氣象因子對大氣污；物濃度擴(kuò)散影響研究

呂恩奇 蔡惠文 薛文華 劉暢

關(guān)鍵詞：氣象因子；大氣污染物度；濃度擴(kuò)散；區(qū)域特征

前言

大氣污染是當(dāng)今社會所面臨的一個嚴(yán)重問題。空氣中的污染物對人類健康、環(huán)境質(zhì)量和氣候變化等方面都具有極大的影響。為了有效減少和控制大氣污染，研究污染物的擴(kuò)散和傳輸過程至關(guān)重要。氣象因子是影響大氣污染物擴(kuò)散的重要因素之一。它們包括風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、大氣穩(wěn)定度等。這些氣象因素與大氣層中空氣的運動和垂直混合有關(guān)，從而決定了污染物在空氣中的傳播和濃度分布情況。風(fēng)速和風(fēng)向?qū)τ谖廴疚锏妮斔秃蛡鞑ヂ窂街陵P(guān)重要。強(qiáng)風(fēng)可以加速污染物的擴(kuò)散，并將其帶到遠(yuǎn)離源區(qū)的地方。風(fēng)向則決定了污染物的傳播方向和范圍。溫度和濕度也對大氣污染物的擴(kuò)散起著重要作用。溫度的變化會影響大氣穩(wěn)定度，進(jìn)而影響污染物的垂直擴(kuò)散和對流運動。比如，溫度逆溫層的存在可能導(dǎo)致污染物滯留在地面附近，積聚形成高濃度區(qū)域。濕度則與大氣中的水汽含量相關(guān)，影響化學(xué)反應(yīng)速率、污染物對顆粒物的吸附和沉降等過程。因此，對氣象因子對大氣污染物濃度擴(kuò)散的影響進(jìn)行研究具有重要意義，并有望為大氣污染治理提供新的科學(xué)依據(jù)。

1數(shù)據(jù)來源

西安市環(huán)境監(jiān)測總站發(fā)布了2022年1月至12月的逐月、逐時質(zhì)量濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括PM2.5、PM10、SO2和NO2等主要四種污染物。

空氣質(zhì)量指數(shù)（AOI）的計算符合國家和地方的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

此次研究使用中國氣象局國家氣象信息中心提供的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究和分析，并得出了相應(yīng)的結(jié)果以及結(jié)論。

2結(jié)果與分析

2.1大氣污染物濃度逐月變化特征

記錄經(jīng)西安環(huán)境監(jiān)測中心監(jiān)測的2022年1月-12月的四種污染物（PM2.5、PM10、S02、N02）濃度數(shù)據(jù)。其中，西安市四種污染物濃度在7月處于最低狀態(tài)，PM2.5濃度約30ug/m3，PM10濃度約25ug/m3，SO2濃度約10ug/m3，NO2約15ug/m3；四種污染物濃度在12月處于最高狀態(tài)，PM2.5，濃度約390ug/m3．PM10濃度約350ug/m3，S02濃度約120ug/m3，N02約135ug/m3。

2.2大氣污染物濃度逐日變化特征

經(jīng)西安環(huán)境監(jiān)測中心的監(jiān)測結(jié)果可知，此次污染的首要污染物為PM2.5，記錄12月19日-12月25日四種污染物PM2.5、PM10、S02 N02平均質(zhì)量濃度逐日變化趨勢見圖1。

從圖1中可知，西安市PM2.5污染物濃度在19日零點處于最低水平，在20日零點，PM2.5污染物濃度開始呈現(xiàn)階梯狀上升狀態(tài)，在22日午時達(dá)到峰值，約400ug/m3左右，隨后逐步呈現(xiàn)下降狀態(tài)，最終在25日達(dá)到最低值，約20ug/m3左右；PM10污染物濃度變化與PM2.5相似，但峰值較低在350ug/m3左右。SO2和NO2污染物濃度變化曲線較為一致，PM2.5和PM10相比幅度均較低，S02同樣在22日午時達(dá)到峰值，約120ug/m3左右，N02在22日午時達(dá)到峰值約在95ug/m3左右。四種污染物濃度總體變化趨勢呈現(xiàn)“緩慢上升，快速下降”的狀態(tài)。

經(jīng)西安環(huán)境監(jiān)測中心監(jiān)測，該大氣污染過程時周邊地區(qū)未發(fā)生大氣污染，即氣象因子是影響此次大氣污染物濃度擴(kuò)散的關(guān)鍵，滿足調(diào)研條件。因此繼續(xù)展開溫度、相對濕度、風(fēng)速風(fēng)向等氣象因子對大氣污染物濃度擴(kuò)散的影響實驗。

2.3大氣探測中心大氣污染物濃度變化

研究分析西安市大氣探測中心的四種污染物PM2.5、PM10、SO2、NO2濃度變化特征。探測中心附近無污染源，其空氣污染多受周圍大氣污染物的傳輸，故可進(jìn)一步研究風(fēng)速風(fēng)向等因素對大氣污染物濃度擴(kuò)散的影響。記錄結(jié)果見圖2。

四種污染物PM2.5、PM10、S02、N02濃度均呈現(xiàn)先升高再降低的狀態(tài)，在22日達(dá)到峰值，其中以PM2.5、PM10更為顯著。探測中心的污染物濃度變化與城市內(nèi)監(jiān)測到的污染物濃度變化相對一致，但城市污染物濃度峰值總體高于探測中心污染物濃度峰值。

2.4氣象因子變化

在西安氣象中心記錄2022年12月19日-12月25日包括風(fēng)速、風(fēng)向、相對濕度等三種氣象要素情況。具體如下：

2022/12/19，平均風(fēng)速為2.5m．s-1，主要風(fēng)向為偏北風(fēng)，相對濕度為32%；

2022/12/20，平均風(fēng)速為2.1m．s-1，主要風(fēng)向為西南風(fēng)，相對濕度為35%；

2022/12/21，平均風(fēng)速為1.2m．s-1，主要風(fēng)向為西南風(fēng)，相對濕度為51%；

2022/12/22，平均風(fēng)速為1.5m．s-1，主要風(fēng)向為東北風(fēng)，相對濕度為75%；

2022/12/23，平均風(fēng)速為2.2m．s-1，主要風(fēng)向為東北風(fēng)，相對濕度為62%；

2022/12/24，平均風(fēng)速為2.5m．s-1，主要風(fēng)向為西北風(fēng)，相對濕度為60%；

2022/12/25，平均風(fēng)速為3.6m．s-1，主要風(fēng)向為西北風(fēng)，相對濕度為28%。

在上述時間段內(nèi)，風(fēng)向的方向變化為“偏北風(fēng)一西南風(fēng)一東北風(fēng)一西北風(fēng)”；相對濕度則逐漸升高，直到12月22日達(dá)到最高峰。這表明，不同的氣象因素可以影響大氣污染物的濃度水平。

2.4.1風(fēng)速、風(fēng)向

記錄2022年12月19日-12月25日西安市風(fēng)速及風(fēng)向情況見圖3（a）和圖3（b）。

由圖3可知，在此次大氣污染的開始時，西安地區(qū)風(fēng)速在3m/s之上，風(fēng)向為偏北風(fēng)；在20日～21日，為1.0～2.6m/s，風(fēng)向由偏北風(fēng)漸轉(zhuǎn)向為西南風(fēng)，西南風(fēng)則易帶來西南方向城市群的大氣污染輸送；在22日，西安市達(dá)到大氣污染物濃度最高值，該日風(fēng)速在1.0m/s左右，風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闁|北風(fēng)；隨后，在23日-24日，大氣污染物濃度逐漸變低，風(fēng)速驟然加大，風(fēng)向為東北風(fēng)，到25日，空氣達(dá)到較為優(yōu)質(zhì)狀態(tài)。

進(jìn)一步研究大氣污染物擴(kuò)散過程中風(fēng)場的影響。具體見圖4。

根據(jù)西安市地形特點，在大風(fēng)速的西北風(fēng)時，利于污染系數(shù)的降低，大氣污染物擴(kuò)散濃度降低。

2.4.2相對濕度

大氣污染物，尤其是顆粒物會吸收空氣內(nèi)濕度而發(fā)生變化。

以污染最為明顯的PM2.5為例，記錄2022年12月19日-12月25日相對濕度與PM2.5的逐時變化關(guān)系見圖5。

分析圖5可知，相對濕度與大氣污染物濃度擴(kuò)散呈正比，當(dāng)相對濕度較小時，空氣環(huán)境較好。在19日至22日，相對濕度增大，大氣中的PM2.5也呈上升狀態(tài)，在23日-25日，相對濕度降低，大氣中的PM-2.5也呈下降狀態(tài)。由此可知，大氣污染物在相對濕度較大的環(huán)境內(nèi)存在吸濕增長的情況，從而導(dǎo)致大氣污染物濃度擴(kuò)散的增大，是影響大氣污染物擴(kuò)散的一個重要氣象因素。

3結(jié)束語

研究通過對三種氣象要素（風(fēng)速、風(fēng)向、相對濕度）與大氣污染物濃度擴(kuò)散的關(guān)系進(jìn)行分析，得出了一些重要結(jié)論。首先，發(fā)現(xiàn)風(fēng)速與大氣污染物濃度擴(kuò)散呈負(fù)相關(guān)。這意味著風(fēng)速越大，大氣污染物的擴(kuò)散效果越好，從而減少了空氣污染的程度。其次，發(fā)現(xiàn)風(fēng)向也會影響大氣污染物的擴(kuò)散，同時與城市地形相關(guān)。這表明城市地形的特點對大氣污染物的擴(kuò)散有一定的影響。最后，發(fā)現(xiàn)相對濕度與大氣污染物濃度擴(kuò)散呈正相關(guān)。這意味著在相對濕度較高的條件下，大氣污染物的擴(kuò)散效果較差，從而加劇了空氣污染的程度。此次研究為大氣污染物的擴(kuò)散機(jī)理提供了重要的參考和指導(dǎo)，對于制定有效的環(huán)保政策和改善城市大氣環(huán)境具有一定的指導(dǎo)意義。