孝感春節(jié)期間空氣質(zhì)量與氣象條件的關(guān)系

羅金芳 魏杰平 吳君濤 鄧凱

摘要 利用 2015—2017年春節(jié)逐時(shí)的孝感、武漢、隨州環(huán)境監(jiān)測(cè)站空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，孝感市地面氣象觀測(cè)站日、時(shí)氣象要素，地面天氣圖、高空天氣圖及武漢探空數(shù)據(jù)。孝感春節(jié)期間氣壓、氣溫的變化對(duì)空氣質(zhì)量的影響不是很顯著，中層的逆溫對(duì)污染物的擴(kuò)散影響不明顯;近地層的逆溫如果是由中層暖濕氣流和低層降水共同影響造成的，降水對(duì)空氣污染物的清除作用更顯著;近地層的逆溫如果是由于晴空輻射造成的，逆溫將極不利于空氣污染物的稀釋、擴(kuò)散和清除。

關(guān)鍵詞 春節(jié)空氣質(zhì)量;SO2;相對(duì)濕度;風(fēng)向風(fēng)速;降水;逆溫

中圖分類號(hào)：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）04–0071–03

分析2015—2017年春節(jié)期間孝感及周邊城市空氣質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，除夕日上午10：00開(kāi)始可能會(huì)出現(xiàn)空氣污染第一峰值，初一02：00開(kāi)始陸續(xù)出現(xiàn)第二階段的高峰期。這兩個(gè)階段的空氣污染可能與大量燃放煙花爆竹有密切的關(guān)系。SO2是鞭炮燃燒的主要污染物之一，SO2的劇增對(duì)鞭炮燃放有一定的指示作用。春節(jié)期間的主要污染物是PM10、PM2.5、SO2[1-3]。

2015—2017年春節(jié)期間，嚴(yán)重污染、重度污染、中度污染時(shí)相對(duì)濕度變化小，天氣少變。嚴(yán)重污染時(shí)地面水平風(fēng)速較小，為1～2級(jí);重度污染、中度污染、輕度污染時(shí)，風(fēng)速均以2級(jí)為主;空氣質(zhì)量為良時(shí)，風(fēng)速以3級(jí)為主，風(fēng)速越大，代表空氣流動(dòng)性越強(qiáng)，即大氣擴(kuò)散條件越好。春節(jié)期間持續(xù)明顯的降水對(duì)污染物的清除有較好的作用。良好的空氣質(zhì)量基礎(chǔ)加上有利的擴(kuò)散條件，空氣質(zhì)量可以達(dá)到良，而在春節(jié)期間不利的擴(kuò)散條件，空氣質(zhì)量可以達(dá)到嚴(yán)重污染。

1 結(jié)果與分析

1.1 空氣質(zhì)量的時(shí)空分布特征

空氣質(zhì)量指數(shù)（Air Quality Index，AQI）是定量描述空氣質(zhì)量狀況的無(wú)量綱指數(shù)，參與空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要污染物為PM10、PM2.5、SO2、NO2、O3、CO這6項(xiàng)。本文主要分析春節(jié)期間AQI、PM10、PM2.5、SO2等的變化。

2015—2017年春節(jié)期間武漢城區(qū)禁鞭，2016—2017年春節(jié)期間隨州城區(qū)禁鞭，2017年春節(jié)期間孝感城區(qū)禁鞭。

對(duì)2015—2017年春節(jié)期間除夕、初一、初二這3天AQI等進(jìn)行分析，并將其與孝感西北方的隨州、東南方的武漢AQI進(jìn)行對(duì)比分析。

2015年除夕至初二，3個(gè)城市AQI為雙峰形態(tài)分布，除夕10：00隨州達(dá)到第一個(gè)峰值，為嚴(yán)重污染;孝感、武漢分別在12：00、14：00達(dá)到峰值，為重度污染、中度污染。初一02：00隨州出現(xiàn)第二峰值，為嚴(yán)重污染;孝感、武漢延遲兩小時(shí)，即04：00、06：00出現(xiàn)第二峰值，為重度污染、中度污染;初二3個(gè)城市AQI均呈波動(dòng)下降的趨勢(shì)，并下降至良的等級(jí)。

2016年除夕，隨州城區(qū)禁鞭AQI仍在10：00出現(xiàn)第一峰值，為重度污染，孝感、武漢為良。分析湖北及周邊省市AQI發(fā)現(xiàn)，空氣質(zhì)量以良為主，說(shuō)明湖北空氣污染擴(kuò)散條件總體上較有利于污染物稀釋、擴(kuò)散。初一01：00隨州嚴(yán)重污染，02：00AQI爆表，持續(xù)4 h;02：00孝感AQI爆表，持續(xù)3 h;武漢08：00達(dá)到嚴(yán)重污染。武漢、孝感、隨州分別于12：00、13：00、15：00下降為重度污染。之后3個(gè)城市AQI呈波動(dòng)下降的趨勢(shì)。武漢、孝感、隨州達(dá)到嚴(yán)重污染時(shí)段，荊門(mén)為輕度到中度污染。

2017年除夕隨州、孝感、武漢分別在10：00、13：00、13：00出現(xiàn)第一峰值，均為重度污染，在初一05：00～09：00出現(xiàn)第二峰值，之后呈多峰形態(tài)分布。與2015年、2016年不同的是，初二呈波動(dòng)上升而不是波動(dòng)下降的趨勢(shì)。

分析2015—2017年春節(jié)期間空氣質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，除夕10：00開(kāi)始可能會(huì)出現(xiàn)第一峰值（2016年除夕除外），初一02：00開(kāi)始會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)第二階段的空氣污染高峰期。這兩個(gè)階段的空氣污染可能與大量燃放煙花爆竹有密切的關(guān)系（圖1）。

分析2015—2017年春節(jié)期間SO2發(fā)現(xiàn)，2015年、2016年春節(jié)孝感城區(qū)沒(méi)有禁鞭，孝感SO2濃度在初一00：00以后都出現(xiàn)了劇增，SO2劇增較PM2.5、PM10陡升提前1～2 h。2017年孝感城區(qū)實(shí)施禁鞭，孝感SO2濃度在初一00：00也出現(xiàn)了增長(zhǎng)，增長(zhǎng)幅度沒(méi)有前兩年劇烈。隨州2015年春節(jié)城區(qū)沒(méi)有禁鞭，SO2濃度在初一00：00以后出現(xiàn)了劇增，2016年、2017年實(shí)行了城區(qū)禁鞭，SO2濃度在初一00：00以后有增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)幅度不劇烈。SO2是鞭炮燃燒的主要污染物之一，SO2的劇增對(duì)鞭炮燃放有一定的指示作用。除夕10：00以后的孝感SO2變化沒(méi)有初一00：00以后的SO2變化顯著。

2015年春節(jié)期間孝感AQI與PM2.5、PM10變化趨勢(shì)一致，CO、NO2、O3在春節(jié)期間變幅不大，說(shuō)明春節(jié)期間的主要污染物是PM10、PM2.5、SO2。

1.2 天氣形勢(shì)分析

2015年春節(jié)期間高空由脊前轉(zhuǎn)受低槽影響，地面由偏東路強(qiáng)冷空氣影響轉(zhuǎn)受地面倒槽影響，天氣由陰轉(zhuǎn)為持續(xù)小雨。2016年春節(jié)期間高空受東亞大槽后西北氣流控制，地面氣壓場(chǎng)由西高東低轉(zhuǎn)變?yōu)槟细弑钡?，天氣晴朗?017年春節(jié)期間天氣形勢(shì)與2015年春節(jié)期間相似，高空由沿海槽后轉(zhuǎn)受南支槽影響，地面由偏東路弱冷空氣影響轉(zhuǎn)為受地面倒槽影響，天氣由陰轉(zhuǎn)零星小雨。

2016年初一02：00，孝感AQI短時(shí)間內(nèi)由良劇增為爆表，高空 500、700、850 hPa的天氣形勢(shì)和配置沒(méi)有發(fā)生變化，地面氣壓場(chǎng)由西高東低轉(zhuǎn)變?yōu)榱四细弑钡停貙託庀笠爻霈F(xiàn)了變化，變化最顯著的是氣溫的下降。

1.3 影響AQI的主要?dú)庀笠蜃臃治?/p>

1.3.1 相對(duì)濕度 分析2015—2017年春節(jié)期間空氣質(zhì)量與相對(duì)濕度發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重污染、重度污染、中度污染時(shí)空氣相對(duì)濕度變化范圍略小，表明天氣變化小，空氣質(zhì)量為輕度污染和良時(shí)的空氣相對(duì)濕度變化范圍更廣，從27%～95%均可出現(xiàn)。重度污染、中度污染時(shí)，相對(duì)濕度位于50%～70%的比例占65%左右;輕度污染時(shí)，相對(duì)濕度分布在50%～80%更廣泛，約65%;空氣質(zhì)量為良時(shí)，相對(duì)濕度大于80%的比例占66%。

1.3.2 風(fēng)向和風(fēng)速 2015—2017年春節(jié)期間，嚴(yán)重污染時(shí)，風(fēng)向以偏E風(fēng)為主，同時(shí)也出現(xiàn)了WSW風(fēng)，風(fēng)速為1～2級(jí);重度污染時(shí)主要以NNE、ESE風(fēng)為主，風(fēng)速以2級(jí)為主，其次為3級(jí)、1級(jí);中度污染時(shí)NNE、ENE、ESE風(fēng)出現(xiàn)頻率較高，風(fēng)速以2級(jí)為主，其次為1級(jí)、3級(jí);輕度污染時(shí)N、NNE風(fēng)出現(xiàn)頻率較高，風(fēng)速以2級(jí)為主，其次為1級(jí)、3級(jí);空氣質(zhì)量為良時(shí)NNE、N風(fēng)出現(xiàn)頻率較高，S風(fēng)次之，風(fēng)速以3級(jí)為主，其次為2級(jí)、1級(jí)。

分析2015—2017年春節(jié)期間空氣質(zhì)量與風(fēng)速發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重污染時(shí)水平風(fēng)速較小，為1～2級(jí);重度污染、中度污染、輕度污染時(shí)，風(fēng)速均以2級(jí)為主;空氣質(zhì)量為良時(shí)，風(fēng)速以3級(jí)為主。風(fēng)速越大，代表空氣流動(dòng)性越強(qiáng)，即大氣水平擴(kuò)散條件越好，越有利于大氣中污染物的稀釋、擴(kuò)散，對(duì)空氣質(zhì)量的改變作用明顯。

1.3.3 降水 2015—2017年春節(jié)，嚴(yán)重污染、重度污染、中度污染時(shí)，無(wú)降水;輕度污染時(shí)，基本無(wú)降水，僅個(gè)別時(shí)次有弱降水，為降水的初始階段，污染物濃度開(kāi)始下降;空氣質(zhì)量為良時(shí)，部分時(shí)次出現(xiàn)了降水。表明春節(jié)期間持續(xù)的明顯降水對(duì)污染物的清除有較好的作用。

1.3.4 氣壓和氣溫 2015—2017年春節(jié)，嚴(yán)重污染時(shí)，海平面氣壓為1 020 hPa左右;重度污染時(shí)，海平面氣壓為1 012～1 026 hPa;中度污染、輕度污染、空氣質(zhì)量為良時(shí)，海平面氣壓范圍與重度污染時(shí)范圍基本一致。

對(duì)于2015—2017年春節(jié)期間，各等級(jí)污染狀況所對(duì)應(yīng)的氣溫變化范圍也較為一致，表明春節(jié)期間氣壓、氣溫的變化對(duì)空氣質(zhì)量的影響不是很顯著。

1.3.5 探空逆溫分析 2015年春節(jié)期間高空由干-濕-干結(jié)構(gòu)，依次轉(zhuǎn)變?yōu)樯细上聺瘛⒄麑訛闈駥拥慕Y(jié)構(gòu)。除夕08：00有多層逆溫，初一08：00開(kāi)始中層西南暖濕氣流加強(qiáng)，中層增溫增濕，20：00濕度層結(jié)表現(xiàn)為上干下濕，地面受冷空氣和降水影響，接近飽和，同時(shí)近地層逆溫達(dá)最強(qiáng)階段，約10℃的逆溫。強(qiáng)逆溫出現(xiàn)時(shí)段，由于降水對(duì)空氣污染物的清除作用較明顯，地面風(fēng)速加大對(duì)空氣污染物的水平擴(kuò)散也有一定的作用，此時(shí)孝感的空氣質(zhì)量為良，并持續(xù)至初一。

2016年除夕，08：00有多層逆溫，近地層逆溫約5℃，除夕白天為晴天，近地層升溫，逆溫消失;除夕為西路強(qiáng)冷空氣過(guò)境后，我國(guó)大部空氣質(zhì)量為良，良好的空氣質(zhì)量基礎(chǔ)，較好的擴(kuò)散條件，使孝感空氣質(zhì)量保持良。除夕夜間至春節(jié)早晨受到晴空輻射影響，近地層出現(xiàn)了強(qiáng)逆溫，至初一08：00，近地層最強(qiáng)逆溫約10℃。初一02：00～12：00達(dá)到了嚴(yán)重污染，嚴(yán)重污染時(shí)，地面氣壓場(chǎng)為南高北低，孝感為偏東風(fēng)或偏西風(fēng)，風(fēng)力微弱，污染物水平擴(kuò)散有限，污染物的累積與本地及附近的排放及近地層的強(qiáng)逆溫關(guān)系密切。隨著初一白天的太陽(yáng)輻射，近地層逆溫減弱，污染物濃度下降。但當(dāng)夜間來(lái)臨時(shí)污染物濃度又有所上升。

2017年春節(jié)期間孝感空氣質(zhì)量在輕度污染到重度污染之間波動(dòng)變化，與2015年春節(jié)的變化有相似之處，且兩年初一08：00的探空?qǐng)D的濕度分布、近地層的逆溫強(qiáng)度都極為相似，不同的是，2017年初一的中層還有一較強(qiáng)的逆溫層，高度約4 000 m左右。霾主要集中在近地層，2017年中層的逆溫層對(duì)春節(jié)期間的污染物擴(kuò)散沒(méi)明顯影響。

2 結(jié)論

（1）分析2015—2017年春節(jié)期間空氣質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，除夕上午10：00開(kāi)始可能會(huì)出現(xiàn)第一峰值，初一02：00開(kāi)始會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)第二階段的空氣污染高峰期。這兩個(gè)階段的空氣污染可能與大量燃放煙花爆竹有密切的關(guān)系。

（2）春節(jié)期間的主要污染物是PM10、PM2.5、SO2。SO2是鞭炮燃燒的主要污染物之一，SO2的劇增對(duì)鞭炮燃放有一定的指示作用。

（3）嚴(yán)重污染、重度污染、中度污染時(shí)空氣相對(duì)濕度變化小，空氣質(zhì)量為輕度污染和良時(shí)的空氣相對(duì)濕度變化范圍廣，從27%～95%均可出現(xiàn)。

（4）嚴(yán)重污染時(shí)水平風(fēng)速較小，為1～2級(jí);重度污染、中度污染、輕度污染時(shí)，風(fēng)速均以2級(jí)為主;空氣質(zhì)量為良時(shí)，風(fēng)速以3級(jí)風(fēng)為主。污染嚴(yán)重時(shí)天氣少變，相對(duì)濕度和風(fēng)速變化均較小。

（5）春節(jié)期間持續(xù)明顯的降水對(duì)污染物的清除有較好的作用。

（6）春節(jié)期間氣壓、氣溫的變化對(duì)空氣質(zhì)量的影響不是很顯著。

（7）中層的逆溫對(duì)污染物的擴(kuò)散影響不明顯;近地層的逆溫如果是由中層暖濕氣流和低層降水共同影響造成的，降水對(duì)空氣污染物的清除作用更顯著;近地層的逆溫如果是由于晴空輻射造成的，逆溫將極不利于空氣污染物的稀釋、擴(kuò)散和清除。

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責(zé)任編輯：黃艷飛