邵陽(yáng)市氣象因子對(duì)大氣污染物的影響分析

戴俊 袁智生 于希 譚德權(quán) 黃鴿群

摘要：通過(guò)對(duì)邵陽(yáng)市2016—2017年大氣中PM₁₀和PM_2.5濃度資料以及AQI數(shù)據(jù)和同期氣象資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法，分析得出影響PM₁₀和PM_2.5濃度的稀釋、擴(kuò)散和降水吸附3種典型天氣機(jī)制及作用規(guī)律;3種機(jī)制相互作用下形成的PM₁₀和PM_2.5濃度的季節(jié)變化規(guī)律;PM₁₀和PM_2.5極值濃度的氣象成因;冬季大氣污染物濃度最大的成因。本研究結(jié)果只代表邵陽(yáng)市城區(qū)，要進(jìn)行準(zhǔn)確的大氣污染物預(yù)報(bào)則還需開(kāi)展更深一步的研究。

關(guān)鍵詞：邵陽(yáng)市;氣象因子;大氣污染物;影響分析

1資料來(lái)源和研究方法

研究的大氣污染物樣本資料為國(guó)家環(huán)境保護(hù)部網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的2016年1月1日到2017年12月31日兩年逐日監(jiān)測(cè)值資料;邵陽(yáng)市環(huán)保局2016年和2017年空氣質(zhì)量月報(bào)以及空氣質(zhì)量年報(bào);氣象資料為邵陽(yáng)市氣象局氣象觀測(cè)站的2016和2017年邵陽(yáng)市高低空氣象常規(guī)資料。上述大氣污染資料為質(zhì)控后的小時(shí)均值，運(yùn)用時(shí)間序列和統(tǒng)計(jì)分析方法研究了2016年1月1日到2017年12月31日邵陽(yáng)市PM₁₀、PM_2.5、SO₂和O₃等主要污染物濃度變化以及相關(guān)對(duì)應(yīng)的氣象因子特征，運(yùn)用相關(guān)性分析方法探討了風(fēng)速、降水、霧霾與大氣污染物之間的相關(guān)關(guān)系。

2邵陽(yáng)市主要污染氣體污染狀況

2.1邵陽(yáng)市主要污染氣體的濃度介紹

邵陽(yáng)市大氣污染物主要來(lái)源于本地污染源排放和上游污染源的平流輸送。邵陽(yáng)市的能源結(jié)構(gòu)是煤炭、電力和液化石油氣，以煤炭為主。因此，邵陽(yáng)市大氣污染類型為煤煙型。邵陽(yáng)市大氣污染的主要污染物為PM₁₀和PM_2.5。兩年中，PM_2.5濃度占的全年污染天數(shù)分別為180天和181天，PM₁₀濃度占的全年污染天數(shù)分別為27天和28天，2016年和2017年空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率差異較小。2016年至2017年，邵陽(yáng)市環(huán)境空氣中的二氧化硫和二氧化氮年均濃度均優(yōu)于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn);其可吸入顆粒物年均濃度均超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn);細(xì)顆粒物年均濃度均超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，一氧化碳和臭氧無(wú)年均濃度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不予評(píng)價(jià)。

2.2 PM₁₀濃度的變化

PM₁₀濃度的季節(jié)變化非常明顯。2016年和2017年春季（3—5月），平均濃度分別為65和70;夏季（6—8月）最低，分別為47和57;秋季（9—11月）增高，濃度分別為86和75;冬季（12—2月）最高，濃度分別為113和107;2016年和2017年P(guān)M₁₀濃度的月平均濃度最低值分別為42和52，分別出現(xiàn)在6月和7月，都處于夏季;2016年和2017年P(guān)M₁₀濃度的月平均濃度最高值分別為128和120，都出現(xiàn)在12月。

2.3 PM_2.5濃度的變化

PM_2.5濃度的季節(jié)變化和PM₁₀濃度的季節(jié)變化基本重疊。2016年和2017年春季（3—5月），平均濃度分別為43和48;夏季（6—8月）最低，分別為30和35;秋季（9—11月）增高，濃度分別為56和52;冬季（12—2月）最高，濃度分別為92和80;2016年和2017年P(guān)M_2.5濃度的月平均濃度最低值分別為28和31，都出現(xiàn)在7月，處于夏季;2016年和2017年P(guān)M_2.5濃度的月平均濃度最高值分別為107和92，分別出現(xiàn)在1月和12月，處于冬季。

3邵陽(yáng)市主要污染物濃度和氣象因子的關(guān)系

3.1 邵陽(yáng)市城市大氣污染物和風(fēng)

風(fēng)是邊界層內(nèi)影響污染物擴(kuò)散的重要?jiǎng)恿σ蜃印＝晟坳?yáng)市的風(fēng)向一直以E風(fēng)為主，冬季（12月～來(lái)年2月）以NE風(fēng)為主導(dǎo)，夏季（6～8月）以SW風(fēng)為主導(dǎo)，其全年靜風(fēng)頻率高達(dá)28.5%，日均風(fēng)速1.3米/秒，夏季平均靜風(fēng)頻率為22.9%。其它季節(jié)在31%左右。風(fēng)對(duì)大氣污染物濃度的影響在PM₁₀和PM_2.5排放量不變以及不考慮降水吸附的情況下，大氣中PM₁₀和PM_2.5濃度減小的機(jī)制是稀釋（外部新鮮空氣注入）和擴(kuò)散（污染物向高空擴(kuò)散）。在風(fēng)力等級(jí)大的情況下，有利于污染物擴(kuò)散，而風(fēng)力等級(jí)小或無(wú)風(fēng)的條件下，對(duì)污染物擴(kuò)散是相對(duì)不利的。通過(guò)對(duì)邵陽(yáng)市區(qū)2016和2017年風(fēng)向風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)可得，NE風(fēng)向出現(xiàn)的頻率最多，ENE風(fēng)向出現(xiàn)的頻率次之。風(fēng)向頻率超過(guò)6.0%的還有NNE、E，此外，兩年的靜風(fēng)頻率為9.85%，可見(jiàn)邵陽(yáng)市區(qū)2016年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹E。邵陽(yáng)市區(qū)2016年和2017年平均風(fēng)速以NNE方向的風(fēng)速為最大，達(dá)到2.7m/s，超過(guò)2.1m/s 的風(fēng)向有S（2.5m/s）和NE（2.2 m/s）。

3.2降水對(duì)大氣污染物濃度的影響

2017年6月24日到7月1日20時(shí)全市出現(xiàn)連續(xù)性強(qiáng)降水，全市平均降水量276.4mm，達(dá)到特大暴雨級(jí)別。我們用2017年6月16日到2017年7月1日的同月份無(wú)降水和有不同降水過(guò)程AQI濃度變化情況進(jìn)行比較，可以清晰的看出中雨級(jí)別以上的降水天氣過(guò)程對(duì)污染物的稀釋影響巨大（AQI為當(dāng)日24小時(shí)平均值），在這16天里，邵陽(yáng)市環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)都處于優(yōu)的共9天，良的共7天。比較月度降水量，2016年1月邵陽(yáng)市降水量為100.3mm，比歷年偏多32.7mm，而2017年1月降水量為49.9mm，比歷年偏少17.7mm，所以2016年1月比2017年1月空氣質(zhì)量好很多。

3.3 霧霾對(duì)大氣污染物濃度的影響

邵陽(yáng)市處于霧霾災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)中度威脅等級(jí);邵陽(yáng)市霧霾月份主要集中在冬半年，霧以輻射霧為主，多數(shù)集中在02-10時(shí)，加之冬季上游北方沙塵暴等污染源擴(kuò)散的影響，浮塵和霧霾雙管齊下導(dǎo)致冬季成為大氣污染物濃度最高，一年中第12月份出現(xiàn)霧霾次數(shù)均達(dá)到60次以上。2016和2017這兩年，連續(xù)10天PM₁₀和PM_2.5濃度最高的時(shí)段均出現(xiàn)在2016年12月和2017年12月。資料顯示：當(dāng)出現(xiàn)霧霾天氣現(xiàn)象時(shí)，大氣污染物濃度極高。為了分析霾的影響，選取2017年除夕和初一霾過(guò)程中PM_2.5和PM₁₀進(jìn)行比較_。2017年1月27日除夕當(dāng)天，邵陽(yáng)空氣質(zhì)量為中度污染。2017年1月28日大年初一，空氣質(zhì)量明顯轉(zhuǎn)差，邵陽(yáng)轉(zhuǎn)為嚴(yán)重污染。污染物逐時(shí)濃度變化規(guī)律顯示，除夕日19：00后，煙花爆竹燃放量開(kāi)始逐步增加，PM10、PM2.5值相應(yīng)呈上升趨勢(shì);大年初一00：00是“辭舊歲，迎新年”的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)，也是煙花爆竹燃放最集中的時(shí)段，PM₁₀在2h內(nèi)就從249μg/m3驟升至最大峰值727μg/m3，升幅數(shù)值達(dá)到近

3倍，這一系列數(shù)據(jù)表明煙花爆竹燃放是春節(jié)期間污染物劇增的重要因素，因此如果政府在法律法規(guī)層面對(duì)煙花爆竹禁止燃放將會(huì)讓空氣質(zhì)量得到相當(dāng)大的改善。

3.4 寒潮對(duì)大氣污染物濃度的影響

據(jù)1971-2000年氣象資料統(tǒng)計(jì)，邵陽(yáng)寒潮總次數(shù)在30～60次之間，平均每年有1.3次左右。造成邵陽(yáng)寒潮過(guò)程的500hPa（在40⁰N以北、50⁰～140⁰E范圍內(nèi)）環(huán)流型（見(jiàn)表3）烏山阻高和中亞阻高造成的寒潮過(guò)程比較多，共占38.2%，烏山阻高型多余中亞阻高型;一脊一槽型與兩槽一脊型的次數(shù)比較接近，共占35.3%;而以緯向環(huán)流型下的寒潮過(guò)程最多占26.5%;兩脊一槽型下，短期內(nèi)無(wú)寒潮過(guò)程。邵陽(yáng)市寒潮次數(shù)最多的月份和污染物濃度最大的月份是成正比的，都處于12月和1月，雖然寒潮帶來(lái)了持續(xù)降水和風(fēng)速加大，但也導(dǎo)致上游污染源的平流輸送持續(xù)加大，加之冬季全國(guó)大范圍的供熱系統(tǒng)開(kāi)啟，導(dǎo)致大氣污染物的劇增，讓大氣污染物濃度雪上加霜，特別是寒潮前期和后期，邵陽(yáng)市大氣污染物都呈現(xiàn)增多的趨勢(shì)。

4結(jié)語(yǔ)

從近兩年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，PM_2.5和PM₁₀是邵陽(yáng)市大氣環(huán)境的主要污染物_，其次是O₃和SO_2，最后是CO;從邵陽(yáng)市的年風(fēng)向風(fēng)速玫瑰圖可以得出，我市常年處于NE風(fēng)并且風(fēng)速低，靜風(fēng)頻率高導(dǎo)致容易形成相持的靜穩(wěn)氣象條件，不利于污染物的擴(kuò)散;風(fēng)向風(fēng)速、降水對(duì)空氣質(zhì)量都有較大的影響，風(fēng)速小、無(wú)降雨的天氣形勢(shì)下極易發(fā)生大型污染物集聚現(xiàn)象，4級(jí)以上風(fēng)速以及中雨量級(jí)以上天氣過(guò)程對(duì)污染物的擴(kuò)散有很大作用;當(dāng)出現(xiàn)微量降雨時(shí)或霧霾天氣時(shí)，大氣污染物則會(huì)進(jìn)一步加劇;數(shù)據(jù)顯示連續(xù)的大型降水對(duì)大氣污染物的清除效率最高;冬季是全年大氣污染物高峰期，主要由于寒潮導(dǎo)致上游污染源的平流輸送加大。我們只有通過(guò)深入分析邵陽(yáng)市大氣污染物產(chǎn)生的根源，了解氣象要素和大氣污染物的關(guān)系，探討大氣污染物的發(fā)展規(guī)模，積極宣傳大氣污染物的科普知識(shí)，才能為防止大氣污染、保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。

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第一作者簡(jiǎn)介：戴俊（1981-）男，漢族，湖南邵陽(yáng)人，本科學(xué)歷，工程師，主要從事氣象綜合科研和裝備管理工作。

（作者單位：1.邵陽(yáng)市氣象局;2.邵陽(yáng)市邵東縣氣象局）