嘉興市一次污染過程特征分析

張穎龍,熊傳芳,李 莉,吳偉超

(嘉興市生態環境局, 浙江 嘉興 314000)

1 引言

近年來,隨著城市化進程的加快,大氣污染問題顯著,特別是在2013年后,京津冀及周邊地區大范圍的污染過程頻發[1],引起了社會廣泛關注[2]。京津冀地區顆粒物污染多發生于秋冬季,且具有時間長、范圍廣的特征[3]。細顆粒物(PM2.5)可以通過呼吸進入肺部,對人體身體健康有較大危害[4，5]。

目前國內外學者針對大氣污染天氣已經開展了很多研究[6，7],如在氣象變化影響、顆粒物化學組分、污染時空分布和區域乃至長距離的輸送方面,但針對嘉興污染過程少有分析和報道。

2021年1月15日晚嘉興遭遇了一次短時重度的污染天氣過程,浙江省內多市都經歷了這次污染過程。本研究針對2021年1月13～17日期間的空氣質量情況變化過程,對天氣形勢、氣象要素和污染變化進行分析,以期為嘉興市大氣污染防治提供科學依據。

2 資料和方法

本文利用PM2.5、氣象數據(溫度、濕度、風速、風向)等分析近期污染趨勢及原因,并通過特征雷達圖分析各小時污染類型。特征雷達數據計算公式如下:

(1)

式(1)中:Zij為i時間第j種污染物歸一化成分譜;cij為i時間第j種污染物原始質量濃度,μg/m3。特定時間污染物特征值公式為:

(2)

本研究使用hysplit模型對觀測期間到達嘉興的氣團后向軌跡進行了模擬和聚類[8]。聚類分析是根據氣團移動速度和方向對大量軌跡進行分組,得到不同的軌跡分類,可以較為直觀地判斷氣團的來源地和途徑地以及軌跡來源方向。后向軌跡使用的氣象數據由美國國家環境預報中心全球資料同化系統(GDAS)提供, 數據間隔為6 h,分別為00:00、06:00、12:00和18:00(UTC),下載鏈接為ftp://arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/gdas1。

3 結論與討論

3.1 天氣形勢及PM2.5變化趨勢

2021年1月13～17日,嘉興市空氣質量以良為主,15日開始出現一次重度污染過程,首要污染物為PM2.5(圖1)。本次污染過程可分為3個階段:1月13～15日17時為本地本地積累階段,空中為槽前西南暖濕氣流控制,有利于地面減壓增濕,地面由高壓后部轉為低壓區控制,水平和垂直方向大氣擴散條件不利,PM2.5濃度緩升,污染物以本地累積為主;1月15日18時～16日0時為上游輸送階段,嘉興市風速驟增,風向驟變,相對濕度保持高值,PM2.5濃度也隨之驟增,至15日夜間達到小時重度污染水平(20時,峰值濃度177 μg/m3),重污染持續累積4 h;16日1時～17日為污染清除階段,持續偏北風導致嘉興本地大氣擴散條件改善,PM2.5小時濃度迅速下降,空氣質量轉為優良,污染過程結束。

3.2 特征雷達圖分析

為了充分地利用環境監測數據對污染成因進行分析,通過數據算法得到特征雷達數據,對多種污染物進行百分比成分譜化,并除以一定時期(或一定區域)的平均值,從而得到標準化特征譜,以消除污染物濃度變化的影響以及不同污染物間濃度值差異的影響。13～15日17時主要是以偏綜合型為主,15日18時至16日6時為偏二次型,16日7時開始,PM2.5濃度下降明顯,后轉為偏粗顆粒型和其它類型等,說明本地污染積累以綜合型為主,傳輸時二次生成為主(圖2)。

圖1 PM2.5濃度、相對濕度和風向風速小時變化

圖2 特征雷達圖小時序列

3.3 后向軌跡

根據氣流24 h反向軌跡(圖3),前期清潔時段嘉興市主要受偏西南部方向氣流影響,進入污染期間氣團由西南向西北回旋,且氣團移動緩慢,易于污染物累積;加之偏西北方向污染氣團影響增大,明顯受上游污染傳輸影響,污染程度進一步加重。之后,持續偏北風導致嘉興本地大氣擴散條件改善,加之上游污染傳輸結束,污染濃度出現快速下降。

圖3 污染期間嘉興市24 h后向軌跡

4 結論

(1)2021年1月13～17日,嘉興市空氣質量以良為主,15日出現一次輕度污染過程,20時達PM2.5小時濃度峰值(177 μg/m3),重度污染持續累積4 h,首要污染物為PM2.5。

(2)從氣象及傳輸條件分析,嘉興經歷一次大氣擴散條件逐漸轉差然后好轉改善的天氣過程,前期地面風速較小,天氣靜穩,擴散條件極為不利,污染以本地累積為主,后期伴隨偏北方向外來傳輸影響,導致PM2.5濃度進一步升高,隨后持續偏北風導致嘉興本地大氣擴散條件改善,加之上游污染傳輸結束,污染濃度出現快速下降。

(3)嘉興市本地積累階段以偏綜合型為主,上游輸送階段為偏二次型,消散階段PM2.5濃度下降明顯,轉為偏粗顆粒型和其它類型等,說明本地污染積累以綜合型為主,傳輸時以二次生成為主。