邵陽市氣象因子對大氣污染物的影響分析

戴俊 袁智生 于希 譚德權 黃鴿群

摘要：通過對邵陽市2016—2017年大氣中PM₁₀和PM_2.5濃度資料以及AQI數(shù)據(jù)和同期氣象資料，運用統(tǒng)計分析方法，分析得出影響PM₁₀和PM_2.5濃度的稀釋、擴散和降水吸附3種典型天氣機制及作用規(guī)律;3種機制相互作用下形成的PM₁₀和PM_2.5濃度的季節(jié)變化規(guī)律;PM₁₀和PM_2.5極值濃度的氣象成因;冬季大氣污染物濃度最大的成因。本研究結果只代表邵陽市城區(qū)，要進行準確的大氣污染物預報則還需開展更深一步的研究。

關鍵詞：邵陽市;氣象因子;大氣污染物;影響分析

1資料來源和研究方法

研究的大氣污染物樣本資料為國家環(huán)境保護部網(wǎng)絡平臺的2016年1月1日到2017年12月31日兩年逐日監(jiān)測值資料;邵陽市環(huán)保局2016年和2017年空氣質量月報以及空氣質量年報;氣象資料為邵陽市氣象局氣象觀測站的2016和2017年邵陽市高低空氣象常規(guī)資料。上述大氣污染資料為質控后的小時均值，運用時間序列和統(tǒng)計分析方法研究了2016年1月1日到2017年12月31日邵陽市PM₁₀、PM_2.5、SO₂和O₃等主要污染物濃度變化以及相關對應的氣象因子特征，運用相關性分析方法探討了風速、降水、霧霾與大氣污染物之間的相關關系。

2邵陽市主要污染氣體污染狀況

2.1邵陽市主要污染氣體的濃度介紹

邵陽市大氣污染物主要來源于本地污染源排放和上游污染源的平流輸送。邵陽市的能源結構是煤炭、電力和液化石油氣，以煤炭為主。因此，邵陽市大氣污染類型為煤煙型。邵陽市大氣污染的主要污染物為PM₁₀和PM_2.5。兩年中，PM_2.5濃度占的全年污染天數(shù)分別為180天和181天，PM₁₀濃度占的全年污染天數(shù)分別為27天和28天，2016年和2017年空氣質量優(yōu)良率差異較小。2016年至2017年，邵陽市環(huán)境空氣中的二氧化硫和二氧化氮年均濃度均優(yōu)于二級標準;其可吸入顆粒物年均濃度均超過國家二級標準;細顆粒物年均濃度均超過二級標準，一氧化碳和臭氧無年均濃度評價標準，不予評價。

2.2 PM₁₀濃度的變化

PM₁₀濃度的季節(jié)變化非常明顯。2016年和2017年春季（3—5月），平均濃度分別為65和70;夏季（6—8月）最低，分別為47和57;秋季（9—11月）增高，濃度分別為86和75;冬季（12—2月）最高，濃度分別為113和107;2016年和2017年PM₁₀濃度的月平均濃度最低值分別為42和52，分別出現(xiàn)在6月和7月，都處于夏季;2016年和2017年PM₁₀濃度的月平均濃度最高值分別為128和120，都出現(xiàn)在12月。

2.3 PM_2.5濃度的變化

PM_2.5濃度的季節(jié)變化和PM₁₀濃度的季節(jié)變化基本重疊。2016年和2017年春季（3—5月），平均濃度分別為43和48;夏季（6—8月）最低，分別為30和35;秋季（9—11月）增高，濃度分別為56和52;冬季（12—2月）最高，濃度分別為92和80;2016年和2017年PM_2.5濃度的月平均濃度最低值分別為28和31，都出現(xiàn)在7月，處于夏季;2016年和2017年PM_2.5濃度的月平均濃度最高值分別為107和92，分別出現(xiàn)在1月和12月，處于冬季。

3邵陽市主要污染物濃度和氣象因子的關系

3.1 邵陽市城市大氣污染物和風

風是邊界層內(nèi)影響污染物擴散的重要動力因子。近年邵陽市的風向一直以E風為主，冬季（12月～來年2月）以NE風為主導，夏季（6～8月）以SW風為主導，其全年靜風頻率高達28.5%，日均風速1.3米/秒，夏季平均靜風頻率為22.9%。其它季節(jié)在31%左右。風對大氣污染物濃度的影響在PM₁₀和PM_2.5排放量不變以及不考慮降水吸附的情況下，大氣中PM₁₀和PM_2.5濃度減小的機制是稀釋（外部新鮮空氣注入）和擴散（污染物向高空擴散）。在風力等級大的情況下，有利于污染物擴散，而風力等級小或無風的條件下，對污染物擴散是相對不利的。通過對邵陽市區(qū)2016和2017年風向風速的統(tǒng)計可得，NE風向出現(xiàn)的頻率最多，ENE風向出現(xiàn)的頻率次之。風向頻率超過6.0%的還有NNE、E，此外，兩年的靜風頻率為9.85%，可見邵陽市區(qū)2016年主導風向為NE。邵陽市區(qū)2016年和2017年平均風速以NNE方向的風速為最大，達到2.7m/s，超過2.1m/s 的風向有S（2.5m/s）和NE（2.2 m/s）。

3.2降水對大氣污染物濃度的影響

2017年6月24日到7月1日20時全市出現(xiàn)連續(xù)性強降水，全市平均降水量276.4mm，達到特大暴雨級別。我們用2017年6月16日到2017年7月1日的同月份無降水和有不同降水過程AQI濃度變化情況進行比較，可以清晰的看出中雨級別以上的降水天氣過程對污染物的稀釋影響巨大（AQI為當日24小時平均值），在這16天里，邵陽市環(huán)境空氣質量指數(shù)都處于優(yōu)的共9天，良的共7天。比較月度降水量，2016年1月邵陽市降水量為100.3mm，比歷年偏多32.7mm，而2017年1月降水量為49.9mm，比歷年偏少17.7mm，所以2016年1月比2017年1月空氣質量好很多。

3.3 霧霾對大氣污染物濃度的影響

邵陽市處于霧霾災害風險中度威脅等級;邵陽市霧霾月份主要集中在冬半年，霧以輻射霧為主，多數(shù)集中在02-10時，加之冬季上游北方沙塵暴等污染源擴散的影響，浮塵和霧霾雙管齊下導致冬季成為大氣污染物濃度最高，一年中第12月份出現(xiàn)霧霾次數(shù)均達到60次以上。2016和2017這兩年，連續(xù)10天PM₁₀和PM_2.5濃度最高的時段均出現(xiàn)在2016年12月和2017年12月。資料顯示：當出現(xiàn)霧霾天氣現(xiàn)象時，大氣污染物濃度極高。為了分析霾的影響，選取2017年除夕和初一霾過程中PM_2.5和PM₁₀進行比較_。2017年1月27日除夕當天，邵陽空氣質量為中度污染。2017年1月28日大年初一，空氣質量明顯轉差，邵陽轉為嚴重污染。污染物逐時濃度變化規(guī)律顯示，除夕日19：00后，煙花爆竹燃放量開始逐步增加，PM10、PM2.5值相應呈上升趨勢;大年初一00：00是“辭舊歲，迎新年”的關鍵時間點，也是煙花爆竹燃放最集中的時段，PM₁₀在2h內(nèi)就從249μg/m3驟升至最大峰值727μg/m3，升幅數(shù)值達到近

3倍，這一系列數(shù)據(jù)表明煙花爆竹燃放是春節(jié)期間污染物劇增的重要因素，因此如果政府在法律法規(guī)層面對煙花爆竹禁止燃放將會讓空氣質量得到相當大的改善。

3.4 寒潮對大氣污染物濃度的影響

據(jù)1971-2000年氣象資料統(tǒng)計，邵陽寒潮總次數(shù)在30～60次之間，平均每年有1.3次左右。造成邵陽寒潮過程的500hPa（在40⁰N以北、50⁰～140⁰E范圍內(nèi)）環(huán)流型（見表3）烏山阻高和中亞阻高造成的寒潮過程比較多，共占38.2%，烏山阻高型多余中亞阻高型;一脊一槽型與兩槽一脊型的次數(shù)比較接近，共占35.3%;而以緯向環(huán)流型下的寒潮過程最多占26.5%;兩脊一槽型下，短期內(nèi)無寒潮過程。邵陽市寒潮次數(shù)最多的月份和污染物濃度最大的月份是成正比的，都處于12月和1月，雖然寒潮帶來了持續(xù)降水和風速加大，但也導致上游污染源的平流輸送持續(xù)加大，加之冬季全國大范圍的供熱系統(tǒng)開啟，導致大氣污染物的劇增，讓大氣污染物濃度雪上加霜，特別是寒潮前期和后期，邵陽市大氣污染物都呈現(xiàn)增多的趨勢。

4結語

從近兩年的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，PM_2.5和PM₁₀是邵陽市大氣環(huán)境的主要污染物_，其次是O₃和SO_2，最后是CO;從邵陽市的年風向風速玫瑰圖可以得出，我市常年處于NE風并且風速低，靜風頻率高導致容易形成相持的靜穩(wěn)氣象條件，不利于污染物的擴散;風向風速、降水對空氣質量都有較大的影響，風速小、無降雨的天氣形勢下極易發(fā)生大型污染物集聚現(xiàn)象，4級以上風速以及中雨量級以上天氣過程對污染物的擴散有很大作用;當出現(xiàn)微量降雨時或霧霾天氣時，大氣污染物則會進一步加劇;數(shù)據(jù)顯示連續(xù)的大型降水對大氣污染物的清除效率最高;冬季是全年大氣污染物高峰期，主要由于寒潮導致上游污染源的平流輸送加大。我們只有通過深入分析邵陽市大氣污染物產(chǎn)生的根源，了解氣象要素和大氣污染物的關系，探討大氣污染物的發(fā)展規(guī)模，積極宣傳大氣污染物的科普知識，才能為防止大氣污染、保護城市生態(tài)環(huán)境做出貢獻。

參考文獻

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第一作者簡介：戴俊（1981-）男，漢族，湖南邵陽人，本科學歷，工程師，主要從事氣象綜合科研和裝備管理工作。

（作者單位：1.邵陽市氣象局;2.邵陽市邵東縣氣象局）