2018年江西中北部區(qū)域一次重污染天氣過程分析

鄧京 鐘思奕

摘 要：本文通過地面常規(guī)觀測(cè)資料、探空資料和大氣污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等資料，對(duì)江西中北部2018年11月30日至12月2日的一次重污染天氣的大氣污染過程、天氣形勢(shì)和相關(guān)氣象要素進(jìn)行分析。結(jié)果表明，本次重污染天氣的首要污染物為PM2.5，空氣質(zhì)量呈現(xiàn)出自西北向東南減輕的特點(diǎn);本次大氣污染過程的地面形勢(shì)是入海高壓后部，等壓線較稀疏，地面風(fēng)力較弱;本次大氣污染過程中的污染輸送，九江市和南昌市受偏東風(fēng)影響而萍鄉(xiāng)市受西南風(fēng)影響，風(fēng)速均較小，不利于污染物的水平擴(kuò)散;地面相對(duì)濕度較高，加速污染物的吸濕增長(zhǎng);近地面層一直存在逆溫層，抑制大氣污染物的垂直擴(kuò)散，后期有效的持續(xù)性降水對(duì)污染物有明顯的清除作用;九江市和南昌市地處鄱陽湖平原，易受到北路和東北路污染物的直接影響，而萍鄉(xiāng)市處在山脈的夾縫中，外來污染影響主要來自湖南中部。

關(guān)鍵詞：重污染天氣;PM2.5;氣象要素

中圖分類號(hào)：X51文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）10-0125-03

Analysis of a Heavy Pollution Weather Process in Central and Northern Jiangxi Province In 2018

DENG Jing ZHONG Siyi

（Yichun Meteorological Bureau，Yichun Jiangxi 336000）

Abstract： Based on the conventional observation data， radiosonde data and air pollutant monitoring data， this paper analyzed the air pollution process， weather situation and related meteorological elements of a heavy pollution weather in central and northern Jiangxi from November 30 to December 2， 2018. The results show that PM2.5 is the primary pollutant in this heavy pollution weather， and the air quality is reduced from northwest to Southeast; the ground situation of this air pollution process is at the back of the high pressure into the sea， the isobars are sparse， and the ground wind is weak; Jiujiang City and Nanchang city are affected by the easterly wind， while Pingxiang City is affected by the southwest wind， and the wind speed is low Jiujiang City and Nanchang city are located in Poyang Lake Plain， which are easy to be directly affected by the pollutants from North Road and Northeast Road， while Pingxiang City is located in North Road In the crevice of the mountains， the external pollution mainly comes from central Hunan.

Keywords： heavy pollution weather;PM2.5;meteorological elements

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，社會(huì)化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，大氣環(huán)境形勢(shì)嚴(yán)峻，霧霾天氣頻發(fā)。大氣污染時(shí)，空氣中會(huì)含有大量氣溶膠粒子，導(dǎo)致能見度降低，影響人們出行，危害人體健康。這引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，大氣污染的治理工作刻不容緩。

顧沛澍等人的研究發(fā)現(xiàn)，重污染天氣的形成及持續(xù)一方面取決于污染物排放強(qiáng)度，另一方面也與當(dāng)?shù)靥鞖庑蝿?shì)、大氣邊界層特征和氣象條件密不可分[1]。李莉等分析了影響上海市2013年12月PM10質(zhì)量濃度的潛在源區(qū)，并探討了不同源區(qū)對(duì)上海市PM10質(zhì)量濃度貢獻(xiàn)的差異。結(jié)果表明，西北路徑和北路徑是污染事件中的主要輸送通道[2]。張恒德等按照京津冀地區(qū)靜穩(wěn)天氣所對(duì)應(yīng)的典型邊界層特征，通過統(tǒng)計(jì)確定各氣象因子閾值和權(quán)重，建立了靜穩(wěn)天氣指數(shù)（Stable Weather Index，SWI）。結(jié)果表明，SWI對(duì)重污染天氣有一定的指示意義，高靜穩(wěn)天氣指數(shù)通常對(duì)應(yīng)高PM2.5質(zhì)量濃度，且二者變化趨勢(shì)一致性高[3]。

2018年11月30日至12月2日，江西省中北部出現(xiàn)了一次重污染天氣過程，受靜穩(wěn)天氣影響，污染持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。本文從環(huán)流形勢(shì)、氣象要素條件、污染來源等方面，分析此次重污染天氣過程，為江西省大氣污染的預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。

1 資料來源

所用資料為2018年11月30日至12月2日九江市、南昌市和萍鄉(xiāng)市的常規(guī)地面觀測(cè)資料，包括逐小時(shí)相對(duì)濕度、能見度、10 min平均風(fēng)向和風(fēng)速、降水量等數(shù)據(jù)。同時(shí)，還包括江西省生態(tài)環(huán)境廳提供的相應(yīng)時(shí)間段逐小時(shí)空氣質(zhì)量指數(shù)（Air Quality Index，AQI）以及PM2.5濃度。

2 大氣污染過程概況

2018年11月30日至12月2日，江西省經(jīng)歷了一次大氣污染過程，贛北、贛中部分城市分別出現(xiàn)了不同程度的污染：11月30日，贛北北部九江市空氣質(zhì)量由輕度污染迅速轉(zhuǎn)為重度污染;12月1日，贛北大部分地區(qū)轉(zhuǎn)為輕度污染，贛西局部地區(qū)達(dá)到重度污染;12月3日，江西省大部地區(qū)空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)為優(yōu)或良，大氣污染物得到有效清除。分析各城市主要大氣污染物逐小時(shí)濃度可知，PM2.5是影響此次污染過程的主要顆粒物。

在此次大氣污染過程中，不同地區(qū)存在較明顯差異，自西北至東南方向，污染程度由重度向輕度逐漸減輕。其中，九江市是污染級(jí)別最重、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的地區(qū)，重度和中度污染時(shí)間分別為45 h和16 h，排名次之的萍鄉(xiāng)市則分別為20 h和4 h。

3 天氣形勢(shì)分析

地面形勢(shì)上，11月30日至12月1日江西省處于入海高壓后部，等壓線較稀疏，地面風(fēng)力較弱，12月2日，入海高壓逐漸減弱并東移至日本海，中心值達(dá)1 040 hPa的地面高壓西移至新疆北部，但冷空氣主體尚未到達(dá)江西省，地面風(fēng)速依然較弱，并不利于污染物的擴(kuò)散。

中低層形勢(shì)上，500 hPa上江西省以西有高空槽東移，江西省處于槽前輻合區(qū)，低層850 hPa江西省北部存在弱切變，西南氣流逐漸加強(qiáng)北推，低層輻合有利于污染物堆積。贛北地區(qū)850 hPa露點(diǎn)溫度差為2 ℃，濕區(qū)深厚，有利于堆積的污染物吸濕增長(zhǎng)。

4 氣象條件分析

2018年11月29日至30日，湖北省、安徽省等長(zhǎng)江以北中部地區(qū)經(jīng)歷了一次大范圍重污染天氣過程，武漢市、合肥市的空氣質(zhì)量均達(dá)到重度污染水平，江西省北部重污染地區(qū)的污染物隨弱冷空氣向南輸送，是此次江西省大氣污染過程形成并持續(xù)一段時(shí)間的主要原因。對(duì)此次連續(xù)性大氣污染過程中九江市、南昌市和萍鄉(xiāng)市三個(gè)代表市的氣象要素變化特征進(jìn)行分析可知，相對(duì)濕度、地面風(fēng)向和風(fēng)速、逆溫條件等均對(duì)污染天氣的形成、維持存在影響。

4.1 地面風(fēng)向和風(fēng)速

2018年11月30日至12月2日，地面水平風(fēng)速較小，小風(fēng)速不利于污染物在本地的水平擴(kuò)散。11月30日，九江市受風(fēng)力大于2 m/s持續(xù)偏東北風(fēng)的影響，北方污染物不斷輸入。這一階段，九江市空氣質(zhì)量在8 h內(nèi)迅速由輕度污染轉(zhuǎn)為重度污染，而南昌市和萍鄉(xiāng)市則仍然保持在良到輕度污染之間。12月1日白天，九江市地面風(fēng)速普遍低于2 m/s，風(fēng)力較小，風(fēng)向仍為偏東北風(fēng)，九江市空氣質(zhì)量一直處于重度污染。12月1日晚上，九江市地面風(fēng)速增大，并保持在2～3.6 m/s，空氣質(zhì)量略有好轉(zhuǎn)。12月2日00：00—08：00，風(fēng)速轉(zhuǎn)小，AQI重回峰值。12月1日，萍鄉(xiāng)市盛行風(fēng)為偏西風(fēng)，隨著風(fēng)力加大至2～3 m/s，AQI也迅速由輕度污染（107）增至重度污染（269），并一直處于重度污染，持續(xù)到12月2日凌晨。12月2日03：00之后，地面受弱偏東北風(fēng)控制，地面主導(dǎo)風(fēng)向的轉(zhuǎn)變，與污染源傳輸風(fēng)向形成對(duì)沖，對(duì)本地空氣污染的消除有一定緩解作用。而南昌市的地面主導(dǎo)風(fēng)向一直為偏東風(fēng)，平均風(fēng)速為1 m/s，偏東風(fēng)為南昌市易出現(xiàn)污染天氣的風(fēng)向，風(fēng)速較弱時(shí)，出現(xiàn)污染天氣的頻率較高。此次南昌市污染天氣的出現(xiàn)與多年污染天氣統(tǒng)計(jì)結(jié)果相吻合[4]。

4.2 地面相對(duì)濕度

分析發(fā)現(xiàn)，地面相對(duì)濕度在此次污染天氣過程中與大氣AQI有較明顯的正相關(guān)關(guān)系。大氣污染過程發(fā)生期間，九江市地面相對(duì)濕度一直保持在80%～99%的高值區(qū)，而其相應(yīng)的能見度在2 km以內(nèi)，相對(duì)濕度較高，導(dǎo)致污染顆粒物吸濕增長(zhǎng)，這也是九江市污染度迅速升高且基本穩(wěn)定在重度污染的原因之一。與九江市相比，南昌市和萍鄉(xiāng)市的地面相對(duì)濕度并沒有一直保持在高濕度狀態(tài)，而是出現(xiàn)波動(dòng)。在空氣質(zhì)量較好時(shí)，相對(duì)濕度對(duì)污染物質(zhì)量濃度影響不大;而在污染物輸入本地引起重度污染時(shí)，相對(duì)濕度與空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）呈正相關(guān)，波動(dòng)走勢(shì)基本一致，如圖1所示?？梢?，外來污染物輸入時(shí)，相對(duì)濕度較大且沒有產(chǎn)生降水的情況下，重污染天氣更加容易形成并保持。

4.3 逆溫條件

從南昌站11月30日08：00至12月1日20：00探空發(fā)現(xiàn)，700 hPa以下濕度逐漸由干轉(zhuǎn)濕，而中高層則表現(xiàn)為干區(qū)，地面至925 hPa始終存在1～3 ℃的逆溫，淺薄的逆溫層限制了邊界層內(nèi)大氣的垂直運(yùn)動(dòng)，有利于污染物在近地面層與水汽聚集，從而造成污染進(jìn)一步加重與持續(xù)。直到12月2日，近地面層的逆溫消失，靜穩(wěn)天氣結(jié)束，垂直輸送加強(qiáng)之后污染物濃度逐漸降低，重污染天氣情況得到緩解。

4.4 降水的清除作用

降水對(duì)污染顆粒物具有沖刷和清除的作用，是減輕重污染天氣的主要途徑之一。在2018年12月1日00：00和06：00，萍鄉(xiāng)市有兩次小時(shí)雨強(qiáng)，分別為0.2 mm和0.1 mm的弱降水，而PM2.5質(zhì)量濃度卻在持續(xù)上升，如圖2所示。12月2日05：00—08：00，南昌市出現(xiàn)小時(shí)雨強(qiáng)小于1 mm的持續(xù)弱降水，PM2.5質(zhì)量濃度并未出現(xiàn)明顯波動(dòng)。12月2日白天，贛北大部分地區(qū)出現(xiàn)小雨，持續(xù)性的有效降水對(duì)污染物有較明顯的清除作用。在持續(xù)性降水出現(xiàn)12 h后，九江市和萍鄉(xiāng)市的空氣質(zhì)量均由重度污染轉(zhuǎn)為良。這表明12月2日已經(jīng)無明顯外來輸送污染物，且持續(xù)性有效降水對(duì)污染物的清除速度遠(yuǎn)大于其增長(zhǎng)速度。

5 地理?xiàng)l件對(duì)重度污染天氣形成的影響

江西的丘陵主要分布在贛西和贛南，贛西分布有幕阜山脈、九嶺山脈和羅霄山脈等，贛北則是鄱陽湖沖積平原，山脈的高低和走向?qū)︼L(fēng)向和風(fēng)速有很大影響。九江市、南昌市城區(qū)處于鄱陽湖平原地帶，而萍鄉(xiāng)市城區(qū)處于贛西山脈的夾縫中。位于贛西北的九嶺山呈東北至西南走向，對(duì)西北路冷空氣輸送的北方污染物有一定的阻擋作用，所以湖北省的污染物南下需要繞道鄱陽湖平原和洞庭湖平原。九江市位于鄱陽湖平原的北部，率先受到北方重污染傳輸?shù)挠绊?。而另一個(gè)受到重度污染影響的萍鄉(xiāng)市，由于地處山脈的夾縫里，在四周群山屏障的影響下，風(fēng)力往往較小，不利于大氣污染物的擴(kuò)散，受到洞庭湖平原傳輸來的污染物影響時(shí)，空氣質(zhì)量往往迅速轉(zhuǎn)差，并且重污染天氣容易保持一段時(shí)間。

6 結(jié)語

利用地面常規(guī)觀測(cè)資料、探空資料和大氣污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等資料，對(duì)2018年11月30日至12月2日江西省中北部一次重污染天氣的大氣污染過程、天氣形勢(shì)和相關(guān)氣象要素進(jìn)行分析，結(jié)果表明：①本次重污染天氣過程的首要污染物為PM2.5，九江市和萍鄉(xiāng)市分別受重度污染影響并持續(xù)45 h和20 h，空氣質(zhì)量呈現(xiàn)自西北向東南減輕的特點(diǎn)，此次污染的AQI峰值均在12月1日晚上至12月2日凌晨;②本次過程的地面形勢(shì)是入海高壓后部，等壓線較稀疏，地面風(fēng)力較弱，低層850 hPa江西省北部存在弱切變，西南氣流逐漸加強(qiáng)北推，低層輻合有利于污染物堆積;③本次過程中，九江市和南昌市污染輸送受偏東風(fēng)影響，而萍鄉(xiāng)市污染輸送則是受西南風(fēng)影響，風(fēng)速均較小，不利于污染物的水平擴(kuò)散，地面相對(duì)濕度較高，有利于污染物的吸濕增長(zhǎng)，近地面層一直存在逆溫層，抑制大氣污染物的垂直擴(kuò)散，后期有效的持續(xù)性降水對(duì)污染物有明顯的清除作用;④九江市和南昌市地處鄱陽湖平原，易受到北路和東北路的污染物直接影響，而萍鄉(xiāng)市處在山脈的夾縫中，外來污染影響主要來自湖南中部。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧沛澍，劉端陽，陳鵬，等.2016年12月江蘇省兩次連續(xù)污染過程氣象條件對(duì)比分析[J].環(huán)境科學(xué)研究，2018（7）：1223-1232.

[2]李莉，蔡鋆琳，周敏.2013年12月中國中東部地區(qū)嚴(yán)重灰霾期間上海市顆粒物的輸送途徑及潛在源區(qū)貢獻(xiàn)分析[J].環(huán)境科學(xué)，2015（7）：2327-2336.

[3]張恒德，呂夢(mèng)瑤，張碧輝，等.2014年2月下旬京津冀持續(xù)重污染過程的靜穩(wěn)天氣及傳輸條件分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016（12）：4340-4351.

[4]劉波.天氣形勢(shì)對(duì)南昌市空氣質(zhì)量影響的初步分析[J].氣象與減災(zāi)研究，2013（2）：57-64.