近十年德州市秋冬季大氣污染氣象條件變化分析

張琳 呂偉綺

摘要：利用德州市氣象站近十年（2008-2017）的氣象數(shù)據(jù)對(duì)該市與大氣污染相關(guān)的氣象條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，德州市秋冬季空氣質(zhì)量與氣象條件明顯相關(guān)，氣象條件差的年份，空氣質(zhì)量也往往較差。2013-2014年以來空氣質(zhì)量的好轉(zhuǎn)除了得益于政府的各項(xiàng)減排措施，氣象條件的改善也是重要原因之一。

關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量;氣象條件;混合層高度;德州

中圖分類號(hào)：X16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）04-0-02

Abstract：The meteorological conditions related to air pollution in the city were statistically analyzed using meteorological data of Dezhou Weather Station for nearly ten years （2008-2017）. The results show that the air quality in autumn and winter in Dezhou is obviously related to meteorological conditions. In the years with poor meteorological conditions， the air quality is often poor. The improvement of air quality since 2013-2014 is not only due to the governments various emission reduction measures， but also the improvement of meteorological conditions.

Key words：Air quality;Meteorological conditions;Mixed layer height;Dezhou

經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，造成污染物大量排放，大氣污染對(duì)人類生存環(huán)境和生態(tài)健康安全造成了嚴(yán)重威脅，引起公共廣泛關(guān)注。德州位于山東西北部，西鄰河北省，曾因重污染應(yīng)急措施不到位，市政府主要負(fù)責(zé)人受到過環(huán)保部約談，大氣污染治理刻不容緩?？諝庵匚廴镜某霈F(xiàn)，主要受兩個(gè)方面的影響，一是區(qū)域及本地污染源的排放，二是氣象條件[1][2]。在排放變化不大的情況下，如果疊加不利的氣象條件，污染物難以擴(kuò)散，則易造成較為嚴(yán)重的空氣污染過程。

德州市環(huán)保局資料分析，德州市重污染天氣主要出現(xiàn)在每年的11月至次年2月期間。2008年以來，德州市秋冬季（11月-次年2月）空氣質(zhì)量經(jīng)歷了一個(gè)先轉(zhuǎn)差，其中2012-2013年秋冬季達(dá)到最差，之后開始逐步好轉(zhuǎn)。近年來空氣質(zhì)量不斷改善，得益于國(guó)家不斷加大的治理力度，那么氣象條件的變化和空氣質(zhì)量變化情況是否一致，氣象條件在其中起到怎樣作用，這具有一定的研究意義。本文利用德州市陵城區(qū)國(guó)家基本氣象站近十年（2008-2017）的氣象數(shù)據(jù)對(duì)該市與大氣污染相關(guān)的風(fēng)速、混合層高度、溫濕三項(xiàng)氣象條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1 大氣污染擴(kuò)散氣象條件分析

有研究表明，大氣污染程度與風(fēng)速和混合層高度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)[3]。水平方向污染物擴(kuò)散能力與風(fēng)速大小有關(guān)，混合層高度則表征了污染物在垂直方向的擴(kuò)散能力。

1.1 風(fēng)速氣象擴(kuò)散條件分析

通過分析近10年的秋冬季平均風(fēng)速（圖1），發(fā)現(xiàn)在2011-2012年平均風(fēng)速有一個(gè)突然下降的現(xiàn)象，由2.2m/s突降至1.7m/s，降幅高達(dá)22.7%。之后開始緩慢回升，但直到2014-2015年，仍未超過2m/s。2015-2016年平均風(fēng)速大幅回升至2.4m/s，之后兩年穩(wěn)定在2.2m/s以上。

通常情況下，我們將日均風(fēng)速小于2.0m/s的情況定義為一個(gè)小風(fēng)日，由圖2可知，2011-2012和2012-2013年秋冬季小風(fēng)日數(shù)高達(dá)79天，而11月-次年2月一共120天，小風(fēng)日數(shù)占到65.8%。相比最少的2017-2018年，僅有44天，差了35天。

由于平均風(fēng)速小，小風(fēng)日數(shù)多，2011-2012和2012-2013年秋冬季德州市的大氣污染水平擴(kuò)散條件較其他年份明顯偏差，這可能是污染較重的一個(gè)重要原因。

1.2 混合層高度分析

大氣邊界層中性或不穩(wěn)定時(shí)，由于動(dòng)力或熱力湍流的作用，邊界層內(nèi)上下層之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的動(dòng)量或熱量交換。通常把出現(xiàn)這一現(xiàn)象的層稱為混合層。混合層向上發(fā)展時(shí)，常受到位于邊界層上邊緣的逆溫層底部的限制。與此同時(shí)也限制了混合層內(nèi)污染物的再向上擴(kuò)散。中性和不穩(wěn)定時(shí)的混合層高度和大氣邊界層高度是一致的?；旌蠈痈叨仍降驮讲焕谖廴疚飻U(kuò)散。李夢(mèng)[4]等研究發(fā)現(xiàn)在京津冀地區(qū)，混合層高度與大氣細(xì)顆粒物濃度呈高度負(fù)相關(guān)。

目前混合層的計(jì)算有干絕熱法、羅氏法、聯(lián)合頻率羅氏法等。羅氏法是Nozaki等人與1973年提出的一種利用地面氣象資料估算混合層高度的方法，該方法考慮到大氣混合層是由熱力和動(dòng)力湍流共同作用的結(jié)果，而且邊界層上部大氣的運(yùn)動(dòng)常與地面氣象要素之間存在著相互聯(lián)系和反饋?zhàn)饔?，因此可以利用地面氣象參?shù)來估算混合層高度[5]。計(jì)算公式如下：

式中，H為混合層高度，T為地面氣溫，Td為露點(diǎn)溫度，單位為K;Uz為Z高度處的平均風(fēng)速，單位m/s;Z0為地面粗糙度，德州取1m;f為地轉(zhuǎn)參數(shù)，，其中Ω為地轉(zhuǎn)角速度為地理緯度;P為帕斯圭爾穩(wěn)定度級(jí)別（大氣穩(wěn)定度級(jí)別為A至F時(shí)，P值依次為1至6），穩(wěn)定度級(jí)別與太陽(yáng)高度角、云量和風(fēng)速有關(guān)。

通過對(duì)近十年秋冬季德州市混合層高度的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在2012-2013年秋冬季混合層高度平均值僅有657m，為近十年來的最低值。2017-2018年超過1000m，為十年來的最高值。與德州市空氣質(zhì)量呈現(xiàn)出高度的負(fù)相關(guān)性。

1.3 溫濕氣象條件分析

劉壽東、張園園[6-7]等的研究表明，氣象條件對(duì)水溶性離子濃度影響顯著，NO3-、SO42-、NH4+濃度與濕度均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而與氣溫均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

2 結(jié)論

（1）德州市近十年秋冬季空氣質(zhì)量與氣象條件密切相關(guān)，大氣污染氣象條件差的年份，空氣質(zhì)量也往往較差。（2）在2012-2013年秋冬季中平均風(fēng)速小，小風(fēng)日數(shù)多，即使冷空氣影響，北風(fēng)風(fēng)力也較小，混合層高度低，相對(duì)濕度最大，平均氣溫低，大氣污染氣象條件整體最差，之后開始好轉(zhuǎn)。（3）2013-2014年以來空氣質(zhì)量的好轉(zhuǎn)有政府的大力減排和氣象條件的改善兩方面原因。如果后期氣象條件再次轉(zhuǎn)差，很可能造成秋冬季空氣質(zhì)量的下滑。

參考文獻(xiàn)

[1]Liu X G，Li J，Qu Y，et al.Formation and evolution mechanism of regional haze：a case study in the megacity Beijing，China[J].Atmospheric Chemistry and Physics，2013，13 （9）： 4501-4514.

[2]Li Z，Gu X，Wang L，et al.Aerosol physical and chemical properties retrieved from ground-based remote sensing measurements during heavy haze days in Beijing winter[J]. Atmospheric Chemistry and Physics，2013，13（20）：10171-10183.

[3]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)（自科版），2017，53（3）：348-354.

[4]李夢(mèng)，唐貴謙，黃俊，等.京津冀冬季大氣混合層高度與大氣污染的關(guān)系[J].環(huán)境科學(xué)，2015（6）：1935-1943.

[5]廖國(guó)蓮.大氣混合層厚度的計(jì)算方法及影響因子[J].中山大學(xué)研究生學(xué)刊（自然科學(xué).醫(yī)學(xué)版），2005（4）：66-73.

[6]劉壽東，張園園.溫濕度對(duì)南京北郊PM2.5中二次無機(jī)離子生成演化的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2018（4）：714-721.

[7]張園園.南京北郊PM2.5中水溶性離子特征在線監(jiān)測(cè)研究[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2017.

收稿日期：2019-03-06

作者簡(jiǎn)介：張琳（1981-），男，漢族，學(xué)士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橹卸唐谔鞖忸A(yù)報(bào)。