一次大范圍霧霾及雨雪對西安市空氣質量的短期影響

吳昊錦 王 博(西安高新第一中，西安 710075)

一次大范圍霧霾及雨雪對西安市空氣質量的
短期影響

吳昊錦 王 博
(西安高新第一中，西安 710075)

隨著城市極端天氣的頻繁發生，城市空氣質量對人類健康和城市生態系統正常運轉有著重要調節作用。在此背景下本實驗通過長期數據的調查和整理利用環保部等部門公布相關數據為基礎探究大范圍霧霾及雨雪對西安市空氣質量的影響。研究表明7、9到12月平均PM2.5、PM10及AQI呈穩定上升趨勢，溫度出現季節性下降，但三季節的整體平均值(代表全年)及大范圍霧霾的加入表明西安空氣質量為中度污染狀態，但沒有霧霾天氣的全年平均溫度為輕度污染狀態，而短暫的降雪或日常雨雪可以迅速改善城市空氣質量。

西安市；城市生態系統；空氣質量指數(AQI)

1 引言

城市空氣質量的特征反映了空氣污染程度，它是依據空氣中污染物濃度的高低來判斷的。空氣污染是一個復雜的現象，在特定時間和地點空氣污染物濃度受到許多因素影響。來自固定和流動污染源的人為污染物排放大小是影響空氣質量的最主要因素之一，其中包括城市車輛的尾氣、工業生產排放、居民生活等，城市的發展密度、植被等是調節空氣質量的重要因素。

1.1 空氣污染物

可吸入顆粒物是指懸浮在空氣中，空氣動力學當量直徑≤10微米的顆粒物。可吸入顆粒物的濃度以每立方米空氣中可吸入顆粒物的毫克數表示。顆粒物的直徑越小，進入呼吸道的部位越深。10微米直徑的顆粒物通常沉積在上呼吸道，5微米直徑的可進入呼吸道的深部，2微米以下的可100%深入到細支氣管和肺泡。

1.2 我國城市空氣質量

2012年，325個地級及以上城市按照《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)，達標城市比例僅為40.9%；113個環境保護重點城市環境空氣質量達標城市比例為88.5%，按環境空氣質量新標準評價，達標城市比例僅為23.9%。

1.3 空氣污染指數

我國當前采用的空氣污染指數(AQI)分為五級，AQI值小于等于50，說明空氣質量為優，相當于達到國家空氣質量一級標準，符合自然保護區、風景名勝區和其它需要特殊保護地區的空氣質量要求。AQI值大于50且小于等于100，表明空氣質量良好，相當于達到國家空氣質量二級標準。AQI值大于100且小于等于200，表明空氣質量為輕度污染，相當于達到國家空氣質量三級標準；長期接觸，易感人群病狀有輕度加劇，健康人群出現刺激癥狀。AQI值大于200，表明空氣質量較差，超過國家空氣質量三級標準，一定時間接觸后，對人體危害較大

1.4 研究進展

關于空氣污染等方面研究表明西安空氣質量有著明顯的季節變化特征，并且夏季優于冬季，介紹了西安地區清潔能源的使用情況，在此基礎上提出了西安市大氣環境質量改善措施(張建濤等，2003)。而張國勛(2003)及肖以華等(2011)和陳添探究了氣象因素和植被對地區空氣質量的調節作用，而張艷2010年通過探究區域大氣波動探究其對上海市空氣質量影響特定，而劉俊(2009)在此基礎上結合極端空氣現象霧霾，來探究霧霾天氣對區域空氣質量的影響特點，在此基礎上我們在總結前人研究的基礎上來探究西安城市生態系統空氣質量波動特征。

2 材料與方法

2.1 實驗設計

本實驗通過連續觀測西安市7月份、9月份及12月份每天9點的空氣質量，并結合7月8日-9日，7月12日到13日兩次連續空氣質量對西安城市空氣質量波動特征進行探究，并且對全年中常見天氣進行持續觀察和統計，旨在更好的闡述西安市城市空氣質量特征，從而服務于人民。

由輸電塔的前12階模態分析可以看出：整個鋼管塔在中橫擔以下部位變形較小,中橫擔以上部位變形較大,地線橫擔及上橫擔較易發生扭轉變形,地線橫擔的變形尤為嚴重.因此，在鋼管塔抗震分析時,中橫擔以上的部位應重點研究.

2.2 實驗方法及數據分析

通過中國氣象局、中國天氣網、中國氣象頻道軟件及各城市公布的空氣質量數據進行2013年7、9、12月西安市的空氣質量數據獲取，并對各個城市7月8日和12日全天空氣質量動態數據進行實時更新。

通過Microsoft Excel軟件進行西安市的空氣質量原始數據的記錄，并利用 Microsoft Excel和Sigma plot軟件進行相關圖標的制作。|

3 結果與分析

3.1 西安城市生態系統空氣質量月波動特征

通過收集2013年7月、9月季12月份的空氣質量數據代表一年匯中夏季、秋季和冬季空氣波動特征，西安市整體空氣質量是以溫度、PM2.5、PM10及AQI為重要波動指標。7月份空氣質量數據表明：PM2.5、PM10及AQI隨著時間的變化而成上升趨勢，而NO2、O3、CO、SO2等指標基本趨于穩定狀態；9月份這些指標趨于穩定波動但明顯高于月特征；進入冬季12月份的空氣特征處于上升趨勢。整體三個季節的空氣質量指標隨著溫度減少而大幅度上升(圖1)。

圖1 西安市2013年7、9及12月空氣質量動態(包含一次大范圍霧霾數據)

注：1-14、15-29、30-46分別為7、9、12月隨機空氣質量測定值的代表值圖2 西安市2013年7、9及12月空氣質量動態(不包含一次大范圍霧霾數據)

3.2 西安市一次大范圍霧霾天氣特征

2013年12月17日西安市迎來了歷史上影響最大歷時最長的霧霾天氣。在此基礎上，通過觀察記錄和分析發現：在無風狀態下空氣質量在8小時內迅速從輕度污染達到重度污染程度，并且在此后無風的六天中，西安AQI空氣質量指數維持在400-800之間(圖3)，完全超過了全球絕大多數城市空氣質量。在此期間，城市的各項工作基本無法展開，盡管西安高新區采用了超強距離噴霧器進行高空噴水項目，其對空氣質量指數沒有任何影響，而藥店等場所PM口罩瞬間售罄，老年人和兒童呼吸道疾病驟升。然而26日的一陣清風一夜間還給西安人民晴天萬里(在8小時內AQI從500左右驟減于60內達到優良天氣)。

圖3 西安大范圍霧霾天氣空氣質量波動圖

3.3 冬季小雪對空氣質量的調節

通過對冬季特有降雪天氣的調查與分析發現：降雪能夠快速降低AQI、PM10及PM2.5等空氣中懸浮的微小顆粒，而對于溫室氣體等基本沒有影響。

圖4 冬季(1月份)小雪對城市空氣質量的短期調節

3.4 西安城市生態系統空氣質量特征

通過對2013年各個時期的調查，經過數據平均分析發現，7、9及12月平均空氣指數中PM2.5、PM10及AQI呈急劇上升趨勢，但三季節的平均值(代表全年)呈現優良空氣狀態，并且隨著季節變化溫度出現和季節相適應的下降。由于12月的一次大范圍霧霾天氣的影響，整個西安市全年空氣質量從良(AQI小于100)升至116(中度污染)，但沒有大范圍霧霾的數據顯示全年空氣質量為輕度污染(AQI低于100)且發現調查期間的短期雨雪天氣可以快速改善空氣質量(圖5)。

圖5 西安2013年平均空氣質量特征(包含一次大范圍霧霾天氣數據)

圖6 西安2013年平均空氣質量特征(包含一次大范圍霧霾天氣數據)

4 討論與結論

空氣污染是一個復雜的現象，在特定時間和地點空氣污染物濃度受到許多因素影響。來自固定和流動污染源的人為污染物排放大小是影響空氣質量的最主要因素之一隨著城市極端天氣的頻繁發生，城市空氣質量對人類健康和城市生態系統正常運轉有著重要調節作用。在此背景下本實驗通過長期數據的調查和整理利用環保部等部門公布相關數據為基礎，探究大范圍霧霾及雨雪對西安市空氣質量的影響。研究得出以下結論和建議：

4.1 西安市空氣質量波動特征及原因

7、9及12月平均空氣指數中PM2.5、PM10及AQI呈上升趨勢，但三季節的平均值(代表全年)呈現輕度污染空氣狀態。經過詳細分析我們發現冬季12月份的一次特大霧霾天氣對全年的平均空氣質量的貢獻非常大，完全可以將全年的輕度污染程度擴大至中度污染天氣，且在隨后也發現了冬季雨雪天氣能夠在短期內降低空氣中懸浮顆粒從而能在降雪24小時后快速凈化空氣。

4.2 市民出行鍛煉建議

根據本次實驗我們認為盡管早上8點的空氣質量和下午16點的空氣質量都比較良好，但我們建議早上晨練的老人和兒童應該在陽光下的8點進行晨練或者在每日下午16點左右進行基本的有氧鍛煉，并且在霧霾天氣佩戴口罩并減少戶外相關活動，盡管雨雪天氣可以很快緩解城市中空氣質量，但本研究建議應該雨雪天一天后進行戶外活動。

[1]張建濤，孟小絨，樊慧麗等.西安地區大氣質量分布特點和能源使用概述[J].陜西氣象，2003，27-28.

[2]劉俊，袁鸞，劉衍君.珠江三角洲一次大范圍灰霾天氣下的空氣污染特征分析[J].環境科學導，2009，28(4)：78-82.

[3]陳添.氣象條件對北京市空氣質量的影響[J].環境保護，2008，5B，46-49.

The Short Effect of One Large-scale of Fog and Rain or Snow on the AQI of Xi′an City

WU Jinhao WANG Bo
(Xi′an Gao Xin No.1 High School，Xi′an 710075)

The AQI have the negative on the life or healthy to human，especially with the extreme weather such as large-scale of fog with AQI beyond 300. This experiment focus on The short effect of one large-scale of fog and rain or snow on the AQI of Xi′an city with the data from admonition of weather or APP.The result show PM2.5、PM10and AQI of July and September or December of the whole year had the increased tread which mean the bad weather with temperature decreased by season，while the average AQI of season below 100 which mean good weather.The key of the experiment is the short time of snow and rain decreased the AQI finally with short time of increased.

Xi′an city；the city ecosystem；AQI

吳昊錦，本文為高中大氣環境議題的研究性學習成果

X21

A

1673-288X(2017)01-0126-03

引用文獻格式：吳昊錦 等.一次大范圍霧霾及雨雪對西安市空氣質量的短期影響[J].環境與可持續發展，2017，42(1)：126-128.