城市環境污染因子24小時污染狀況解析

邵穎慧

（運城市環境保護局空港分局 山西運城 044000）

2000年4月29日第九屆全國人民代表大會常務委員會第十五次會議通過中華人民共和國大氣污染防治法以來，大氣污染越來越被重視。運城市不同月份霾出現的日數明顯不同。冬、秋、春三季運城市空氣干燥，地面附近的灰塵、汽車尾氣難以擴散或稀釋，容易導致灰霾天氣的出現。灰霾是一種能見度低于10公里的大氣渾濁現象。經過長期的監測結果顯示，在相當長的時期內，運城市大氣能見度一直呈現快速退化的趨勢，1957年至2005年間，運城市能見度平均下降了10公里以上，并從市區逐漸向周圍快速蔓延，給人民的身體健康造成了非常大的影響。李克強總理在國務院常務會議上提出了一些要求，并且對當前國內的大氣污染防治工作給予了高度的評價，而且還部署了十條有效的應對策略。

根據各級政府部門及環保部門的安排，運城市于2003年起逐步安裝了環境空氣全自動監測系統以及氣象觀測系統，以此來有效監測環境空氣質量、氣象要素。2011將兩個子站監測項目由三參數擴至六參數，2012年將所子站監測項目由三參數擴至六參數，2013年實行環境空氣質量監測實時發布。以同步監測為手段，對城區大氣環境污染情況進行24小時監測、統計，以期通過該種方法，找到其中的變化規律，從而為做好空氣質量預報、及污染解析提供依據。

1 運城市氣象狀況概述

1.1 布局與條件

對于運城市區而言，就地理位置上來講，其地處黃河中游位置，東西北南四個方向上，分別于夏縣、永濟、萬榮與臨猗以及平與陸芮城相接壤，是典型的“晉南和晉、陜、豫黃河金三角地區城市；它以貿易、化工、旅游、建材以及教育和加工等行業為基礎，是一座綜合性的城市。據統計數據顯示，當前運城市區總人口超過30萬，其總面積僅有30平方千米；氣候類型屬于溫暖大陸季風氣候，因此夏季多雨、炎熱多雨，而冬季則相對比較干燥、寒冷；運城市年平均溫度大約在13.6攝氏度，其中一月份的氣溫大約在零下2.2攝氏度左右，七月份的氣溫大約在27.4攝氏度左右，歷史上最高溫度可達42.7攝氏度、最低氣溫可達零下-18.5攝氏度，無霜期全年共計206天。據氣象部門給出的數據顯示，整個運城市的年降水量大約在564毫米左右，多數集中在7至9月份時間段，而且其年平均風速可達每秒2.7米，最大風速可達每秒17米左右，靜風頻率超過27.5%。

1.2 運城環境空氣監測

為了游戲監測運城市區的空氣質量狀況，在整個運城市區建成了1個控制中心、5個子站。以工業片區、交通片區、商貿、居民片區、學區等各個功能區域為劃分標準。每個子站儀器均采用具有國家資質的環境質量監測系統，其中可監測到的污染因子主要包括PM10、PM2.5、NO2、SO2以及CO和O3，同時還建立和完善了自動觀測系統，可對氣壓、氣溫、風速以及風向和相對濕度等因素進行全面的監測。

2 污染物及氣象要素實時變化研究

基于同步監測數據的統計、分析，可將PM10、SO2以及CO和O3等污染因子、氣溫、風向、氣壓以及風速和相對濕度在某一時間段的平均值計算出來，然后繪制出一副環境污染因子均值變化圖（如圖1所示）。從濃度值代表該時刻，到后一小時的小時均值、氣象要素小時均值變化曲線圖如圖2和圖3所示。

圖1 污染因子小時均值變化曲線圖

從圖1中可以看到，運城市區空氣污染物中的PM10變化規律是：早晨大約8至10點這一時間段污染最為嚴重，而11點過后就會漸漸地減輕；下午l6時，其濃度會降到最低點，而晚上18點以后，空氣污染物的濃度又會加重，直到夜間2l至23點，全天污染最為嚴重的峰值濃度出現了；從0點-7點，這一時間段為全天濃度次低值，此時污染程度比較輕。

由圖l可知，SO2在一天內的變化規律、PM10的變化規律，二者基本相同，最大的區別在于污染峰值提前了，而且持續的時間相對也比較短一些，污染最重的時間是上午的8點到10點，污染最輕的時間是16時。由此可見，SO2這類污染物的空氣濃度變化范圍相對較大一些。

對于NO2這類污染物而言，其每天會出現兩個峰值，主要在上午的8時左右、2l點左右，該污染物濃度最低時段大約在14至16點之間。從NO2這類污染物的空氣濃度小時值來看，全年統計結果顯示沒有超標（二級標準）的日均濃度極限值為每立方米0.12毫克。

基于以上分析，筆者認為三類污染因子均在上午時段濃度最大、污染最為嚴重，而夜間次之，只有在下午時段，其污染程度才是最輕。對于污染物而已，其日內變化規律非常的明顯，之所以會出現這一現象，主要成因如下：

2.1 人為因素

據調查發現，運城市區市民活動呈現出一定的規律性，日夜變化似乎暗合著一定的規律，比如日間活動強度相對較大一些，而夜間活動頻率不高。具體而言，上午7時至9時、下午18時，為運城市區上下班人流、車流高峰期，此時的空氣污染物濃度非常的大。實踐中，因監測位置與城市交通干線之間存在著一定的距離，而且環境空氣中的污染物濃度表現出一定的滯后性，尤其是PM10、SO2以及NO2等，上、下午時間內出現相對峰值，這說明該市居民活動量對空氣環境質量會產生一定程度的影響。近年來，運城夜間作業、居民活動也表現出一定的特點，即建筑行業施工、生產以及生活鍋爐運行過程中，會產生一定的生活污染氣體和懸浮顆粒，人為活動量明顯增多，導致污染物大量排放，加之夜間的溫度相對較低，不利用污染物的沉淀、消除，因此夜間污染物濃度明顯提高。

2.2 混合層、逆溫層日內演化

在夜間時間段，因地表面受到長波的輻射，溫度持續下降；對于近地面而言，大氣會隨之逐漸的冷卻下來，上層空氣溫度通常比較高一些，因此形成了近地面輻射逆溫層，此時大氣層趨于一種相對穩定的狀態。在夜間時間段，由于居民的夜生活強度非常的小，很少產生污染物，因此污染也非常的輕。拂曉以后，太陽輻下的地表溫度會逐漸升高，而且夜間形成了逆溫層破壞提升，從而形成下部對流混合，影響了污染物的快速擴散。日間運城市民活動強度相對較大，污染物也會不斷的增加，導致地面污染物濃度持續升高。該種狀態一直持續一上午時間，以致于污染程度相對較重；而午后時間段污染物會在垂直方向擴散，降低污染。

2.3 風因素

對于混臺層、逆溫層而言，其日內全時段演化過程中，最為主要的影響因素是污染物是否在垂直方向上能夠有效的擴散。在此過程中，風速大小決定著污染物水平擴散速率；因運城市平均風速非常的小，小風和靜風頻率相對較高，所以通常情況下染物水平方向上很難見到擴散效果。實踐中可以看到，隨著風速的不斷增大，空氣污染物可得到有效的解決和稀釋，隨之迅速移至下風向位置，所以水平風速決定著污染物擴散能力。從圖2中可見，平均風速在15至17時可達到每天的最大值，這說明該時段空氣污染物擴散速率相對大一些，促使污染濃度降低。

圖2 風速

2.4 相對濕度分析

運城市市區空氣相對濕度增大時，有利于水汽凝結在空中懸浮顆粒物之上，特別是大氣環境相對穩定的條件下，可能會有霧出現。在大霧天氣，各類空氣污染物，尤其是PM10、PM2.5的濃度會非常的高。通過監測觀察發現，大霧天氣條件下，三個子站的上述污染物濃度會普遍的偏高，API指數也會隨之增大，污染水平交稿。從上圖3分析研究，早上和午后兩個時間段，相對濕度分屬最高、最低值。

圖3 濕度

3 氣溫日較差、污染物日均污染濃度之間的關系分析

對于運城市區而言，因其地處位置在中條山腳下一個鹽池盆地周圍，所以其平均風速相對的小，空氣污染在垂直方向上可以有效的得以擴散。筆者認為運城市區的氣溫日較差天氣晴朗程度氣象要素可用以描述污染物垂直擴散強度。晴朗天氣條件下，天空的云量會非常的少，而夜間少云天空條件下，不會影響地表輻射降溫；直到清晨時段，氣溫會逐漸降低到最低值；在太陽出來以后，光照直達地面，此時底層空氣會被加熱，促使氣溫在午后達到一個相對較高的水平，并且導致日較差較大。同樣，日間光照較強，清晨地表被迅速加熱，空氣垂直對流旺盛，逆溫層在較短時圈內消失，早上至上午重污染時段縮短，污染物在垂直方向上能夠及時得到擴散，污染物日均濃度值較低。空氣污染物在垂直方向上難以有效擴散，污染程度相對較重一些。

據同步監測信息統計分析發現，如果將雨雪日、風速超過每秒2米的時間統計數據刪除，就PM10以及SO2和NO2的日均濃度、氣溫日較差之間的關系進行分析。氣溫日較差不斷增大的同時，各類污染因子的日均濃度值會逐漸的下降。實踐中可以看到，氣溫日較差、逆溫層以及混合層和風速等氣象資料比較方便觀測、預報，因此日后的空氣污染情況預報過程中，建議采用氣溫日較差作為表征污染物在垂直方向擴散強度的氣象因子參與計算。

4 研究結論與建議

4.1 研究結論

4.1.1 基于對運城市區空氣污染、氣象要素實時變化分析，其日內污染上午最重，夜間次之，而下午時段最輕。

4.1.2 上述問題的成因既包括人為因素，同時也有相關氣象因素。其中人為因素表現在居民日間活動強度比夜間大；而氣象因素則由混合層、逆溫層日夜演變以及相對濕度等因素構成。

4.1.3 對于發展運城而且，在某一個時段的空氣污染物濃度表現非常的突出。主要與該地區個別行為活動有關，如工地施工、夜市等等。

4.2 建議

4.2.1 應積極開展植樹造林、退耕還林、封山育林，禁止私采亂挖、破壞植被，減少裸露地面，改善生態環境。因為樹木花草不但可以防風抑沙、覆蓋地面、涵養水源、減少揚塵，而且還可以吸附揚起的塵土。

4.2.2 應加強城市建設中揚塵等污染物監測、防治、預警。

4.2.3 快農業現代化建設步伐，調整農業產業結構，改進耕作方法（機械收割、秸稈還田、節水噴灌、大棚種植、規模養殖……），農村環境連片整治（沼氣工程、固廢集中處理、道路硬化、綠化美化……），以改變運城市周邊農村對城市環境壓力。

4.2.4 加大污染減排工程建設和投運力度（工業企業脫硫、脫硝、消煙、除塵）；搞好循環經濟建設（固廢綜合利用，固廢制磚、制水泥……）；工業生態園建設（上一企業的廢物是下一企業的原料，園內自身循環，3R原則），改變城市周邊工業園、企業對城市環境壓力。

4.2.5 實行機動車尾氣檢測、貼標制度，限期治理制度；淘汰黃標車輛，規劃黃標車限行區域（城市范圍內）；實施油品升級制度；治理超速超載，提倡綠色出行，多使用公共交通。