周旗，李建.寶雞市近54年來人居氣候舒適度變化特征分析[J].寶雞文理學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，35（1）：68-73.