近十年德州市秋冬季大氣污染氣象條件變化分析

張琳 呂偉綺

摘要：利用德州市氣象站近十年（2008-2017）的氣象數據對該市與大氣污染相關的氣象條件進行統計分析。結果表明，德州市秋冬季空氣質量與氣象條件明顯相關，氣象條件差的年份，空氣質量也往往較差。2013-2014年以來空氣質量的好轉除了得益于政府的各項減排措施，氣象條件的改善也是重要原因之一。

關鍵詞：空氣質量;氣象條件;混合層高度;德州

中圖分類號：X16 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）04-0-02

Abstract：The meteorological conditions related to air pollution in the city were statistically analyzed using meteorological data of Dezhou Weather Station for nearly ten years （2008-2017）. The results show that the air quality in autumn and winter in Dezhou is obviously related to meteorological conditions. In the years with poor meteorological conditions， the air quality is often poor. The improvement of air quality since 2013-2014 is not only due to the governments various emission reduction measures， but also the improvement of meteorological conditions.

Key words：Air quality;Meteorological conditions;Mixed layer height;Dezhou

經濟和社會的快速發展，造成污染物大量排放，大氣污染對人類生存環境和生態健康安全造成了嚴重威脅，引起公共廣泛關注。德州位于山東西北部，西鄰河北省，曾因重污染應急措施不到位，市政府主要負責人受到過環保部約談，大氣污染治理刻不容緩。空氣重污染的出現，主要受兩個方面的影響，一是區域及本地污染源的排放，二是氣象條件[1][2]。在排放變化不大的情況下，如果疊加不利的氣象條件，污染物難以擴散，則易造成較為嚴重的空氣污染過程。

德州市環保局資料分析，德州市重污染天氣主要出現在每年的11月至次年2月期間。2008年以來，德州市秋冬季（11月-次年2月）空氣質量經歷了一個先轉差，其中2012-2013年秋冬季達到最差，之后開始逐步好轉。近年來空氣質量不斷改善，得益于國家不斷加大的治理力度，那么氣象條件的變化和空氣質量變化情況是否一致，氣象條件在其中起到怎樣作用，這具有一定的研究意義。本文利用德州市陵城區國家基本氣象站近十年（2008-2017）的氣象數據對該市與大氣污染相關的風速、混合層高度、溫濕三項氣象條件進行統計分析。

1 大氣污染擴散氣象條件分析

有研究表明，大氣污染程度與風速和混合層高度呈現明顯的負相關[3]。水平方向污染物擴散能力與風速大小有關，混合層高度則表征了污染物在垂直方向的擴散能力。

1.1 風速氣象擴散條件分析

通過分析近10年的秋冬季平均風速（圖1），發現在2011-2012年平均風速有一個突然下降的現象，由2.2m/s突降至1.7m/s，降幅高達22.7%。之后開始緩慢回升，但直到2014-2015年，仍未超過2m/s。2015-2016年平均風速大幅回升至2.4m/s，之后兩年穩定在2.2m/s以上。

通常情況下，我們將日均風速小于2.0m/s的情況定義為一個小風日，由圖2可知，2011-2012和2012-2013年秋冬季小風日數高達79天，而11月-次年2月一共120天，小風日數占到65.8%。相比最少的2017-2018年，僅有44天，差了35天。

由于平均風速小，小風日數多，2011-2012和2012-2013年秋冬季德州市的大氣污染水平擴散條件較其他年份明顯偏差，這可能是污染較重的一個重要原因。

1.2 混合層高度分析

大氣邊界層中性或不穩定時，由于動力或熱力湍流的作用，邊界層內上下層之間產生強烈的動量或熱量交換。通常把出現這一現象的層稱為混合層。混合層向上發展時，常受到位于邊界層上邊緣的逆溫層底部的限制。與此同時也限制了混合層內污染物的再向上擴散。中性和不穩定時的混合層高度和大氣邊界層高度是一致的。混合層高度越低越不利于污染物擴散。李夢[4]等研究發現在京津冀地區，混合層高度與大氣細顆粒物濃度呈高度負相關。

目前混合層的計算有干絕熱法、羅氏法、聯合頻率羅氏法等。羅氏法是Nozaki等人與1973年提出的一種利用地面氣象資料估算混合層高度的方法，該方法考慮到大氣混合層是由熱力和動力湍流共同作用的結果，而且邊界層上部大氣的運動常與地面氣象要素之間存在著相互聯系和反饋作用，因此可以利用地面氣象參數來估算混合層高度[5]。計算公式如下：

式中，H為混合層高度，T為地面氣溫，Td為露點溫度，單位為K;Uz為Z高度處的平均風速，單位m/s;Z0為地面粗糙度，德州取1m;f為地轉參數，，其中Ω為地轉角速度為地理緯度;P為帕斯圭爾穩定度級別（大氣穩定度級別為A至F時，P值依次為1至6），穩定度級別與太陽高度角、云量和風速有關。

通過對近十年秋冬季德州市混合層高度的計算，發現在2012-2013年秋冬季混合層高度平均值僅有657m，為近十年來的最低值。2017-2018年超過1000m，為十年來的最高值。與德州市空氣質量呈現出高度的負相關性。

1.3 溫濕氣象條件分析

劉壽東、張園園[6-7]等的研究表明，氣象條件對水溶性離子濃度影響顯著，NO3-、SO42-、NH4+濃度與濕度均呈顯著正相關關系，而與氣溫均呈現負相關。

2 結論

（1）德州市近十年秋冬季空氣質量與氣象條件密切相關，大氣污染氣象條件差的年份，空氣質量也往往較差。（2）在2012-2013年秋冬季中平均風速小，小風日數多，即使冷空氣影響，北風風力也較小，混合層高度低，相對濕度最大，平均氣溫低，大氣污染氣象條件整體最差，之后開始好轉。（3）2013-2014年以來空氣質量的好轉有政府的大力減排和氣象條件的改善兩方面原因。如果后期氣象條件再次轉差，很可能造成秋冬季空氣質量的下滑。

參考文獻

[1]Liu X G，Li J，Qu Y，et al.Formation and evolution mechanism of regional haze：a case study in the megacity Beijing，China[J].Atmospheric Chemistry and Physics，2013，13 （9）： 4501-4514.

[2]Li Z，Gu X，Wang L，et al.Aerosol physical and chemical properties retrieved from ground-based remote sensing measurements during heavy haze days in Beijing winter[J]. Atmospheric Chemistry and Physics，2013，13（20）：10171-10183.

[3]楊旭，康延臻，王式功，等.鄭州市大氣污染特征及其與氣象條件的關系[J].蘭州大學學報（自科版），2017，53（3）：348-354.

[4]李夢，唐貴謙，黃俊，等.京津冀冬季大氣混合層高度與大氣污染的關系[J].環境科學，2015（6）：1935-1943.

[5]廖國蓮.大氣混合層厚度的計算方法及影響因子[J].中山大學研究生學刊（自然科學.醫學版），2005（4）：66-73.

[6]劉壽東，張園園.溫濕度對南京北郊PM2.5中二次無機離子生成演化的影響[J].生態環境學報，2018（4）：714-721.

[7]張園園.南京北郊PM2.5中水溶性離子特征在線監測研究[D].南京：南京信息工程大學，2017.

收稿日期：2019-03-06

作者簡介：張琳（1981-），男，漢族，學士，高級工程師，研究方向為中短期天氣預報。