大氣污染預(yù)測(cè)模式背景下的氣象參數(shù)分析及運(yùn)用

谷可心 王迪

摘要：本文針對(duì)我國(guó)在大氣污染預(yù)測(cè)模式下的具體工作要求，對(duì)氣象資料中相關(guān)參數(shù)的運(yùn)用意義進(jìn)行了闡述，并對(duì)地面風(fēng)場(chǎng)在AERMOD模式中發(fā)揮的作用進(jìn)行了闡明，根據(jù)觀測(cè)周期差異下氣象要素的不同，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果所受到觀測(cè)年限統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的差異影響進(jìn)行了分析，最后通過(guò)相關(guān)實(shí)例來(lái)開(kāi)展預(yù)測(cè)分析，并提出具體的運(yùn)用建議，以期能夠使評(píng)價(jià)區(qū)的氣象變化能夠利用氣象參數(shù)進(jìn)行真實(shí)反映，提高預(yù)測(cè)結(jié)果的科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：大氣污染;預(yù)測(cè)模式;氣象參數(shù)

中圖分類號(hào)：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）09-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.088

Analysis and application of meteorological parameters in the background of air pollution prediction model

Gu Kexin， Wang Di

（Weihai Meteorological Bureau， Shandong Province， Weihai Shandong 264200， China）

Abstract： This paper expounds the application significance of relevant parameters in meteorological data for the specific work requirements of air pollution prediction mode in China， and clarifies the role of ground wind field in AERMOD mode， according to the difference of observation period. The differences in meteorological elements are analyzed， and the differences in the statistical data of the observation years are analyzed. Finally， the relevant examples are used to carry out the prediction analysis， and specific application suggestions are proposed， so that the meteorological changes in the evaluation area can be met by meteorological parameters. Really reflect and improve the scientific nature of the forecast results.

Key words： Air pollution; Prediction mode; Meteorological parameters

1 大氣污染預(yù)測(cè)模式及項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目概況

本文以某垃圾焚燒站項(xiàng)目作為實(shí)例，該垃圾焚燒站位于山東省威海市，焚燒站周邊多為林地，并且周?chē)?公里處人煙稀少。通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行分析，其大氣預(yù)測(cè)因子主要包括二噁英類、NH3、SO2、NO2、PM10、CO、HCl、H2S，其總量控制因子則包括SO2與NOX，該項(xiàng)目在氣氣污染環(huán)境評(píng)價(jià)中所屬等級(jí)為二級(jí)，因此需要利用AERMOD模式來(lái)對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行大氣污染預(yù)測(cè)。

1.2 大氣污染預(yù)測(cè)模式下的氣象參數(shù)

在AERMOD模式下，其氣象數(shù)據(jù)文件主要有兩個(gè)，一種是探空廓線數(shù)據(jù)文件，還有一種是地面氣象數(shù)據(jù)文件，其中風(fēng)向、云量、風(fēng)速以及氣溫是地面氣象數(shù)據(jù)文件中的四個(gè)最基本的氣象要素，考慮到該項(xiàng)目和威海市氣象站之間的距離不超過(guò)20km，因此可將該氣象站用于氣象觀測(cè)站來(lái)對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行地面氣象觀測(cè)，從而與大氣導(dǎo)則中的評(píng)價(jià)范圍要求相符。而對(duì)于風(fēng)向、氣溫以及風(fēng)速這三個(gè)基本氣象參數(shù)，則以該氣象站所觀測(cè)的數(shù)據(jù)為依據(jù)。由于我國(guó)在2014年初對(duì)云量觀測(cè)進(jìn)行了取消，該項(xiàng)目的云量資料是從我國(guó)環(huán)保部中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)室信息平臺(tái)中獲取的。

2 氣象參數(shù)分析及運(yùn)用

2.1 氣溫

氣溫是大氣污染中重要的氣象參數(shù)，氣溫的垂直分布不僅對(duì)大氣穩(wěn)定性有著決定性的影響，同時(shí)還對(duì)流層的湍流強(qiáng)度有著重要影響。如果大氣不夠穩(wěn)定，則氣溫分布便可能會(huì)出現(xiàn)異常，從而出現(xiàn)逆溫層，使煙流在擴(kuò)散過(guò)程中受到阻礙，進(jìn)而加劇空氣污染。因此，在對(duì)空氣中的污染物擴(kuò)散進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須要將低空中的氣溫廓線數(shù)據(jù)作為關(guān)鍵依據(jù)。在該項(xiàng)目中，其氣溫參數(shù)需要統(tǒng)計(jì)威海市地面氣象站在1998—2018年進(jìn)行觀測(cè)時(shí)所獲得的氣象資料，從其氣象資料可知，威海市的全年氣溫平均值是12.2℃，其中以8月份的氣溫最高，1月份的氣溫最低。通常來(lái)說(shuō)，由于夏季有著較高的氣溫，因此距離地面較近的空氣層有著較為強(qiáng)盛的對(duì)流，從而能夠使污染物更快擴(kuò)散;而到冬季時(shí)，由于距離地面較近的空氣層在溫度上要比較低，從而易出現(xiàn)逆溫層，并對(duì)污染物擴(kuò)散造成阻礙。從上述推斷中便可以得出，該項(xiàng)目的大氣污染程度在夏季時(shí)最輕，在春季和秋季時(shí)的大氣污染程度較為一般，在冬季時(shí)的大氣污染程度最為嚴(yán)重。

2.2 風(fēng)向

風(fēng)向也是影響大氣污染的重要?dú)庀髤?shù)，其能夠?qū)⑽廴疚镙斔椭林付ǖ奈恢茫藗円话悴捎?6個(gè)方位或角度來(lái)對(duì)風(fēng)向進(jìn)行測(cè)量，考慮到風(fēng)在某個(gè)方向中出現(xiàn)的頻率，人們還利用風(fēng)向頻率來(lái)對(duì)其進(jìn)行描述，而風(fēng)向頻率是指某個(gè)方向中的風(fēng)在所有方向的來(lái)風(fēng)次數(shù)中占據(jù)的百分比。人們通常利用風(fēng)向玫瑰圖來(lái)直觀描述風(fēng)向頻率，通過(guò)風(fēng)向玫瑰圖可幫助氣象人員了解各個(gè)風(fēng)向的出現(xiàn)次數(shù)，并將其中出現(xiàn)次數(shù)最多的風(fēng)主叫作主導(dǎo)風(fēng)向。人們?cè)趯?duì)風(fēng)向頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)，所調(diào)查的氣象資料年限有所不同，有的是30年，也有的是20年，甚至是1年，在統(tǒng)計(jì)時(shí)次方面也有著不同的差異。在該項(xiàng)目中，根據(jù)導(dǎo)則中的要求，分別對(duì)近20年和近3年的氣象資料進(jìn)行了調(diào)查，并利用風(fēng)向頻率玫瑰圖來(lái)進(jìn)行對(duì)比，從風(fēng)向頻率玫瑰圖中可以很直觀的了解到因調(diào)查年限的不同，風(fēng)向頻率也有著較大不同，這種不同在E、NE以及ENE方位中的表現(xiàn)尤為明顯，由此便可了解到在近3年的時(shí)間里，該評(píng)價(jià)區(qū)是以NE為主導(dǎo)風(fēng)向的，而在近20年的時(shí)間里，該評(píng)價(jià)區(qū)是以ENE為主導(dǎo)風(fēng)向的。之所以在風(fēng)向頻率上會(huì)出現(xiàn)如此明顯的差異，是因?yàn)樵诮?年的時(shí)間里，其平均風(fēng)向值有著較大的隨機(jī)成分，但在20年的觀測(cè)時(shí)間里，其觀測(cè)值卻能夠?qū)Ξ?dāng)?shù)氐臍庀鬆顟B(tài)進(jìn)行反映，從而使風(fēng)向中所存在的變化規(guī)律得到真實(shí)呈現(xiàn)，可以說(shuō)，調(diào)查氣象資料的年限越長(zhǎng)，則越能夠進(jìn)行真實(shí)反映。由此可見(jiàn)，在大氣污染預(yù)測(cè)模式下，需要調(diào)查具有較長(zhǎng)年限的氣象資料來(lái)進(jìn)行風(fēng)向取值，這樣可對(duì)該項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行更加真實(shí)的反映。

2.3 風(fēng)速

風(fēng)速越大，則污染物在風(fēng)的吹動(dòng)作用下，其擴(kuò)散距離就越遠(yuǎn)，反之亦然，風(fēng)速直接影響到大氣污染預(yù)測(cè)模式的實(shí)施結(jié)果。在風(fēng)速資料中，人們往往采用兩種方式來(lái)對(duì)風(fēng)速進(jìn)行表示，分別是利用字母C進(jìn)行表示或是用數(shù)值進(jìn)行表示。一般而言，氣象人員在統(tǒng)計(jì)風(fēng)速時(shí)，應(yīng)對(duì)不同年限相同月份下同一時(shí)間的平均風(fēng)速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以此得出不同季節(jié)和不同月份在各個(gè)時(shí)間段中的平均風(fēng)速。通過(guò)對(duì)上述項(xiàng)目的風(fēng)速資料進(jìn)行調(diào)查與統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，春季時(shí)該項(xiàng)目的風(fēng)速最大，而在5月和6月時(shí)，該項(xiàng)目的風(fēng)速最小。在預(yù)測(cè)項(xiàng)目中污染物的長(zhǎng)期平均濃度時(shí)，氣象人員一般都是計(jì)算與統(tǒng)計(jì)某一時(shí)間段內(nèi)當(dāng)?shù)馗鱾€(gè)風(fēng)向所具有的逐時(shí)平均風(fēng)速。此外，在不同年限的氣象資料中，不同風(fēng)向所具有的逐時(shí)平均風(fēng)速也有著較大的差異，通過(guò)對(duì)20年內(nèi)該項(xiàng)目的各個(gè)風(fēng)向的逐時(shí)平均風(fēng)速與近1年該項(xiàng)目在各個(gè)風(fēng)向中的逐時(shí)平均風(fēng)速進(jìn)行對(duì)比分析可知，近年1年的各個(gè)風(fēng)向中，其逐時(shí)平均風(fēng)速要高于前者，平均風(fēng)速差值保持在0～0.7m/s，并且在各個(gè)風(fēng)向的平均風(fēng)速差值中，以NNE、NE以及NNW方位最為明顯，其差值均超過(guò)0.5m/s，而在其他風(fēng)向中的平均風(fēng)速差值則均不超過(guò)0.4m/s，由此可以發(fā)現(xiàn)，觀測(cè)周期的不同，使觀測(cè)數(shù)據(jù)也有所不同，因此在統(tǒng)計(jì)平均風(fēng)速時(shí)，必須要確保資料的周期和風(fēng)向相符，以此確保氣象參數(shù)具有代表性。

2.4 污染系數(shù)

通過(guò)以上分析可以了解到，無(wú)論是風(fēng)向，還是風(fēng)速，都對(duì)污染物擴(kuò)散有著巨大影響，由此也能夠確定風(fēng)向、風(fēng)速與污染物濃度所具有的內(nèi)在關(guān)系。人們通常利用污染系數(shù)來(lái)表示污染物的濃度，而污染系數(shù)的高低則是利用風(fēng)向頻率除以平均風(fēng)速的商來(lái)進(jìn)行表示的。從污染系數(shù)的計(jì)算公式可以知道，其是將風(fēng)向與風(fēng)速的綜合作用。對(duì)于某個(gè)風(fēng)向來(lái)說(shuō)，如果其風(fēng)速較小，則該方位中的大氣的污染程度也就越嚴(yán)重。在該項(xiàng)目中，通過(guò)計(jì)算污染系數(shù)，可以得出NE、ENE方位中的大氣污染系數(shù)要比SW方位高的多，由此也說(shuō)明其NE、ENE方位的大氣污染程度要更加嚴(yán)重，因此在對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行選址時(shí)，應(yīng)確保污染源處于SW方位的下方，也就是城區(qū)的下風(fēng)向方位，這樣可有效減輕大氣污染給城區(qū)居民的不利影響。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在大氣污染預(yù)測(cè)模式下，氣象人員在對(duì)項(xiàng)目的氣象參數(shù)進(jìn)行分析及運(yùn)用時(shí)，考慮到年限、時(shí)次的不同，即合是同一氣象參數(shù)也會(huì)有所不同，這勢(shì)必會(huì)對(duì)項(xiàng)目的大氣污染預(yù)測(cè)結(jié)果造成一定的不利影響。因此，氣象人員必須要確保氣象資料的準(zhǔn)確和真實(shí)，并盡可能的采用連續(xù)且時(shí)段較少的氣象資料來(lái)進(jìn)行調(diào)查，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目大氣污染情況的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2019-05-23

作者簡(jiǎn)介：谷可心（1993-），女，漢族，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向?yàn)樘鞖忸A(yù)報(bào)或氣象服務(wù)與應(yīng)用氣象。