西寧市空氣質量現狀及其與近地層逆溫的關系

李京梅 王鏡 盛嘉譽

摘 要：本文利用2014—2018年西寧市氣象探空資料和大氣污染物日均數據，采用統計對比分析、相關性分析方法，對西寧市空氣質量現狀及其與近地層逆溫的關系進行分析。結果表明，5年中，西寧市空氣質量達標率為79.8%，年污染日數整體呈下降趨勢;PM10作為首要污染物，出現頻率最高;6種污染物中，僅O3濃度夏半年大于冬半年，其余均表現為冬半年大于夏半年;07：00逆溫厚度與19：00逆溫強度對污染物濃度影響較大。

關鍵詞：大氣污染;逆溫;相關性

中圖分類號：X16;X513文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）02-0143-03

The Air Quality Status of Xining City and Its Relationship with the Surface Temperature Inversion

LI Jingmei WANG Jing SHENG Jiayu

（Xining Meteorological Bureau，Xining Qinghai 810016）

Abstract： Based on the meteorological sounding data and daily average data of air pollutants in Xining City from 2014 to 2018， this paper analyzed the current situation of air quality in Xining City and the relationship between air quality and surface layer inversion. The results show that in the five years， Xining's air quality compliance rate was 79.8%， and the number of annual pollution days showed an overall downward trend; PM10 was the primary pollutant with the highest frequency; among the six pollutants， only the concentration of O3 in summer was greater than in winter， the rest showed that the winter half year was greater than the summer half year; the thickness of the inversion at 07：00 and the intensity of the inversion at 19：00 had a greater impact on the pollutant concentration.

Keywords： air pollution;inversion;correlation

隨著現代工業的快速發展，有害氣體排放量增多，全國大范圍空氣質量下降，不利天氣條件下，污染天氣時有出現。空氣質量已經成為政府和公眾普遍關注的問題。華北、東北、華中等污染天氣多發地區對此進行了大量研究。其中，歐娜音[1]等對持續性逆溫天氣對哈爾濱市空氣質量的影響進行研究，徐潔玲[2]等對九江市重污染天氣形勢特征及污染源進行分析，黃勇[3]等針對氣候變化對安徽省大氣污染擴散能力的影響開展了大量工作。但針對高原空氣質量的研究較少。西寧市地處青藏高原東部，是高原上規模最大的省會城市。西寧市委、市政府對生態環境保護、空氣污染防治工作極為重視，了解西寧市空氣質量變化特征及其與大氣運動的關系很有必要。

1 資料與方法

本文氣象資料選取2014—2018年西寧站（101°45′E，36°43′N，海拔2 297 m）探空資料。環境資料選取中國空氣質量在線監測分析平臺提供的大氣污染物日數據。其間利用污染物日實測濃度值與逆溫厚度、逆溫強度數據，共計1 826個樣本，進行相關性分析。

2 西寧市空氣質量現狀

本研究對2014—2018年西寧市空氣質量指數（AQI）進行分析，發現5年中西寧市空氣質量Ⅰ級（優）的總天數為167 d，Ⅱ級（良）為1 290 d，空氣質量達標率為79.8%，Ⅲ級（輕度污染）為308 d，Ⅳ級（中度污染）、Ⅴ級（重度污染）和Ⅵ級（嚴重污染）分別為36、8、17 d。污染日數最多的為2014年（100 d），2015年明顯減少，2016年有所增加，2017年、2018年逐年下降，并于2018年達到最少（42 d），總體來說，近5年污染日數呈下降的趨勢。

2.1 西寧市首要污染物變化特征

對照各項污染物的分級濃度限值，本研究以PM10、PM2.5、O3、SO2、NO2和CO的實測濃度值分別計算出空氣質量分指數，從中選擇最大值確定為AQI，當AQI大于50時，將此污染物確定為當日首要污染物。2014—2018年西寧市首要污染物出現頻次如表1所示。

由表1可知，6種污染物中，SO2從未作為首要污染物出現。CO出現頻次較少，5年中共出現7次，且均未達到污染級別。NO2出現頻次呈逐年增長態勢，5年共計出現55次，但濃度較低。O3作為首要污染物出現次數有較大變化，2014年未出現，2015—2016年出現日數接近，2017年突增至109次，2018年略有下降。5年中，PM2.5作為首要污染物累積出現400次，它是6種污染物中出現頻次唯一呈逐年下降趨勢的，從2014年的173次降至2018年的42次。PM10年出現頻次變化呈先上升后回落的趨勢，于2016年達到215次峰值后，在2017、2018年有明顯下降。5年中，PM10作為首要污染物共出現897次，出現頻率達53.6%，為6種污染物中最高。其中達到中度及其以上級別的污染天氣中，PM10作為首要污染物出現45次，出現頻率更是高達73.8%。由此可以確定，PM10是西寧市最主要的污染物。

2.2 污染物濃度變化特征

2.2.1 年變化特征。分析污染物年平均濃度變化發現，CO年平均濃度基本保持不變，NO2先小幅增加，后逐漸回落，SO2、PM2.5和PM10在此期間內呈波動下降趨勢，其中PM10下降幅度最大，另外需引起關注的是O3濃度呈波動上升趨勢。

2.2.2 月變化特征。從污染物月平均濃度（見圖1）變化趨勢發現，6種污染物除O3濃度夏半年大于冬半年，其余均為冬半年大于夏半年。其中，CO濃度變化幅度最小，在冬季略有上升，其他季節無明顯變化。PM2.5、SO2、NO2 1～3月呈明顯下降趨勢，3～10月變化幅度不大，10～12月呈上升趨勢，其中PM2.5、NO2濃度在12月達到峰值，SO2濃度在1月達到峰值。PM10濃度雖然也在冬季達到最大，夏季最小，但其在3月、10月分別存在一個主峰值和次峰值，這與春秋季節冷空氣活動頻繁，風力相對較大，有利于上游沙源地起沙并向西寧市輸送有密切關系。O3濃度自1月開始逐月遞增，6月達到峰值后逐月下降，于12月達到最低，變化曲線呈倒V形，與其他幾種污染物變化趨勢有明顯不同，且變化幅度最大。圖1中，CO單位為mg/m3，其他污染物單位為μg/m3。

3 污染物濃度與逆溫的相關性

通過分析西寧市季平均AQI指數與逆溫頻率變化特征（見圖2），筆者發現，AQI指數冬季最高，春秋季次之，夏季最低，與逆溫出現頻率變化規律基本一致，說明逆溫的出現對污染物擴散存在明顯的抑制作用。

為了更好地分析污染狀況與逆溫的聯系，本文將污染物濃度與逆溫之間的關系量化，分析相關性。其間利用2014—2018年污染物日實測濃度值與當日07：00、19：00逆溫厚度、強度數據，共計1 826個樣本，進行相關性分析，如表2所示。結果表明，SO2、NO2、PM10、CO、O3、PM2.5濃度與07：00逆溫厚度的相關系數分別為0.355、0.355、0.097、0.413、-0.228和0.214，且均通過0.01的顯著性檢驗。其中，O3濃度與逆溫厚度呈負相關，其余幾種污染物濃度與逆溫厚度呈正相關。NO2、O3濃度與07：00逆溫強度呈負相關，PM10濃度與07：00逆溫強度呈正相關，且通過0.05的顯著性檢驗，其余未通過顯著性檢驗。SO2、NO2、PM10、CO、O3、PM2.5濃度與19：00逆溫厚度的相關系數分別為0.151、0.15、0.063、0.185、-0.248和0.068，六種污染物中PM10、PM2.5未通過顯著性檢驗，其他均通過0.01顯著性檢驗，其中O3濃度與逆溫厚度呈負相關，SO2、NO2、CO與之呈正相關。六種污染物濃度與19：00逆溫強度相關系數均通過顯著性檢驗，其中PM10通過0.05顯著性檢驗，其他通過0.01顯著性檢驗，六種污染物中O3濃度與逆溫強度呈負相關，其他與之呈正相關。分析發現，07：00的逆溫強度、19：00逆溫厚度對污染物濃度影響不明顯，但07：00逆溫厚度與19：00逆溫強度對污染物濃度影響較大。

4 結語

5年中，西寧市空氣質量達標率為79.8%，年污染日數整體呈下降趨勢。PM10作為首要污染物出現頻率達53.6%，為六種污染物中最高，是西寧市最主要的污染物。污染物年平均濃度CO變化不大，NO2則先小幅增加，后小幅回落，SO2、PM2.5和PM10在此期間呈波動下降趨勢，其中PM10下降幅度最大，O3呈波動上升趨勢。污染物濃度除O3夏半年大于冬半年，其余5種均為冬半年大于夏半年。07：00的逆溫強度、19：00逆溫厚度對污染物濃度影響不明顯，但07：00逆溫厚度與19：00逆溫強度對污染物濃度影響較大。

參考文獻：

[1]歐娜音，馬駿，袁典，等.持續性逆溫天氣對哈爾濱空氣質量的影響[J].氣象科技，2018（6）：1266-1273.

[2]徐潔玲，楊超.九江市重污染天氣形勢特征及污染源分析[J].江西科技，2019（3）：365-370.

[3]黃勇，張紅，汪臘寶，等.氣候變化對安徽省大氣污染擴散能力的影響[J].裝備環境工程，2019（6）：55-62.