2023年1月駐馬店市一次PM2.5污染過程分析

張 婉

（駐馬店市氣象局，河南 駐馬店 463000）

0 引言

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和人民對美好生活需求的提高，區(qū)域性空氣污染問題受到越來越多的關(guān)注。PM2.5是指空氣動力學(xué)直徑小于2.5 μm 的大氣細顆粒物，許多流行病學(xué)研究表明，它能夠通過呼吸作用進入人體肺部深處，從而導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)和心腦血管疾病，提高致癌率和死亡率［1-2］。近年來，我國針對大氣環(huán)境污染出臺了一系列防治政策，PM2.5污染問題整體已呈向好趨勢，但冬季區(qū)域大氣污染問題仍然存在。王郭臣等［3］發(fā)現(xiàn)北京2015 年冬季PM2.5小時濃度高達605 μg/m3，遠超國家二級標準，空氣嚴重污染。研究表明，氣象條件是影響本地空氣質(zhì)量的重要因素，分析氣象要素特征對PM2.5污染預(yù)測防治十分有利［4-6］。靳甜甜等［7］研究發(fā)現(xiàn)500 hPa 為暖脊、高溫高濕等有利于秦皇島市冬季PM2.5的累積和持續(xù)。蒙軍等［8］總結(jié)了8次安順PM2.5污染過程的氣象成因，發(fā)現(xiàn)逆溫會導(dǎo)致PM2.5濃度增加，但整層大氣溫度升高有利于污染物擴散。

駐馬店市地處華北平原下游，冬季冷空氣活躍，導(dǎo)致北方污染物隨冷空氣向南傳輸，且駐馬店市人口眾多，冬季采暖形式多樣，本地排放及遠距離傳輸作用使PM2.5污染事件頻發(fā)。本研究對2023年1 月駐馬店市發(fā)生的一次PM2.5污染過程進行分析，探究PM2.5污染及氣象條件特征，為駐馬店市空氣質(zhì)量預(yù)測提供依據(jù)，為區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作提供理論參考。

1 資料與方法

本研究對2023年1月21至23日駐馬店市PM2.5污染過程進行分析，選取污染期間本地PM2.5、PM10、NO2和SO2濃度數(shù)據(jù)，以及氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、相對濕度和能見度等氣象要素，采用統(tǒng)計學(xué)方法探究此次污染過程PM2.5濃度及氣象要素變化特征?？諝赓|(zhì)量等級參考《環(huán)境空氣中質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ633—2012)的標準，按照PM2.5日均濃度劃分為優(yōu)、良、輕度污染、中度污染、重度污染和嚴重污染6個等級。

2 結(jié)果與分析

2.1 PM2.5污染特征

2023 年1 月21 日至23 日，駐馬店市出現(xiàn)以PM2.5為首要污染物的重污染天氣過程，其間駐馬店市空氣質(zhì)量情況見表1，從PM2.5日均濃度來看，這是一次由中度-重度-中度的污染過程，22 日PM2.5日均濃度達到196.6 μg/m3。

表1 2023年1月21日至23日駐馬店市空氣質(zhì)量

本次污染過程中PM2.5小時濃度變化曲線如圖1（a）所示，整體呈“雙峰型”變化，20 日18 時起達到輕度污染水平，持續(xù)20小時，21日14時升至中度污染，污染物持續(xù)積累，于21 日夜間逐漸達重度至嚴重度污染；22日13時短暫降至中度污染水平，17時至23 日14 時穩(wěn)定維持在重度污染水平，后PM2.5濃度持續(xù)下降，直至24日05時空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)為良，此次污染過程結(jié)束。本次污染過程駐馬店市中度污染及以上時段共計57 小時，重度污染及以上水平達39 小時，中度污染及以上時段駐馬店市PM2.5平均濃度182.5 μg/m3，小時濃度峰值363.5 μg/m3。

圖1 1月20日00時至24日06時駐馬店市主要污染物濃度小時變化及特征比值

PM2.5/PM10比值情況如圖1（c）所示。由圖1（c）可知，本次污染過程以PM2.5污染為主，污染期間20日18時至24日04時共計83個時次中，PM2.5/PM10平均比值0.59，大于0.5 的占75%，大于0.6 的占48%，大值多出現(xiàn)在夜間至凌晨階段，此時邊界層高度較低，污染物容易累積，加速細顆粒的生成。NO2/SO2比值在污染期間的晚間和早晨時段都出現(xiàn)了峰值，21 日08 時比值達到5.8，考慮與交通高峰及工業(yè)企業(yè)夜間排放有關(guān)。

污染期間河南省代表城市空氣污染情況見表2，與其他代表城市相比，駐馬店市中度及以上污染出現(xiàn)時長排在全省前列，僅次于南部的信陽，PM2.5濃度水平處于較重水平，高于豫南其他地市和北部地區(qū)，與西部、中部地區(qū)相當(dāng)。

表2 1月20日00時至24日06時河南省代表城市空氣污染概況

2.2 氣象條件特征

駐馬店市PM2.5濃度及氣象要素時序如圖2 所示。由圖2 可知，PM2.5小時濃度的兩個峰值均出現(xiàn)在夜間，對應(yīng)低溫、高濕和靜風(fēng)的環(huán)境條件。20 日傍晚污染開始時，相對濕度逐漸增大，以東南風(fēng)為主導(dǎo)，風(fēng)力較小，靜穩(wěn)形勢維持，污染逐漸加重，能見度整體隨之下降。21 日夜間，風(fēng)力達到最小，相對濕度增加，PM2.5濃度增加，進入重度-嚴重度污染階段。22 日中午前后，伴隨著偏北風(fēng)力的加大，PM2.5濃度有小幅下降，夜間短暫轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，風(fēng)速減小，PM2.5濃度達到第二個峰值。23日白天偏北風(fēng)力逐漸加大，相對濕度有所降低，污染逐漸減輕，能見度轉(zhuǎn)好。

圖2 1月20日00時至24日06時駐馬店市PM2.5濃度及氣象要素時序

污染期間,駐馬店市PM2.5濃度與氣象要素線性擬合結(jié)果見表3，PM2.5濃度與氣象要素的相關(guān)性如圖3 所示。結(jié)合表3、圖3 可知，PM2.5濃度與氣溫呈正相關(guān)，這是由于冬季空氣污染常常受采暖等人類活動影響。PM2.5濃度與風(fēng)速呈負相關(guān)，表明隨著風(fēng)速的加大，大氣稀釋擴散能力增強，能夠較大程度稀釋顆粒物，改善空氣質(zhì)量。PM2.5濃度和相對濕度呈顯著正相關(guān)，說明高濕可以促進顆粒物吸濕增長，加重空氣污染。

圖3 PM2.5濃度與氣象要素相關(guān)性

表3 PM2.5濃度與氣象要素線性擬合結(jié)果

21 日20 時，500 hPa 的高度槽位于河南至武漢一線，駐馬店東部受槽前的西南氣流控制，西部開始逐漸轉(zhuǎn)受西北氣流影響，850 hPa 風(fēng)力非常小，有弱的風(fēng)場輻合，駐馬店上空氣壓場相對較弱，中低空存在逆溫層（圖略），大氣垂直擴散條件較差。從地面圖來看，污染期間駐馬店處于均壓場中，等壓線較為稀疏，受此影響，地面風(fēng)力整體較弱，大氣水平擴散條件較差，且近地面存在逆溫層（圖略），有利于污染物在邊界層以下的積聚，因此21 日夜間顆粒物濃度快速上升。

3 結(jié)論

①2023 年1 月21 日至23 日，駐馬店市出現(xiàn)以PM2.5為首要污染物的重污染天氣過程，PM2.5小時濃度峰值達363.5μg/m3。

②污染過程整體呈“雙峰型”變化，兩次污染峰值分別出現(xiàn)在21 日夜間和22 日夜間，中度污染及以上時段共計57 小時，重度污染及以上水平達39小時；PM2.5/PM10平均比值0.59，指示本次污染過程以PM2.5為主，NO2/SO2比值在晚間和早晨時段都出現(xiàn)了峰值，與交通高峰及工業(yè)企業(yè)夜間排放有關(guān)。

③PM2.5濃度與氣溫、相對濕度呈正相關(guān)，與風(fēng)速呈負相關(guān)。風(fēng)速加大能夠降低PM2.5濃度，改善空氣質(zhì)量，而高濕可以促進PM2.5吸濕增長，加重空氣污染。

④500 hPa 受低槽東移影響，850 hPa 有弱的風(fēng)場輻合，風(fēng)力較小，駐馬店上空氣壓場相對較弱，中低空存在逆溫層，不利于污染物的垂直擴散；配合地面均壓場，近地面逆溫，靜穩(wěn)形勢維持，有利于污染物的累積，導(dǎo)致PM2.5濃度快速上升，污染加重。