人工增雨對宜昌空氣質(zhì)量影響分析

摘要：為有效防控宜昌地區(qū)大氣污染，采用宜昌地面氣象降水數(shù)據(jù)和市生態(tài)環(huán)境局發(fā)布的2021年1月4日宜昌一次增雨前后環(huán)境空氣污染物大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析宜昌24 h降水對空氣污染指數(shù)的影響，以及實施人工增雨作業(yè)對城市空氣質(zhì)量的改善情況。選取主要大氣污染物PM2.5，PM10，O3，NO2，SO2，CO為研究對象，針對增雨前后的大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析空氣污染指數(shù) （API）。對宜昌地區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響進行研究，探索了利用人工增雨對宜昌城區(qū)污染性天氣進行治理的可行性。結(jié)果表明：此次人工增雨是在宜昌城區(qū)出現(xiàn)重污染天氣的時期進行，增雨前PM 2.5小時濃度上升至接近嚴重污染級別，增雨后PM 2.5濃度緩慢下降，增雨作業(yè)對改善空氣質(zhì)量效果明顯。研究成果可為今后人工增雨改善空氣質(zhì)量作業(yè)提供參考。

關鍵詞：污染性天氣； 人工增雨作業(yè)； 降水量； 改善空氣質(zhì)量； 宜昌市

中圖法分類號：P481;X51

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S1.017

文章編號：1006-0081（2024）S1-0061-04

0 引 言

大氣污染是目前最受關注的環(huán)境問題之一。中國很多城市都開展了控制大氣污染排放的措施，氣象條件是影響空氣質(zhì)量的重要因素，國內(nèi)外已有很多學者就氣象條件與城市空氣污染的關系進行了研究，取得了較大進展［1-2］。王艷秋等［3］分析了哈爾濱地區(qū)降水對大氣污染物濃度稀釋影響，發(fā)現(xiàn)春季降水對污染物濃度影響較大，降水對PM10有較大的稀釋作用；李瑞等［4］研究發(fā)現(xiàn)烏魯木齊地區(qū)不同等級降雨的清除能力大小排序為大雨、小雨、中雨、微雨。陳小敏等［5］分析重慶主城區(qū)人工增雨對空氣質(zhì)量的影響，指出重慶在冬半年開展人工增雨作業(yè)后，可以讓城市空氣質(zhì)量達標天數(shù)平均增加34～62 d。

大氣中污染物清除的同時，新的污染物又不斷進入大氣，因此大氣質(zhì)量處于動態(tài)平衡。大氣中很多污染氣體或溶于水，或在大氣條件下變成氣溶膠粒子。大氣清除過程可分為干清除與濕清除過程兩大類。干清除過程指污染物粒子重力沉降，風場在清除污染物的過程中，將被污染的空氣搬運到清洗區(qū)，同時將經(jīng)過沉降及清洗后的干凈空氣送往污染區(qū)。而濕清除過程主要指云雨不停吸收與沖刷大氣中可溶氣體及氣溶膠，云雨帶氣流上升，低層四周氣流向云中輻合，從而將低層四周的氣溶膠輸送到云雨區(qū)清洗。

人工增雨指在自然冰晶不足的冷云中播撒干冰、碘化銀等催化劑，產(chǎn)生大量人工冰晶，促進降水發(fā)生。同時由于冰晶凝華潛熱的釋放，可以使云體溫度提高，促進上升氣流的發(fā)展，進一步加強成云降雨的過程［6］。由于降水對大氣污染濃度有較大影響，人工增雨可以提高云層的降水效率，增加降雨量和降雨時間，從而使降落的雨滴能更持久地對大氣污染物進行清洗。因此，人工增雨將成為改善空氣質(zhì)量的重要手段之一。本文結(jié)合宜昌地區(qū)氣象及空氣污染資料，選取主要大氣污染物PM2.5，PM10，O3，NO2，SO2，CO為研究對象，分析降水與空氣污染之間的關系及宜昌24 h降水對空氣污染指數(shù)的關系和影響，以及實施人工增雨作業(yè)對城市空氣質(zhì)量的改善情況。

1 資料來源

1.1 研究區(qū)域概況

宜昌市位于湖北省西南部、長江中下游分界處，“上控巴蜀，下引荊襄”，地跨東經(jīng)110°15′～112°04′、北緯29°56′～31°34′，國土面積為2.1萬km2，是典型的亞熱帶季風濕潤氣候，四季分明，水量豐富。2022年，全市戶籍人口為405.97萬人，實現(xiàn)國民生產(chǎn)總值4 261.4億元，因三峽大壩建設而被譽為“世界水電之都”［7］。由于宜昌市東西高差大，長江穿越其間，形成了自西部山地向東部平原開口的“喇叭口”地形。受此特殊地形影響，宜昌地區(qū)主要大氣污染物為PM2.5，PM10和O3［8］。針對這一特點，對2022年1月4日人工增雨對當?shù)丨h(huán)境空氣質(zhì)量的影響進行研究，探索人工降雨對宜昌城區(qū)污染性天氣進行治理的可行性。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2021年12月31日開始，宜昌市空氣質(zhì)量由優(yōu)良轉(zhuǎn)差，連續(xù)120 h空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）在100 μg/m3以上，最高達到226 μg/m3，屬重度污染天氣。宜昌市啟動污染天氣應對預案，2022年1月4日宜昌市氣象局實施了一次以改善空氣質(zhì)量為目的冬季人工增雨作業(yè)，本文利用宜昌市空氣質(zhì)量監(jiān)測站數(shù)據(jù)、國家氣象站地面氣象資料、區(qū)域自動站降水資料，對此次作業(yè)進行了綜合分析，以期為后期開展人工增雨改善空氣質(zhì)量活動提供參考。

2 作業(yè)實施情況

由于2021年12月31日起宜昌市空氣質(zhì)量持續(xù)轉(zhuǎn)差，2022年1月3日下午，宜昌市大氣重污染應急指揮部啟動了重污染天氣黃色預警，為改善空氣質(zhì)量，需根據(jù)天氣情況適時開展人工增雨作業(yè)。宜昌市人工影響天氣辦公室（人影辦）密切關注天氣變化，與氣象臺開展天氣會商分析研判，做出“2022年1月3日夜間至4日夜間，全市有一次降水過程，具備人工增雨作業(yè)條件”的預報。根據(jù)天氣會商意見，4日市人影辦抓住最佳作業(yè)時機利用地面遠程遙控撒播系統(tǒng)先后在夷陵、秭歸、長陽等地開展作業(yè)，共消耗焰條30根；夷陵、五峰、宜都、興山、長陽、秭歸等地抓住最佳作業(yè)時機利用地面火箭積極開展作業(yè)，消耗火箭彈21枚。

3 2022年1月4日降水實況

2022年1月4日夜間至5日夜間，宜昌市北部出現(xiàn)小雨，南部小到中雨，局部中雨。據(jù)自動雨量站網(wǎng)統(tǒng)計，1月4日00∶00至5日00∶00，全市累計雨量≥5 mm的有290站，累計雨量≥10 mm的有84站，累計雨量≥15 mm的有22站，最大雨量為19 mm，出現(xiàn)在五峰的清水灣和石柱山。這期間宜昌市累計雨量見圖1。

4 改善效果

2022年1月3～5日宜昌市空氣質(zhì)量指數(shù)AQI分別為202，226，127 μg/m3。此次增雨帶來的降雨時段為1月4日00∶00至5日00∶00，主要集中在1月4日。增雨前（1月3日01∶00至1月4日00∶00），小時AQI在145～295 μg/m3之間，均值196 μg/m3；增雨后（1月4日01∶00至1月5日00∶00），小時AQI在160～291 μg/m3之間，均值為223 μg/m3。從小時AQI看，增雨前空氣質(zhì)量在逐漸變差，增雨后空氣質(zhì)量在緩慢改善，但改善速度較慢，至1月4日16∶00才脫離重度污染范圍。增雨前后小時AQI見圖2。

從監(jiān)測項目來看，PM10和PM 2.5在增雨前迅速上升，其中PM 2.5小時濃度上升至接近嚴重污染級別，增雨后顆粒物濃度緩慢下降（圖3）。其中，PM10于2022年1月4日20∶00開始降至國家二級標準日濃度限值以下，PM 2.5始終維持在二級標準以上。

對比增雨前后宜昌主城區(qū)各項環(huán)境空氣污染物濃度小時值，取增雨前、后各24 h均值進行比較，發(fā)現(xiàn)增雨后，僅臭氧和氮氧化物下降，包括PM 2.5在內(nèi)的其他污染物均上升或持平（表1）。

5 結(jié) 語

本次人工增雨是在宜昌城區(qū)出現(xiàn)重污染天氣的時期進行的，增雨前PM 2.5小時濃度上升至接近嚴重污染級別，增雨后PM 2.5濃度緩慢下降，說明降雨對空氣質(zhì)量的改善明顯。

需要說明的是，受雨量較小以及降雨范圍不均衡等因素的影響，增雨后，空氣質(zhì)量改善速度較慢，導致增雨后24 h AQI均值（以及PM 2.5等污染物濃度）相較于增雨前高。從較長的一段時間看，增雨結(jié)束后，2022年1月5日空氣質(zhì)量改善為輕度污染（AQI為127 μg/m3），2022年1月6日繼續(xù)改善為良（AQI為77 μg/m3）。

參考文獻：

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［3］ 王艷秋，楊曉麗.哈爾濱市降水形勢對大氣污染物濃度稀釋的影響［J］.自然災害學報，2007，16（5）：65-68.

［4］ 李瑞，王旭.烏魯木齊市降水對大氣污染的影響［J］.沙漠與綠洲氣象，2007（2）：13-15.

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