城市近地層風分布特征及其對大氣污染的影響

摘 要：本文選取鄭州市氣象局2014年逐日風速變化觀測資料，對近地層10m、70m、100m分布特征進行分析。結(jié)果表明：近地層各高度風速逐月變化趨勢基本一致，都呈增加—減少—增加趨勢，其中近地層100m高度增加趨勢要高于10m和70m高度風速變化。100m高度風速要高于70m和10m高度風速，即隨著高度增加，近地層風速也逐漸增加；10m高度四季風速較小，其次是70m高度風速，100m高度在四季風速最大，這種變化同近地層高度風速逐月變化趨勢一致，都是隨著時間變化，風速隨高度層不斷發(fā)生變化；近地層10m高度風向以E為最多，WNW、ESE和ENE風向次之，70m高度上以WNW風向最多，100m高度以WNW風向為主，NE和W風向次之，隨著高度增加，鄭州近地層主導風向發(fā)生變化；風速越小越不利于大氣污染物輸送，特別是靜風條件下極其不利，市區(qū)內(nèi)堆積的大氣污染物不斷增多，最終影響空氣質(zhì)量。

關鍵詞：近地層；風速；特征；大氣污染

中圖分類號：X51 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170933205

引言

隨著城市化進程不斷加快，城區(qū)面積不斷擴大，城市地表的熱力和動力過程都會對城區(qū)區(qū)域內(nèi)大氣邊界層產(chǎn)生不同程度的影響，進而導致城市區(qū)域內(nèi)的氣候和環(huán)境發(fā)生變化。城市的快速發(fā)展對風向、風速產(chǎn)生的影響較為顯著，不但造成風速明顯減小，還改變了近地層風的特征，進而對空氣污染物的擴散產(chǎn)生影響。本文對鄭州市近地層風特征進行分析，并探討其對大氣污染產(chǎn)生的影響，以期為將來進行城市規(guī)劃、建筑設計、大氣污染評價等提供參考。

1 資料選取

本文選取鄭州市氣象局2014年逐日風速變化觀測資料，其中10m風速為國家基準氣候站測風塔觀測的2min平均風速，70m、100m高度層風取自L波段（1型）高空氣象探測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件v3.20計算等間隔高度氣象要素值。資料經(jīng)過相關儀器有效值檢驗、極值檢驗和高度一致性檢驗等資料控制。通過選取10m、70m和100m高度層在7：00和19：00平均風速，分析鄭州城市內(nèi)近地層風分布特征。

2 城市近地層風分布特征

2.1 近地層各高度風速月變化

各高度風速逐月變化趨勢基本一致，尤其是70m和100m高度（圖1）。10m高度風速最小值在10月，為1.3m/s，最大值在5、7、12月，為2.2m/s，2者相差0.9m/s，風速變化呈先減少后增加趨勢；70m高度風速最小值在8月，為2.5m/s、最大值在12月，為4.2m/s，2者相差1.7m/s，風速變化呈波動增加后減少、再上升的變化趨勢，增加趨勢明顯；100m高度風速最小值在8月，為3.2m/s，最大值在12月，達5.1m/s，2者相差1.9m/s，風速呈增加—減少—增加變化趨勢，增幅高于10m和70m高度風速變化。100m高度風速高于70m和10m高度風速，即隨高度增加，近地層風速逐漸增加。

2.2 近地層各高度風速的四季變化

分析近地層各高度風速季變化可知，10m高度風速在冬季最大，春季和夏季次之，秋季最小；70m高度風速春季最大，冬季次之，夏季最小；100m高度風速春季最大，其次冬季，夏季最小。說明100m高度和70m高度風速四季變化趨勢基本一致。10m高度風速較小，其次是70m高度風速，100m高度風速最大，這種變化同近地層高度風速逐月變化趨勢一致，都是隨時間變化，風速隨著高度層不斷變化。

2.3 近地層各高度風向變化

近地層10m高度風向以E為最多，WNW、ESE和ENE風向次之，E、WNW、ESE、ENE的風向和占全部風向的42.6%；70m高度以WNW風向為最多，SE和NE風向次之，占全部風向的18.4% ；100m高度以WNW風向為主，NE和W風向次之，占全部風向的18.4%；隨著高度增加，主導風向由東逐漸向西南偏西方向偏轉(zhuǎn)，最后沒有發(fā)生變化（圖2）。

空氣水平運動過程中會有風形成。影響風的2個重要因子是風向和風速，風對污染物的擴散主要表現(xiàn)為：風對整體空氣輸送作用，風向在一定程度上決定污染物移動方向；風可以稀釋空氣中污染物濃度，風速決定污染物稀釋程度大小。在一定時間內(nèi)，若風速越大，同污染物氣體混合的清潔空氣量就越大，對風的沖淡稀釋程度就越高。實際上，大氣中污染物濃度同污染物總排放量之間呈正比關系，與風速卻呈反比關系。風速越小越不利于大氣污染物輸送，靜風條件下極其不利，市區(qū)會堆積的大氣污染物增多，最終影響空氣質(zhì)量。

近地面風速對大氣湍流產(chǎn)生的影響較大。一旦污染源排放到大氣中后，高濃度的污染物在湍流作用下，清潔空氣不斷深入，還會朝著其它方向分散，稀釋、沖淡污染物。風和湍流決定了污染物在大氣中的擴散情況，是影響污染物擴散快慢的影響因子。湍流強度隨著風速增加而增加，對污染物擴散速率產(chǎn)生影響。

4 結(jié)論

近地層各高度風速逐月變化趨勢基本一致，都呈增加—減少—增加趨勢，其中近地層100m高度增加趨勢高于10m和70m高度風速變化。100m高度風速高于70m和10m高度處風速，即隨著高度增加，近地層風速也逐漸增加。

10m高度在四季風速最小，其次是70m高度風速，100m高度風速最大，這種變化同近地層高度風速逐月變化趨勢一致，都是隨時間變化，風速隨高度層不斷發(fā)生變化。

近地層10m高度風向以E為最多，WNW、ESE和ENE風向次之，70m高度WNW風向為最多，100m高度以WNW風向為主，NE和W風向次之，隨著高度增加，鄭州近地層主導風向發(fā)生變化。

風速越小越不利于大氣污染物輸送，特別是靜風下，市區(qū)內(nèi)堆積的大氣污染物不斷增多，最終影響空氣質(zhì)量。

參考文獻

[1]徐永清，張弛，王慶祥，等.城市近地層風特征與污染系數(shù)分析[J].氣象環(huán)境與科學，2014，37（3）.

[2]王超，韋志剛，李振朝.敦煌戈壁地區(qū)近地層風的變化特征[J].高原氣象，2011，30（2）

作者簡介：王麗（1972-），女，河南商水人，本科，高級工程師，從事綜合氣象觀測工作。endprint