巴彥淖爾市冬季空氣污染特征及其與氣象要素的相關(guān)性分析

楊千蕙

摘要 本文利用2017—2019年巴彥淖爾市空氣污染數(shù)據(jù)及冬季氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析空氣污染特征及其與氣象要素的相關(guān)性，以及一次冬季連續(xù)重污染天氣過(guò)程。結(jié)果表明：（1）S02、N02濃度各月變化不大;CO在進(jìn)入采暖期后濃度顯著增高;PM2.5、PM10濃度在進(jìn)入春季后有顯著的躍增;濃度在夏季較高;春季沙塵天氣對(duì)AQI的影響最大，11月AQI達(dá)到次高值。（2）冬季主要以輕度污染為主，其次為中度污染;首要污染物以PM10、PM2.5為主。（3）風(fēng)速、氣溫、相對(duì)濕度與AQI有顯著正相關(guān);降水對(duì)AQI的影響是一定的，需考慮降水量級(jí)及雪后積雪影響;在ENE方向上出現(xiàn)污染天氣的概率最大，其次是WSW。（4）冬季需關(guān)注大的降雪過(guò)程后持續(xù)重污染天氣的發(fā)生。

關(guān)鍵詞 空氣污染;氣象條件;相關(guān)性分析

中圖分類號(hào)：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）08–0055–02

Characteristics of Air Poll- ution in Winter and Its Correlation With Meteor-ological Elements in Bayannur City

YANG Qian-hui （Bayannur Meteorolo-gical Bureau， Bayannur， Inner Mongolia 015000）

Abstract Based on the air pollution data and winter meteorological observation data of Bayannur City from 2017 to 2019， this paper analyzes the characteristics of air pollution and its correlation with meteorological elements， and analyzes a continuous heavy pollution weather process in winter. The results show that： （1） the concentration changes little in each month; After entering the heating period， the concentration increases significantly The concentration increased significantly after entering spring; The concentration is higher in summer; Spring dust weather has the greatest impact on AQI， and AQI reaches the second highest value in November. （2） In winter， the main pollution is mild pollution， followed by moderate pollution; The main pollutants are and. （3） Wind speed， air temperature and relative humidity were significantly positively correlated with AQI; The influence of precipitation on AQI is certain， and the influence of precipitation magnitude and snow cover after snow should be considered; The probability of polluted weather in ene direction is the highest， followed by WSW. （4） Attention should be paid to the occurrence of continuous heavy pollution weather after heavy snowfall in winter.

Key words Air pollution; Meteorological conditions; Correlation analysis

自21世紀(jì)工業(yè)、城市建設(shè)迅猛發(fā)展以來(lái)，城市污染已成為影響城市居民身心健康的重要因素之一?？諝馕廴究稍黾雍粑到y(tǒng)和心腦血管疾病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重危害人體健康。近年來(lái)，我國(guó)大氣污染形勢(shì)日益嚴(yán)峻，大氣環(huán)境污染也已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注和研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。相關(guān)研究指出，空氣污染與氣象因素息息相關(guān);PM2.5的濃度與日平均氣溫、日將數(shù)量、日平均相對(duì)濕度、日平均風(fēng)速呈負(fù)相關(guān);冬季風(fēng)速、氣溫、相對(duì)濕度與空氣質(zhì)量顯著相關(guān)，降水量對(duì)空氣質(zhì)量的影響較小[1～3]。本文利用巴彥淖爾市冬季空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)與同期氣象數(shù)據(jù)，分析2017—2019年空氣污染特征及影響污染的主要?dú)庀髼l件，以期為大氣污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文利用巴彥淖爾市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心提供的國(guó)家監(jiān)測(cè)站（市環(huán)保大樓站）2017—2019年P(guān)M2.5、PM10、SO2、CO、O3、NO2等污染物濃度及空氣污染指數(shù)（Air Quality Index，AQI）的逐日、逐小時(shí)數(shù)據(jù)資料;2017—2019年冬季（當(dāng)年12月及翌年1月、2月）國(guó)家氣象站（臨河站53513）逐日、逐小時(shí)地面氣象觀測(cè)資料，包括氣溫、相對(duì)濕度、降水、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素及臨河站的高空定時(shí)值資料。主要采用統(tǒng)計(jì)分析法求出各要素之間的相關(guān)系數(shù)，并進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 巴彥淖爾市空氣污染物空間特征

從巴彥淖爾市各污染物月平均濃度變化可知，SO2、NO2濃度各月變化不大;PM2.5、PM10濃度在進(jìn)入春季后有顯著的躍增，且在5月達(dá)到最高;進(jìn)入夏季，巴彥淖爾市多晴好天氣，紫外線較為強(qiáng)烈，大氣中的物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，使得大氣中的O3濃度一般維持在一個(gè)相對(duì)較高的背景濃度，與自由對(duì)流層濃度相當(dāng)，夏季O3濃度較高;CO在進(jìn)入采暖期后濃度顯著增高。AQI在5月達(dá)到最大，可見(jiàn)春季沙塵天氣對(duì)AQI的影響最大，11月達(dá)到次高值，預(yù)示著剛進(jìn)入供暖期，煙煤對(duì)空氣污染的貢獻(xiàn)也比較大。

2.2 冬季空氣污染特征

近3年，巴彥淖爾市年平均冬季AQI為80，空氣質(zhì)量整體良好，2017年AQI最低，為60，2019年AQI最高，為107。年均冬季空氣質(zhì)量未達(dá)標(biāo)（AQI >100）日數(shù)為19 d，以輕度污染為主，平均每年冬季出現(xiàn)11 d，占冬季日數(shù)的12%;中度污染平均每年冬季出現(xiàn)5 d，占冬季日數(shù)的5%;重度污染平均每年冬季出現(xiàn)3 d，占冬季日數(shù)的3%;嚴(yán)重污染日數(shù)僅出現(xiàn)1 d。近3年來(lái)，空氣質(zhì)量未達(dá)標(biāo)（AQI>100）日數(shù)2019年最多，為34 d，2017年最少，僅4 d。

2.3 氣象條件及影響

2.3.1 風(fēng)向、風(fēng)速 巴彥淖爾市冬季平均風(fēng)速以1.9～2.5 m/s為主，2019年冬季平均風(fēng)速最小，為1.9 m/s。冬季平均小風(fēng)日數(shù)（≤2 m/s）46 d，占冬日的51%;2019年冬天的小風(fēng)日數(shù)最多，達(dá)57 d，占冬日的63.3%。風(fēng)速≤2 m/s時(shí)的平均AQI為84，>2 m/s的平均AQI為73。通過(guò)統(tǒng)計(jì)得出，AQI與2 min平均風(fēng)速相關(guān)系數(shù)為-0.36，存在顯著性負(fù)相關(guān)（P<0.1）。由此可見(jiàn)，風(fēng)速越大，越有利于空氣污染物的稀釋擴(kuò)散;風(fēng)速越小，稀釋能力越差，空氣質(zhì)量越差。

冬季屬WSW風(fēng)向出現(xiàn)的頻率最多，占19.5%;其次是ENE，占12.1%。統(tǒng)計(jì)AQI≥100出現(xiàn)時(shí)的風(fēng)向頻率可以發(fā)現(xiàn)，在ENE方向上出現(xiàn)污染天氣的頻次最多，占冬季污染天數(shù)的33.3%;其次是WSW，占冬季污染天數(shù)的23.3%;NW方向上也出現(xiàn)污染天氣，占比11.7%。其余各方向上平均AQI均<100，對(duì)污染天氣的貢獻(xiàn)率不大（圖1）。

2.3.2 相對(duì)濕度 相對(duì)濕度增大會(huì)導(dǎo)致霧霾天氣明顯增多，同時(shí)有利于顆粒物吸濕增長(zhǎng)和污染物的二次反應(yīng)。2019年冬季平均相對(duì)濕度60.5%，平均AQI為107.3，為3年中的最大值。逐日相對(duì)濕度與逐日AQI相關(guān)系數(shù)為0.29，相對(duì)濕度與AQI呈顯著的正相關(guān)。由此可見(jiàn)，冬季相對(duì)濕度越大，空氣質(zhì)量越容易轉(zhuǎn)差，主要原因是水汽的存在有利于污染物的生成轉(zhuǎn)換，濕度增加導(dǎo)致污染物濃度增大，空氣質(zhì)量下降。

2.3.3 降水 巴彥淖爾市冬季以無(wú)降水日數(shù)為主，降水日數(shù)僅占3.3%。檢驗(yàn)降水量與AQI的相關(guān)系數(shù)為-0.12，存在一定的負(fù)相關(guān)，降水量越大、有效降水日數(shù)越多，越有利于空氣污染物的沉降，沖刷作用較好，空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)好;但如果雨量小、非有效降水日增加了空氣中的相對(duì)濕度，則空氣中的濃度會(huì)升高。因此，降水量對(duì)冬季空氣污染的影響是一定的。

2.3.4 氣溫 2017—2019年冬季平均氣溫為-9.1℃～ -7.2℃，出現(xiàn)污染天氣（AQI>100）時(shí)平均溫度在-8.2℃。氣溫與AQI的相關(guān)系數(shù)為0.24，表現(xiàn)為顯著性正相，可見(jiàn)冬季氣溫對(duì)空氣質(zhì)量有較大影響。氣溫越高，越容易形成逆溫，不利于空氣的垂直運(yùn)動(dòng)。近地面大氣中的空氣污染物擴(kuò)散速度小于聚集速度，容易形成嚴(yán)重的天氣污染，因而空氣質(zhì)量越差。

3 2019年冬季一次重污染天氣氣象條件分析

3.1 過(guò)程概況

2019年12月21—25日，巴彥淖爾市臨河區(qū)出現(xiàn)了一次顯著的空氣污染天氣過(guò)程，從12月20日開(kāi)始，AQI陡增到107，達(dá)到輕度污染;21—23日臨河區(qū)AQI在175～228;23日AQI達(dá)到最大，為228;直到26日臨河區(qū)空氣質(zhì)量才得以明顯改善，AQI降至48。

3.2 PM2.5、PM10濃度變化特征

從PM2.5、PM10濃度特征變化來(lái)看，每日PM2.5、PM10濃度從夜間開(kāi)始增多，凌晨達(dá)到峰值，到中午前后有所下降。22日凌晨至23日03：00，PM2.5、PM10濃度持續(xù)偏高，期間濃度均值為190 ug·m-3，PM10濃度均值為264 ug·m-3。24—25日平均PM2.5、PM10濃度有所回落，但夜間出現(xiàn)峰值。

3.3 空氣污染氣象條件分析

12月15—16日巴彥淖爾市普降大雪，其中臨河本站降雪5.8 mm，雪深5.0 cm。由于前期積雪深不易融化，空氣濕度大，21—25日全市平均相對(duì)濕度達(dá)73.3%，過(guò)于潮濕的空氣造成顆粒物吸濕性增長(zhǎng)，使PM2.5、PM10濃度上升。21—25日中緯度環(huán)流較為平直，冷空氣勢(shì)力整體偏弱，風(fēng)向以ENE和WSW風(fēng)向?yàn)橹?。?jù)統(tǒng)計(jì)，21—25日臨河區(qū)日平均風(fēng)速為1.9 m/s，風(fēng)力較小，空氣污染物水平擴(kuò)散能力差。從垂直擴(kuò)散條件來(lái)看，21—25日臨河探空資料顯示2 km以下存在顯著的逆溫層，穩(wěn)定層結(jié)的存在也抑制了顆粒物的垂直擴(kuò)散，利于近地面污染物堆積，導(dǎo)致污染物濃度不斷積聚增長(zhǎng)，空氣質(zhì)量明顯下降（圖2）。

4 總結(jié)

（1）巴彥淖爾市SO2、NO2濃度各月變化不大;CO在進(jìn)入采暖期后濃度顯著增高;PM2.5、PM10濃度在進(jìn)入春季后有顯著的躍增，且在5月達(dá)到最高;受晴好天氣影響，夏季O3濃度較高;AQI在5月達(dá)到最大，可見(jiàn)春季沙塵天氣對(duì)AQI的影響最大，11月達(dá)到次高值，預(yù)示著剛進(jìn)入供暖期，煙煤對(duì)空氣污染也有一定貢獻(xiàn)。

（2）對(duì)比分析2019年12月21—25日的空氣污染過(guò)程，前期有積雪，且氣溫持續(xù)偏低，相對(duì)濕度大、風(fēng)力小、層結(jié)穩(wěn)定，導(dǎo)致污染物無(wú)法擴(kuò)散，進(jìn)而持續(xù)了5 d。因此，在冬季也需關(guān)注大的降雪過(guò)程后霧霾天氣的發(fā)生。

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責(zé)任編輯：黃艷飛