寶雞市空氣質量預報系統本地化應用分析

徐衡 朱筱娟 羅漢翔

摘 要：城市空氣質量不僅受到城市發展的影響，目前很大一定程度受到天氣氣候起到一定主導作用[1]。以寶雞本地實際空氣質量特點及污染物與氣象因素與各污染物及不同時期，不同站點的影響程度，及寶雞市工業分布，排放特點，在做空氣質量預報預警模型時應做好本地優化。

關鍵詞：環境狀況；預報本地優化；寶雞

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0017-02

寶雞市目前工業結構相對簡單，以機加工行業為主，且燃煤大戶相對集中，所以污染源排放控制相對容易，同時城市大氣污染源排放在短時間內變化不大，相對穩定。我國目前大氣環境治理尚處于第二階段“持續進行治理，但受到風速、濕度、降雨等影響，空氣質量會出現波動”大氣環境質量的好壞以及區域空間分布很大一定程度取決于大氣氣象擴散條件。

目前關中地區污染物排放總量過高，單位面積內的生產、生活排放遠遠超過了環境承載能力。現階段只依靠減排來改善環境質量現狀不現實，也不可能。如何能更好實現大氣環境改善目標，早日實現藍天綠水，在現階段我們在制定和落實大氣污染防治方案時就應該合理的考慮氣象條件對大氣環境質量的影響。目前國內外已經對氣象對環境質量影響，開展了很多研究，并大量的在環境質量預報和大氣環境治理方面應用，特別是在大氣環境質量預報方面。國家層面、省、市基層面都開展了區域性的環境空氣質量預報。目前國際上空氣質量預報的方法有兩種，一種是以統計學為基礎，利用現有數據，基于統計分析，研究大氣環境的變化規律，建立大氣污染物濃度與氣象參數間的統計預報模型，來預測大氣污染物濃度，稱之為統計預報；另外一種則是以大氣動力學理論為基礎，基于對大氣物理和化學過程的理解，建立大氣污染濃度在空氣中的輸送擴散數值模型，借助計算機來預報大氣污染物濃度在空氣中的動態分布，稱之為數值預報[2]。如何贏得空氣重污染應對主動權，準確空氣質量預報為大氣污染防治確立了可持續發展的基礎，可持續有力的實現改善環境質量的目的[3]。本文就是在寶雞市大氣污染特征的基礎上如何將統計預報更優化的完成本地化應用的研究。

1 大氣環境狀況分析

由于城市大氣污染源的排放在一段時間內是相對穩定的，大氣污染物濃度時空分布的不確定性在一定程度上主要取決于大氣擴散條件。在污染物排放相對平穩的條件下，由于天氣背景的不同，可以使大氣污染物的平均環境濃度發生幾倍、甚至幾十倍的差異。因此，在進行空氣質量預報研究的第一步首先要掌握本地空氣質量時間、空間上的變化特征。

中國科學院地球環境研究所研究員曹軍驥認為陜西關中地區在污染擴散條件方面存在“先天不足”。地形方面，關中地區在秦嶺和黃土高原的包圍下形成東西向的喇叭形開口，污染物只能在有西北風的時候被吹散，其他風向下都會導致本地污染物的積累甚至外地污染物的輸入。氣象特征方面，關中地區常年主導風向為東北風，全年靜風頻率為35%。而在冬季，靜風頻率更是高達45%，且僅有不到20%的天氣形勢有利于大氣污染擴散。

寶雞市地地形南、西、北三面環山，以渭河為中軸向東擴展，呈尖角開口槽形特點致使環境容量小，不利于污染物擴散。秋冬季寶雞地區邊界層高度一般只有500-600米左右，抑制了大氣垂直交換，地面污染物堆積，容易形成污染天氣。而且存在大氣污染條件下的“空氣壓縮”效應。大氣污染越重，邊界層的高度越低，形成進一步的“空氣壓縮”，使大氣污染加劇，惡性循環。根據研究1960年至2013年寶雞市人均氣候舒適度指數平均每10年增加0.38，春季上升幅度最大0.64每10年，其次為冬季0.53每10年[4]。也就是說寶雞氣候條件在發生變化，寶雞在變暖。

1.1 空氣質量現狀

寶雞市自2014年執行新的環境質量標準以來至2017年空氣質量優良天數平均250天。PM2.5和PM10為主要超標污染物，年均值濃度超過國家年二級標準，臭氧污染天數呈現逐年增加趨勢。PM10和O3-8h主要在空氣質量為良和輕度污染時為首要污染物，PM2.5除了在良和輕度污染時為首要污染物外，在中度污染、重度污染和嚴重污染時也為首要污染物。

從近4年市區空氣質量及各子站空氣質量變化來看，空氣質量整體呈現好轉態勢，顆粒物濃度減排效果顯著，減煤、控煤成果明顯體現，臭氧污染呈現逐年加重趨勢。從近4年的數據監測來看寶雞市區空氣質量受氣象條件影響較大，易受氣象條件變化出現空氣質量反彈。寶雞空氣質量季節性變化非常明顯，冬季污染最重，春秋季節寶雞市區空氣質量易受到來自新疆、甘肅等地的沙塵天氣影響出現揚沙浮塵天氣。夏季寶雞空氣質量最好，主要是由于氣象條件影響擴散條件明顯好轉，但同時受到顆粒物減排及目前二氧化氮濃度上升及揮發性有機物排放量大的影響臭氧污染較重。

1.2 污染物關系分析

SO2與NO2在工業源方面具有同源性，SO2主要排放來源于工業，而NO2除工業源外還有機動車源。在冬季和初春，NO2與SO2同源性較為明顯，相比機動車，工業排放污染影響更加明顯，而夏季機動車影響較為明顯。

PM2.5與PM10的比值主要用來評估顆粒物中二次成份來源，比值越大說明二次生成率越高，比值越小說明受沙塵、揚塵影響較大。PM2.5與PM10比值波動頻率較大，在1月末和3月下旬，5月下旬，6月下旬均有較高值出現；在2月末，3月初，4月中旬，10月初均有較低值出現，說明在此期間沙塵或揚塵影響較大。

1.3 污染排放情況

2015年，寶雞市第一產業、第二產業、第三產業之間的規模比例為7：55：38。第一產業和第三產業的規模仍遠遠落后于第二產業。近幾年二產增速下降，但占比依然最重。表明寶雞仍然是一個典型的工業城市。2015年全市規模以上企業煤炭使用量1089.28萬噸，位于寶雞市北部，鳳翔縣長青工業源中主要企業煤炭消耗量巨大，占全市煤炭使用量的近70%，園區中，大唐寶雞熱電廠共使用142.54萬噸，長青能化共使用26.59萬噸，東嶺冶煉共用煤62.01萬噸，國電寶雞第二發電有限責任公司用煤238.03萬噸，國電寶雞發電有限責任公司用煤257.40萬噸。

從污染物排放量來看，寶雞市2015年排放SO231706.19噸，NOX45901.36噸，煙粉塵29334.24噸，鳳翔縣幾種污染物排放量分別占比19.4%，33.4%和32.6%，在全市區縣中，排放量最大。

2 空氣質量預報本地化參數應用

2.1 擴散條件影響

寶雞市地形不開闊，三面環山，呈尖角開口槽形，風速較小，靜穩天氣較多，頻率達到80%，這種地形及氣象條件十分不利于污染物濃度的擴散，污染物濃度本底值的積累增加對實時的污染物濃度有非常顯著的貢獻，因此，根據以上污染現狀特點及排放特點在預報建模時應對PM10、PM2.5及O3的預測準確度加以側重。根據時間變化趨勢，應對O3濃度在夏、秋季加強側重，對SO2、NO2、CO、PM10和PM2.5濃度在冬季、春季加強側重。

2.2 沙塵影響

我們在對近幾年寶雞沙塵影響天數統計分析后，結合沙塵來源上風向相鄰的幾個城市PM10變化來看，沙塵到寶雞后受到隴山侵擾，峰值濃度明顯下降。但平均濃度變化幅度相對并未出現一直處于較低階段，甚至出現高于上風向濃度情況，根據數據分析，上風向固原、慶陽、蘭州出現沙塵天氣后，結合風速和沙塵強度，一般到寶雞境內需要5個小時以上。但如果上風向沙塵濃度不大，空氣質量達到中度污染級別，且風速偏北時，對寶雞一般不會產生影響，雖然沙塵到寶雞后峰值下降，但影響時間較長，對PM10的貢獻并未呈現出明顯的偏低，對寶雞的影響周期較長。因此在空氣質量預報模型中必須要考慮到寶雞市春季經常受到沙塵影響，因此在對春季沙塵天氣頻發的時間段建模過程中，應當注意沙塵來源區域，選擇與此次沙塵相對應的城市PM10濃度。

2.3 長青工業園排放影響

寶雞市的排放源較為集中，一半以上燃煤集中在長青工業園，因此在建模的時候把距離工業園區較近站點的監測值作為其他站點的預報的因子。但由于長青工業園不在寶雞市區，并且距離幾個監測站距離差距較小，因此要根據氣象條件來選擇作為參考因子的監測站。在靜穩天氣時，選擇實際物理距離最近的監測站點的監測濃度；在非靜穩天氣時，則選擇污染物從長青工業園傳輸到本站所用的傳輸時間最短的監測站的數據。

3 結語

本文基于寶雞市區空氣質量的深入分析，分析其變化特征和規律，為更好的實現寶雞市區空氣質量預報的準確性提供本地化應用優化的基礎。

參考文獻

[1]吳忠標，李偉，王莉紅.城市大氣環境概論[M].北京化學工業出版社，2003.

[2]聶邦勝.國內外常用的空氣質量模式介紹[J].江蘇環境科技，2008，（S1）：125-128.

[3]柏仇勇，李健軍.環境監測預警在重污染天氣應對中的作用與啟示[J].環境保護，2017，45（8）：45-48.

[4]何佳，周旗，李建.寶雞市近54年來人居氣候舒適度變化特征分析[J].寶雞文理學院學報（自然科學版），2015，35（1）：68-73.