2016年西安市氣象條件對大氣污染影響評價

杜怡心，胡 琳，王 琦，張 俠，吳素良

(陜西省氣候中心，西安 710014)

近些年來，中國華北地區大氣污染受到廣泛關注。陜西省關中平原一帶的大氣污染問題也顯現出來。關中地區經濟發展較快，工業發展以及交通運輸產生的大氣污染物較多。西安市地處關中平原中部，南有秦嶺山區，北有黃土高原，南北兩側地勢較高，風在不同程度上會受到地形阻擋而減弱，大氣污染物擴散能力弱，垂直擴散能力也只有在對流旺盛的春夏季隨著對流加深才有明顯的清除作用。西安地區空氣污染問題已引起政府部門高度重視，西安市“十三五”規劃中明確提出大力推進治污減霾工作[1]。當污染源狀況保持相對穩定時，氣象條件對大氣污染物的擴散就有著重要的影響。本文通過與2015年進行對比分析，評價西安市2016年氣象條件的變化及對大氣污染的影響，為有效控制大氣污染提供科學依據。

1 資料來源

氣象資料選取2015—2016年西安市涇河站氣溫、降水、風速逐日觀測資料；空氣質量數據采用西安市環境監測站2015—2016年全市平均逐日AQI資料。

2 西安空氣質量與2015年比較

2016年，西安優良天數194 d，較2015年減少60 d，各污染級別日數均明顯高于2015年[2](表1)。PM10年平均質量濃度為138 μg/m3，PM2.5年平均質量濃度為70 μg/m3，較2015年分別上升9.3%和23%。西安污染日的主要污染物為PM2.5、PM10和O3。PM2.5和PM10作為首要污染物的污染日數分別為92 d和43 d，較2015年分別增加47 d和1 d；O3作為首要污染物的污染日數為37 d，較2015年增加17 d。PM2.5和PM10污染主要出現在秋冬季，O3污染主要出現在夏季。

表1 西安市2015—2016年空氣質量級別統計表 d

3 大氣環境氣象條件與2015年對比分析

3.1 降水日數、有效降水日數和年降水量

2016年降水日數、有效降水日數(日降水量≥2.0 mm)和年降水量較2015年分別減少15 d、2 d和100.9 mm(表2)。其中3月、4月和9月降水量減少最多，分別減少36.7 mm、67.2 mm和77.6 mm，導致有效降水日數也分別降低4 d、6 d和6 d，污染日數增加了12 d、9 d和10 d。表明2016年降水對于污染物的清除作用明顯減弱。

表2 西安市2015—2016年降水情況

降水對污染物具有沖刷作用，研究表明降水強度越大、持續時間越長，對污染物的沖刷作用越明顯[3-9]。2016年5月西安出現5次降水過程，伴隨著每次降水過程，AQI值均有明顯下降。其中5月7日降水5.6 mm后，AQI值從113降至72；5月13—14日持續降水34.4 mm后，AQI值從195降至47。11月兩次降水過程也分別帶來明顯的空氣質量由中重度污染轉為優良的變化。11月6—7日持續降水14.5 mm后AQI值從210降至68，21—22日持續降水18.9 mm后AQI值從173降至42。冬季降雪對污染物清除也起著非常重要的作用。2016年1月31日冷空氣活動帶來大范圍降雪，西安降水量6.8 mm，對污染物沖刷作用明顯，空氣質量迅速從30日12時的重度污染(AQI值221)轉為31日11時的優(AQI值45)(圖1)。

圖1 西安市2016年1月風速、氣溫、降水與AQI指數日變化

3.2 秋冬季大氣水平擴散能力

風速代表大氣水平擴散能力，大風有利于污染物的擴散，從而降低污染物質量濃度，尤其在PM2.5和PM10污染嚴重而降水較少的秋冬季，但在春季，大風有可能造成揚塵，增加大氣中較大顆粒物的質量濃度，形成沙塵天氣[7，9-11]。

2016年年平均風速和2015年相當，均為2.3 m/s，小風日數(日平均風速<1.5 m/s)有一定減少(表3)。考慮到每年的重度及以上污染基本都出現在1—2月、10—12月，此時風速對以PM2.5為主的污染物擴散有很大作用，對這5個月進行統計分析后，可明顯看出風速所代表的大氣水平擴散能力的變化。2016年秋冬季平均風速為2.0 m/s，較2015年2.2 m/s有明顯偏小，較全年平均風速也明顯偏小，說明大氣水平擴散能力在秋冬季較差。

2016年11—12月污染日數52 d，遠多于2015年同期的27 d，其中重度及以上污染日數達27 d，2015年僅11 d。在2016年12月7—21日中度及以上污染持續時間最長的過程中，涇河站日平均風速持續偏小，18日最小，僅0.7 m/s，較常年12月平均風速(2.0 m/s)明顯偏小，導致18—20日出現持續3 d嚴重污染天氣，AQI最大值達458。受冷空氣過程影響，21日風速明顯增大，22日 AQI值下降至100，空氣質量由嚴重污染轉為良。

表3 西安市2015—2016年平均風速和小風日數

3.3 冷空氣活動

冷空氣活動頻繁時，會帶來降水和大風天氣，有利于污染物的清除和水平擴散，從而降低污染物濃度。從冷空氣活動次數來看，2016年出現8次，較2015年減少5次(表4)。從冷空氣強度來看，2016年出現降溫幅度達4～6 ℃的中等強度冷空氣活動5次，超過6 ℃的強冷空氣活動3次，較2015年中等強度的冷空氣活動減少8次，強冷空氣增加3次。2016年1—3月西安出現5次中等強度及以上冷空氣過程，其中1月1次，2月3次，3月1次，與2015年比冷空氣活動次數(9次)偏少，污染日數偏多17 d。2016年雖然強冷空氣次數有所增加，但整體活動次數偏少，造成降水偏少，風速偏小，靜穩天氣增多，不利于污染物擴散，污染物累積效應持續增強。

表4 2015—2016年1—3月、11—12月西安市冷空氣活動情況

3.4 臭氧污染

已有研究表明，近地面大氣中的臭氧污染主要是由氮氧化合物和揮發性有機物經光化學反應產生。溫度越高，紫外線輻射量越多，濕度越低，越有利于臭氧污染的形成和積累[12-13]。

臭氧作為首要污染物第一次出現的日期為2016年為4月30日，較2015年5月23日提前較多。2016年臭氧作為首要污染物的日數為37 d，較2015年增加17 d。5月降水較多，空氣較潔凈，通透性好，太陽輻射逐漸增強，有利于光化學反應生成臭氧。隨著陜西省治污減霾工作力度的不斷加大，空氣中顆粒物大幅減少，對紫外線的吸收作用降低，紫外線強度增加，臭氧質量濃度隨之上升。

6月西安11—13日、17—20日、28—29日出現3次臭氧作為首要污染物的持續污染過程，較2015年6月增加了12 d，其中17—20日出現持續中度污染，空氣相對濕度28%～46%，平均氣溫31.1 ℃，最高氣溫37.6 ℃，天氣晴朗，云量少，太陽輻射強，有利于臭氧生成(表5)。

4 結論

(1)2016年，西安空氣質量優良天數194 d，較2015年減少60 d，空氣質量較差。PM2.5和PM10作為首要污染物的污染日數分別為92 d和43 d，O3為37 d。PM2.5和PM10作為首要污染物主要出現在秋冬季，O3主要出現在夏季。

(2)2016年降水日數、有效降水日數和年降水量較2015年減少，其中3月、4月和9月降水量和有效降水日數減少最多，導致污染日數共增加了31 d。表明2016年降水對于污染物的清除作用明顯減弱。

表5 西安市2015—2016年5—9月臭氧污染和氣象要素情況

(3)2016年年平均風速和2015年相當，但重度及以上污染主要出現的1—2月、10—12月的平均風速較2015年同期明顯偏小，比2016年全年平均風速也明顯偏小，說明大氣水平擴散能力在秋冬季較差。2016年冷空氣強度雖然有所增加，但活動次數偏少，造成降水偏少，風速偏小，靜穩天氣增多，不利于污染物擴散，污染物累積效應持續增強。

(4)臭氧作為首要污染物第一次出現的日期較2015年提前較多，6月和9月相對濕度偏低、溫度偏高、日照偏強有利于臭氧生成，造成臭氧作為首要污染物的日數增加較多。隨著大氣顆粒物減少，太陽輻射增加，氣溫偏高、降水偏少，臭氧已經成為日照充足的春夏季除顆粒物之外的第二大污染源，需要引起足夠重視。

[1] 西安市國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要[EB/OL].[2016-03-09].http://www.xa.gov.cn/ptl/def/def/index_1121_6774_ci_trid_2001820.html.

[2] 2016年陜西省環境狀況公報[EB/OL].[2017-06-01].http://www.snepb.gov.cn/newstype/hbyw/hjzl/hjzkgb/.

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