孝感春節期間空氣質量與氣象條件的關系

羅金芳 魏杰平 吳君濤 鄧凱

摘要 利用 2015—2017年春節逐時的孝感、武漢、隨州環境監測站空氣質量監測數據，孝感市地面氣象觀測站日、時氣象要素，地面天氣圖、高空天氣圖及武漢探空數據。孝感春節期間氣壓、氣溫的變化對空氣質量的影響不是很顯著，中層的逆溫對污染物的擴散影響不明顯;近地層的逆溫如果是由中層暖濕氣流和低層降水共同影響造成的，降水對空氣污染物的清除作用更顯著;近地層的逆溫如果是由于晴空輻射造成的，逆溫將極不利于空氣污染物的稀釋、擴散和清除。

關鍵詞 春節空氣質量;SO2;相對濕度;風向風速;降水;逆溫

中圖分類號：X51 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）04–0071–03

分析2015—2017年春節期間孝感及周邊城市空氣質量發現，除夕日上午10：00開始可能會出現空氣污染第一峰值，初一02：00開始陸續出現第二階段的高峰期。這兩個階段的空氣污染可能與大量燃放煙花爆竹有密切的關系。SO2是鞭炮燃燒的主要污染物之一，SO2的劇增對鞭炮燃放有一定的指示作用。春節期間的主要污染物是PM10、PM2.5、SO2[1-3]。

2015—2017年春節期間，嚴重污染、重度污染、中度污染時相對濕度變化小，天氣少變。嚴重污染時地面水平風速較小，為1～2級;重度污染、中度污染、輕度污染時，風速均以2級為主;空氣質量為良時，風速以3級為主，風速越大，代表空氣流動性越強，即大氣擴散條件越好。春節期間持續明顯的降水對污染物的清除有較好的作用。良好的空氣質量基礎加上有利的擴散條件，空氣質量可以達到良，而在春節期間不利的擴散條件，空氣質量可以達到嚴重污染。

1 結果與分析

1.1 空氣質量的時空分布特征

空氣質量指數（Air Quality Index，AQI）是定量描述空氣質量狀況的無量綱指數，參與空氣質量評價的主要污染物為PM10、PM2.5、SO2、NO2、O3、CO這6項。本文主要分析春節期間AQI、PM10、PM2.5、SO2等的變化。

2015—2017年春節期間武漢城區禁鞭，2016—2017年春節期間隨州城區禁鞭，2017年春節期間孝感城區禁鞭。

對2015—2017年春節期間除夕、初一、初二這3天AQI等進行分析，并將其與孝感西北方的隨州、東南方的武漢AQI進行對比分析。

2015年除夕至初二，3個城市AQI為雙峰形態分布，除夕10：00隨州達到第一個峰值，為嚴重污染;孝感、武漢分別在12：00、14：00達到峰值，為重度污染、中度污染。初一02：00隨州出現第二峰值，為嚴重污染;孝感、武漢延遲兩小時，即04：00、06：00出現第二峰值，為重度污染、中度污染;初二3個城市AQI均呈波動下降的趨勢，并下降至良的等級。

2016年除夕，隨州城區禁鞭AQI仍在10：00出現第一峰值，為重度污染，孝感、武漢為良。分析湖北及周邊省市AQI發現，空氣質量以良為主，說明湖北空氣污染擴散條件總體上較有利于污染物稀釋、擴散。初一01：00隨州嚴重污染，02：00AQI爆表，持續4 h;02：00孝感AQI爆表，持續3 h;武漢08：00達到嚴重污染。武漢、孝感、隨州分別于12：00、13：00、15：00下降為重度污染。之后3個城市AQI呈波動下降的趨勢。武漢、孝感、隨州達到嚴重污染時段，荊門為輕度到中度污染。

2017年除夕隨州、孝感、武漢分別在10：00、13：00、13：00出現第一峰值，均為重度污染，在初一05：00～09：00出現第二峰值，之后呈多峰形態分布。與2015年、2016年不同的是，初二呈波動上升而不是波動下降的趨勢。

分析2015—2017年春節期間空氣質量發現，除夕10：00開始可能會出現第一峰值（2016年除夕除外），初一02：00開始會陸續出現第二階段的空氣污染高峰期。這兩個階段的空氣污染可能與大量燃放煙花爆竹有密切的關系（圖1）。

分析2015—2017年春節期間SO2發現，2015年、2016年春節孝感城區沒有禁鞭，孝感SO2濃度在初一00：00以后都出現了劇增，SO2劇增較PM2.5、PM10陡升提前1～2 h。2017年孝感城區實施禁鞭，孝感SO2濃度在初一00：00也出現了增長，增長幅度沒有前兩年劇烈。隨州2015年春節城區沒有禁鞭，SO2濃度在初一00：00以后出現了劇增，2016年、2017年實行了城區禁鞭，SO2濃度在初一00：00以后有增長，但增長幅度不劇烈。SO2是鞭炮燃燒的主要污染物之一，SO2的劇增對鞭炮燃放有一定的指示作用。除夕10：00以后的孝感SO2變化沒有初一00：00以后的SO2變化顯著。

2015年春節期間孝感AQI與PM2.5、PM10變化趨勢一致，CO、NO2、O3在春節期間變幅不大，說明春節期間的主要污染物是PM10、PM2.5、SO2。

1.2 天氣形勢分析

2015年春節期間高空由脊前轉受低槽影響，地面由偏東路強冷空氣影響轉受地面倒槽影響，天氣由陰轉為持續小雨。2016年春節期間高空受東亞大槽后西北氣流控制，地面氣壓場由西高東低轉變為南高北低，天氣晴朗。2017年春節期間天氣形勢與2015年春節期間相似，高空由沿海槽后轉受南支槽影響，地面由偏東路弱冷空氣影響轉為受地面倒槽影響，天氣由陰轉零星小雨。

2016年初一02：00，孝感AQI短時間內由良劇增為爆表，高空 500、700、850 hPa的天氣形勢和配置沒有發生變化，地面氣壓場由西高東低轉變為了南高北低，近地層氣象要素出現了變化，變化最顯著的是氣溫的下降。

1.3 影響AQI的主要氣象因子分析

1.3.1 相對濕度 分析2015—2017年春節期間空氣質量與相對濕度發現，嚴重污染、重度污染、中度污染時空氣相對濕度變化范圍略小，表明天氣變化小，空氣質量為輕度污染和良時的空氣相對濕度變化范圍更廣，從27%～95%均可出現。重度污染、中度污染時，相對濕度位于50%～70%的比例占65%左右;輕度污染時，相對濕度分布在50%～80%更廣泛，約65%;空氣質量為良時，相對濕度大于80%的比例占66%。

1.3.2 風向和風速 2015—2017年春節期間，嚴重污染時，風向以偏E風為主，同時也出現了WSW風，風速為1～2級;重度污染時主要以NNE、ESE風為主，風速以2級為主，其次為3級、1級;中度污染時NNE、ENE、ESE風出現頻率較高，風速以2級為主，其次為1級、3級;輕度污染時N、NNE風出現頻率較高，風速以2級為主，其次為1級、3級;空氣質量為良時NNE、N風出現頻率較高，S風次之，風速以3級為主，其次為2級、1級。

分析2015—2017年春節期間空氣質量與風速發現，嚴重污染時水平風速較小，為1～2級;重度污染、中度污染、輕度污染時，風速均以2級為主;空氣質量為良時，風速以3級為主。風速越大，代表空氣流動性越強，即大氣水平擴散條件越好，越有利于大氣中污染物的稀釋、擴散，對空氣質量的改變作用明顯。

1.3.3 降水 2015—2017年春節，嚴重污染、重度污染、中度污染時，無降水;輕度污染時，基本無降水，僅個別時次有弱降水，為降水的初始階段，污染物濃度開始下降;空氣質量為良時，部分時次出現了降水。表明春節期間持續的明顯降水對污染物的清除有較好的作用。

1.3.4 氣壓和氣溫 2015—2017年春節，嚴重污染時，海平面氣壓為1 020 hPa左右;重度污染時，海平面氣壓為1 012～1 026 hPa;中度污染、輕度污染、空氣質量為良時，海平面氣壓范圍與重度污染時范圍基本一致。

對于2015—2017年春節期間，各等級污染狀況所對應的氣溫變化范圍也較為一致，表明春節期間氣壓、氣溫的變化對空氣質量的影響不是很顯著。

1.3.5 探空逆溫分析 2015年春節期間高空由干-濕-干結構，依次轉變為上干下濕、整層為濕層的結構。除夕08：00有多層逆溫，初一08：00開始中層西南暖濕氣流加強，中層增溫增濕，20：00濕度層結表現為上干下濕，地面受冷空氣和降水影響，接近飽和，同時近地層逆溫達最強階段，約10℃的逆溫。強逆溫出現時段，由于降水對空氣污染物的清除作用較明顯，地面風速加大對空氣污染物的水平擴散也有一定的作用，此時孝感的空氣質量為良，并持續至初一。

2016年除夕，08：00有多層逆溫，近地層逆溫約5℃，除夕白天為晴天，近地層升溫，逆溫消失;除夕為西路強冷空氣過境后，我國大部空氣質量為良，良好的空氣質量基礎，較好的擴散條件，使孝感空氣質量保持良。除夕夜間至春節早晨受到晴空輻射影響，近地層出現了強逆溫，至初一08：00，近地層最強逆溫約10℃。初一02：00～12：00達到了嚴重污染，嚴重污染時，地面氣壓場為南高北低，孝感為偏東風或偏西風，風力微弱，污染物水平擴散有限，污染物的累積與本地及附近的排放及近地層的強逆溫關系密切。隨著初一白天的太陽輻射，近地層逆溫減弱，污染物濃度下降。但當夜間來臨時污染物濃度又有所上升。

2017年春節期間孝感空氣質量在輕度污染到重度污染之間波動變化，與2015年春節的變化有相似之處，且兩年初一08：00的探空圖的濕度分布、近地層的逆溫強度都極為相似，不同的是，2017年初一的中層還有一較強的逆溫層，高度約4 000 m左右。霾主要集中在近地層，2017年中層的逆溫層對春節期間的污染物擴散沒明顯影響。

2 結論

（1）分析2015—2017年春節期間空氣質量發現，除夕上午10：00開始可能會出現第一峰值，初一02：00開始會陸續出現第二階段的空氣污染高峰期。這兩個階段的空氣污染可能與大量燃放煙花爆竹有密切的關系。

（2）春節期間的主要污染物是PM10、PM2.5、SO2。SO2是鞭炮燃燒的主要污染物之一，SO2的劇增對鞭炮燃放有一定的指示作用。

（3）嚴重污染、重度污染、中度污染時空氣相對濕度變化小，空氣質量為輕度污染和良時的空氣相對濕度變化范圍廣，從27%～95%均可出現。

（4）嚴重污染時水平風速較小，為1～2級;重度污染、中度污染、輕度污染時，風速均以2級為主;空氣質量為良時，風速以3級風為主。污染嚴重時天氣少變，相對濕度和風速變化均較小。

（5）春節期間持續明顯的降水對污染物的清除有較好的作用。

（6）春節期間氣壓、氣溫的變化對空氣質量的影響不是很顯著。

（7）中層的逆溫對污染物的擴散影響不明顯;近地層的逆溫如果是由中層暖濕氣流和低層降水共同影響造成的，降水對空氣污染物的清除作用更顯著;近地層的逆溫如果是由于晴空輻射造成的，逆溫將極不利于空氣污染物的稀釋、擴散和清除。

參考文獻

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[3] 張瑩，賈旭偉，楊旭，等.中國典型代表城市空氣污染特征及其與氣象參數的關系[J].氣象與環境學報，2017，33（2）：70-79.

責任編輯：黃艷飛