降雪對哈爾濱市2019年冬季空氣質量的影響

賈宏杰，孫 麗

(哈爾濱師范大學 地理科學學院，黑龍江 哈爾濱 150000)

1 引言

空氣質量作為一個能夠表示空氣的質量或者污染程度的指標，對人們的生產生活以及健康有很直接影響。大氣環境是人類生存的基本要素，然而伴隨著中國經濟的快速發展，人口不斷地向城市聚集，環境空氣質量問題凸顯，引起人們的高度重視[1]。當空氣中污染物的濃度較高，污染物遷移和擴散的條件較差時，易于酸雨、灰霾、光化學煙霧等天氣條件形成，造成空氣污染，人體健康和植物正常生長也會遭到巨大威脅[2，3]。 對空氣質量的評價也分為兩個方面：一方面是判斷空氣質量狀況如何，另一方面就是比較不同時間空氣質量狀況的優劣[2]。 哈爾濱是一個典型的北方城市，冬季為了集體供暖而燃煤，就會導致大量可吸入顆粒物的排放，同時AQI、PM2.5、PM10、SO2、NO2等值也會升高[2]。 哈爾濱是黑龍江的省會城市，冬季旅游業旺盛，大量人口涌入，人類活動更加頻繁，就會導致更多汽車尾氣以及工業廢氣排放到大氣中來[2]。 因此空氣質量的問題不僅會危害人類的健康，還會制約哈爾濱地區的經濟發展[4，5]。

降雪作為相對穩定的環境介質，能夠有效地從空氣中清除氣態和顆粒態的污染物質，而且分析極端降雪事件時空變化特征，可以加深對哈爾濱極端降雪事件規律的認識，為極端天氣氣候事件監測評估奠定基礎，同時也為防災減災和應對氣候變化決策提供科學依據[6，7]。但是當積雪融化時，這些有機污染物會隨著融雪直接匯入江、河、湖泊等地表水體并向土壤入滲，對人類的飲用水源、農田灌溉用水以及當地的生態系統造成潛在的影響。

本文以哈爾濱市2019年冬季空氣質量時間變化特征、哈爾濱市2019年冬季降雪特征時間變化規律作為研究對象，對降雪的特征變化對哈爾濱市AQI、PM2.5、PM10、SO2、NO2等污染物濃度特征變化的影響進行分析，不僅對哈爾濱的空氣質量的改善以及預防大氣污染提供有效的技術支持和決策保證，還對指導空氣質量的管理工作具有重要意義。

2 緒論

2.1 研究目的

20多年來的工業及城市化的快速發展，環境污染問題受到了越來越多的關注，尤其是空氣污染問題的現狀以及對應的解決方案。空氣質量指數(AQI)是用來評價空氣質量及其變化趨勢的一個常用指標[8]。由于哈爾濱市城市建設的快速發展，大氣環境污染日趨嚴重，霾天氣現象增多，嚴重威脅著人類健康及社會生產[9]?？諝馕廴静粌H受排放源及污染物變化的影響，同時還與氣象條件密切相關[10,12]。冬季，降雪能夠有效地從空氣中清除氣態和顆粒態的污染物質，在一定程度上改善大氣環境，AQI空氣質量指數降低。所以，可以通過研究來了解降雪對哈爾濱市2019年冬季空氣質量的影響。

2.2 研究意義

哈爾濱作為黑龍江的省會，是黑龍江政治、經濟、文化的交流中心?？諝赓|量與人們的健康生活息息相關，所以，只有時刻關注著空氣質量，對大氣污染進行有效地調整 ，才能提高人們的健康水平。了解氣象條件影響空氣質量，提前做出分析和決策，以免造成大面積的污染。同時，空氣質量的改善也能間接地帶動經濟、文化的發展。更能在哈爾濱的冬天，帶動冰雪旅游的發展，間接促進經濟的發展，所以很有研究的必要[12，13]。

2.3 國內外研究進展

2.3.1 國外空氣質量研究

自從1992年6月，聯合國在巴西的里約熱內盧召開世界各國政府首腦參加的聯合國環境與發展會議，并簽訂了《聯合國氣候變化框架公約》。并且，隨著科技的快速發展，空氣質量模型逐漸映入人們的眼簾，自1970年到現在，US EPA或其他機構共資助開發了三代空氣質量模型；20世紀70～80年代，EPA推出了第一代空氣質量模型，這些模型又分為箱式模型、高斯擴散模型和拉格朗日軌跡模型，其中高斯擴散模型主要有IES、AERMOD、ADMS等，拉格朗日模型有OZIP/EKMA、CAL.PUFF等；20世紀80～90年代的第二代空氣質量模型主要包括UAM、POM、RADM在內的歐拉網格模型；20世紀90年代以后出現的第三代空氣質量模型是以CMAQ、CAMS、WRF-CHEM、NAQPMS為代表的綜合空氣質量模型，即“一個大氣”的模型系統[14]。

2.3.2 國內空氣質量研究狀況

盡管空氣質量模型技術發展迅速，空氣質量模型已在各領域廣泛使用，但國內空氣質量模型在使用中仍然存在較多的問題。首先，不能準確把握模型的適用條件，盲目使用模型；其次，空氣質量模型愈來愈復雜，專業門檻不斷提高；再次，排放清單多樣化，導致模擬結果無可比性。

20世紀90年代以來，隨著科學技術的快速發展，各類學者逐漸對降雪對空氣質量的影響展開了研究。世界各國學者對空氣質量的研究在本質上沒有任何區別，但是由于用的資料來源和對空氣質量的評判標準不同，所以可能所得的結果略有差異。

近年來我國研究人員十分關注空氣質量的變化情況，并且由于東北地區在冬季降雪比較豐富，所以在冬季就集中研究了降雪對空氣質量的影響，人們也在逐漸關注空氣質量的變化，并且空氣質量已經成為了全球變化研究的熱點。

3 研究區概況

哈爾濱，別稱冰城，是黑龍江省省會、副省級市、哈爾濱都市圈核心城市，地處中國東北地區、東北亞中心地帶，是中國東北北部政治、經濟、文化中心。位于中國東北平原東北部地區、黑龍江省南部，界于東經125°42′～130°10′、北緯44°04′～46°40′，東與牡丹江市、七臺河市接壤，北與伊春市、佳木斯市接壤，西與綏化市接壤，南與吉林省長春市、吉林市、延邊朝鮮族自治州接壤；屬中溫帶大陸性季風氣候。國務院批復確定的中國東北地區重要的中心城市、國家重要的制造業基地。截至2018年，全市下轄9個區、7個縣、代管2個縣級市，總面積53100 km2，建成區面積435.28 km2，常住人口1085.8萬人，城鎮人口709.0萬人，城鎮化率65.3%。哈爾濱屬中溫帶大陸性季風氣候，四季分明，冬天漫長而寒冷，春天多干旱大風，年平均降水量400～600 mm,年平均氣溫3.5 ℃，全年主導風向為西南風。

4 研究內容

4.1 哈爾濱市2019年冬季空氣質量時間變化特征

哈爾濱市2019年冬季空氣質量時間變化規律如圖1所示。

圖1 哈爾濱市2019年冬季空氣質量時間變化

4.1.1 2019年11月10日～30日

在質量等級方面：10日為輕度污染， 11日為良，12～16日為優，17日為良，18～19日為優，20～22日為良，23～28日為優，29～30日為良。在AQI指數方面：10日的AQI指數最高，為105；13日的AQI指數最低，為20；21 d AQI的平均值為48.7。在PM2.5方面：10日的PM2.5指數最高，為79；13日和24日的PM2.5指數最低，為12；21 d PM2.5的平均值為30.6。在PM10方面：10日的PM10指數最高，為99；13日的PM10指數最低，為19；21 d PM10的平均值為46.6。在SO2方面：21日的SO2指數最高，為29；27日的SO2指數最低，為9；21 d SO2的平均值為16.0。在NO2方面：20日的NO2指數最高，為50；27日的NO2指數最低，為18；21 d NO2的平均值為29.3。在CO方面：21日的CO指數最高，為1.0；23日的CO指數最低，為0.4；21 d CO的平均值為0.6。在O3方面：22日的O3指數最高，為48；17日的O3指數最低，為19；21 d O3的平均值為33.0。

4.1.2 2019年12月1～30日

在質量等級方面：1日為良， 2～5日為優，6～8日為良，9日為輕度污染，10日為中度污染，11～17日為良，18日為輕度污染，19日為中度污染，20日為輕度污染，21～22日為中度污染，23～24日為重度污染，25日為良，26～27日為重度污染，28日為嚴重污染，29日為輕度污染，30～31日為良。在AQI指數方面：10日的AQI指數最高，為294；13日的AQI指數最低，為28；31 d AQI的平均值為120.1。在PM2.5方面:10日的PM2.5指數最高，為246；13日和24日的PM2.5指數最低，為17；31 d PM2.5的平均值為91.2。在PM10方面:10日的PM10指數最高，為271；13日的PM10指數最低，為26；31 d PM10的平均值為104.0。在SO2方面:21日的SO2指數最高，為49；27日的SO2指數最低，為13；31 d SO2的平均值為29.2。在NO2方面:20日的NO2指數最高，為82；27日的NO2指數最低，為19；31 d NO2的平均值為46.1。在CO方面:21日的CO指數最高，為1.9；23日的CO指數最低，為0.5；31 d CO的平均值為1.0。在O3方面：22日的O3指數最高，為37；17日的O3指數最低，為17；31 d O3的平均值為26.9。

4.1.3 2020年1月1～31日

在質量等級方面：1日為輕度污染， 2日為中度污染，3日為重度污染，4日為嚴重污染，5～7日為中度污染，8日為良，9～10日為中度污染，11～12日為嚴重污染，13日為重度污染，14～16日為嚴重污染，17日為重度污染，18日為嚴重污染，19日為重度污染，20日為嚴重污染，21日為良，22～23日為輕度污染。24日為良，25日為中度污染，26日為重度污染，27～28日為中度污染，29～30日為良，31日為重度污染。在AQI指數方面：4日的AQI指數最高，為327；29日的AQI指數最低，為61；31 d AQI的平均值為190.42。在PM2.5方面：4日的PM2.5指數最高，為277；29日的PM2.5指數最低，為43；31 d PM2.5的平均值為150.7。在PM10方面：29日的PM10指數最高，為289；24日的PM10指數最低，為58；31 d PM10的平均值為160.3。在SO2方面：26日的SO2指數最高，為56；30日的SO2指數最低，為27；31 d SO2的平均值為41.9。在NO2方面：4日的NO2指數最高，為90；29日的NO2指數最低，為22；31 d NO2的平均值為58.3。在CO方面：4日的CO指數最高，為2.3；21日的CO指數最低，為0.9；31 d CO的平均值為1.3。在O3方面：20日的O3指數最高，為77；6日的O3指數最低，為23；31 d O3的平均值為44.9。

4.1.4 從2020年2月1～29日

在質量等級方面：1日為重度污染，2日為優，3～6日為良，7～8日為輕度污染，9日為良，10日為輕度污染，11日為良， 12日為輕度污染，13日為良，14日為優，15日為良，16～17日為優，18～21日為良，22日為優，23～27日為良，28日為優，29日為良。在AQI指數方面：1日的AQI指數最高，為215；14日的AQI指數最低，為28；29 d AQI的平均值為83.71。在PM2.5方面：1日的PM2.5指數最高，為173；14日的PM2.5指數最低，為14；29 d PM2.5的平均值為61.5。在PM10方面：1日的PM10指數最高，為191；14日的PM10指數最低，為18；29 d PM10的平均值為69.4。在SO2方面：1日的SO2指數最高，為51；16日的SO2指數最低，為15；29 d SO2的平均值為27.4。在NO2方面：1日的NO2指數最高，為47；14日的NO2指數最低，為12；29 d NO2的平均值為25.9。在CO方面：1日的CO指數最高，為1.4；16日的CO指數最低，為0.5；29 d CO的平均值為0.8。在O3方面：11日的O3指數最高，為96；4日的O3指數最低，為50；29 d O3的平均值為68.1。

4.2 哈爾濱市2019年冬季降雪特征時間變化規律

哈爾濱市2019年冬季降雪如表1所示。本文將結合空氣質量AQI數據和氣象要素數據中的降雪信息分析降雪對空氣污染物的清除效應。

表1 哈爾濱市2019年冬季氣象要素信息

4.3 降雪對哈爾濱市2019年冬AQI季空氣質量的影響

4.3.1 2019年11月10～30日

10日的天氣狀況為小雨/降雪，10～11日之間質量等級從輕度污染降為良；AQI的指數下降了52；PM2.5下降了46；PM10下降了53；SO2下降了5；NO2下降了15；CO下降了0.3；O3下降了9。12日的天氣狀況為雨夾雪/小雪，12～13日之間質量等級沒變；AQI的指數下降了12；PM2.5下降了4；PM10下降了11；SO2下降了1；NO2下降了14；CO下降了0.1；O3上升了6。17～19日的天氣狀況為陣雪，17～19日之間質量等級從良變為優；AQI的指數下降了27；PM2.5下降了21；PM10下降了34；SO2下降了9；NO2下降了22；CO下降了0.24；O3上升了21。22日的天氣狀況為雨夾雪，22～23日之間質量等級從良變為優；AQI的指數下降了19；PM2.5下降了14；PM10下降了25；SO2下降了3；NO2下降了6；CO下降了0.12；O3下降了6。30日的天氣狀況為雨夾雪，11月30日至12月1日之間質量等級沒變；AQI的指數下降了15；PM2.5下降了7；PM10下降了19；SO2上升了3；NO2下降了1；CO下降了0.04；O3上升了3。

4.3.2 2019年12月1～30日

9日的天氣狀況為陣雪，9～11日之間質量等級從輕度污染降為良；AQI的指數下降了54；PM2.5下降了43；PM10下降了43；SO2下降了4；NO2下降了4；CO下降了0.34；O3上升了5。13日的天氣狀況為陣雪，13～15日之間質量等級沒變；AQI的指數下降了11；PM2.5下降了9；PM10下降了4；SO2沒變；NO2下降了4；CO下降了0.05；O3上升了7。6日的天氣狀況為中雪/大雪，16～17日之間質量等級沒變；AQI的指數下降了25；PM2.5下降了20；PM10下降了24；SO2下降了9；NO2下降了22；CO下降了0.25；O3上升了6。24,25日的天氣狀況為雨夾雪，24～25日之間質量等級從重度污染變為良；AQI的指數下降了143；PM2.5下降了118；PM10下降了128；SO2下降了19；NO2下降了26；CO下降了0.78；O3上升了7。28,29日的天氣狀況為中雪/大雪，28～29日之間質量等級從嚴重污染變為輕度污染；AQI的指數下降了175；PM2.5下降了156；PM10下降了157；SO2下降了19；NO2下降了27；CO下降了1.01；O3上升了4。

4.3.3 2020年1月1～31日

6,7日的天氣狀況為陣雪，6～8日之間質量等級從中度污染降為良；AQI的指數下降了93；PM2.5下降了73；PM10下降了71；SO2下降了20；NO2下降了37；CO下降了0.72；O3上升了9。18～20日的天氣狀況為小雪/陣雪， 18～21日之間質量等級從嚴重污染降為良；AQI的指數下降了191；PM2.5下降了164；PM10下降了159；SO2降了13；NO2下降了50；CO下降了1.21；O3上升了27。23日的天氣狀況為陣雪，23～24日之間質量等級從輕度污染降為良；AQI的指數下降了69；PM2.5下降了55；PM10下降了56；SO2沒變；NO2下降了17；CO下降了0.41；O3上升了3。

4.3.4 2020年2月1～29日

9日的天氣狀況為陣雪，9～11日之間質量等級沒變；AQI的指數下降了8；PM2.5下降了6；PM10下降了10；SO2沒變；NO2上升了4；CO上升了0.09；O3上升了16。12,13日的天氣狀況為小雪/陣雪， 12～14日之間質量等級從輕度污染降為優 ；AQI的指數下降了78；PM2.5下降了65；PM10下降了65；SO2降了10；NO2下降了15；CO下降了0.34；O3下降了15。20,21,22，23日的天氣狀況為陣雪/中雪，23～24日之間質量等級沒變；AQI的指數下降了33；PM2.5下降了26；PM10下降了19；SO2下降了6；NO2下降了3；CO下降了0.16；O3沒變。28,29日的天氣狀況為中雪/陣雪，28～29日之間質量等級從優變為良；AQI的指數上升了51；PM2.5上升了40；PM10上升了47；SO2上升了3；NO2上升了5；CO上升了0.16；O3上升了23。

(無降雪：0；小雪：1；雨夾雪：2；陣雪：3中雪：4；大雪：5；暴雪：6)

5 討論和結論

本文以哈爾濱2019年的空氣質量作為研究對象，對比研究了2種變化特征：一種是哈爾濱市2019年冬季空氣質量時間變化特征，另一種是哈爾濱市2019年冬季降雪特征時間變化規律，對于研究降雪對哈爾濱市2019年冬季空氣質量的影響而言，對比分析是一種比較好的方法。

在研究降雪對哈爾濱市2019年冬AQI季空氣質量的影響過程中不難發現，在天氣狀況出現降雪的日期里，一定時間內空氣質量等級會明顯的提高、AQI、PM2.5、PM10等數據都會大幅度降低，空氣質量狀況發現明顯的改善。而SO2、NO2、CO、O3也會發生一定程度的變化，大部分時間和AQI數值一樣會降低，但偶爾也會有上升的情況。經查閱不難得知，由于PM2.5，PM10為大顆粒物質，所以降雪對二者的影響程度比較大，而SO2、NO2、CO、O3等為小顆粒物質，降雪對他們的影響程度小。

雪作為相對穩定的環境介質，能夠有效地從空氣中清除氣態和顆粒態的污染物質，而且分析極端降雪事件時空變化特征，可以加深對哈爾濱極端降雪事件規律的認識，為極端天氣氣候事件監測評估奠定基礎，同時也為防災減災和應對氣候變化決策提供科學依據。所以此次研究可以對哈爾濱的空氣質量的改善以及預防大氣污染提供有效的技術支持和決策保證，并且可以指導空氣質量的管理工作。