李 越，李幸璐

張家口市氣象局，河北張家口 075000

21世紀(jì)以來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的突飛猛進(jìn)，人類對能源的需求量與消耗量與日俱增，不僅嚴(yán)重破壞了人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境，還導(dǎo)致土壤污染、水污染與大氣污染等愈演愈烈。作為人類生存的必需品之一，空氣的質(zhì)量與大眾生活及身體健康等密切相關(guān)。影響空氣質(zhì)量的因素很多，主要包括大氣污染物排放、氣象條件與下墊面狀況等[1]。

近年來，隨著大氣污染現(xiàn)象的日趨嚴(yán)重，諸多大氣科學(xué)研究者針對大氣污染開展了大量的研究工作，均顯示空氣質(zhì)量狀況與氣象條件之間的關(guān)系密切。其中，周兆媛等[2]運(yùn)用空氣污染指數(shù)(Air Pollution Index，API)與關(guān)鍵氣象因子，重點分析了京津冀地區(qū)API與各氣象因子之間的關(guān)系，后應(yīng)用氣候模式結(jié)果研究了未來氣象因子變化對空氣質(zhì)量的影響；郭黎等[3]采用數(shù)理統(tǒng)計法分析了2015—2018年黃岡市空氣質(zhì)量特征及其與氣象要素之間的關(guān)系。

張家口市(113°50′～116°30′E，39°30′～42°10′N)地處河北省西北部，區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量相對較好，然而張家口市冬季漫長而寒冷，且采暖期較長，對空氣質(zhì)量的影響較為顯著。作為冀西北地區(qū)的中心城市，張家口市經(jīng)濟(jì)與城市的快速發(fā)展為冀西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了極大程度的推動作用，然而由此引發(fā)的空氣質(zhì)量問題也日益嚴(yán)峻。特別是進(jìn)入采暖期之后，張家口市空氣質(zhì)量問題更是凸顯。

空氣污染不僅會導(dǎo)致高速公路、機(jī)場等封閉，部分公交線路停運(yùn)，全市中小學(xué)全面停課，還會導(dǎo)致呼吸疾病患病率劇增，對大眾日常生產(chǎn)生活與生命健康安全的影響及危害不容忽視[4]。因此，全面掌握張家口市空氣質(zhì)量變化特征，了解空氣質(zhì)量與氣象要素之間的關(guān)系等非常重要。

選用張家口市2014—2019年逐日空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)數(shù)據(jù)，重點分析了該地區(qū)空氣質(zhì)量指數(shù)的年、季與月變化特征，并與主要?dú)庀笠叵嘟Y(jié)合，探析了空氣質(zhì)量指數(shù)與氣象要素之間的關(guān)系，旨在全面掌握張家口市空氣質(zhì)量狀況，保護(hù)人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境，保障人們生命安全[5]。

1 資料來源

2012年國家環(huán)保部門重新規(guī)定了空氣質(zhì)量描述指標(biāo)，結(jié)合《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定》，選用空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)這一指標(biāo)用于判定空氣質(zhì)量。按照規(guī)定將AQI劃分為以下幾個等級(表1)。由表1可知，AQI的數(shù)值越大則代表空氣污染越嚴(yán)重，對人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活及身體健康的危害也更為嚴(yán)重[6]。

表1 AQI等級劃分

空氣質(zhì)量資料來源于張家口市環(huán)保中心，時間為2014年1月—2019年12月，主要大氣污染物包括PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO與O3六種。氣象資料主要源于張家口市氣象局，時間為2014年1月至2019年12月，主要包括日平均氣溫、日最高(低)氣溫、相對濕度、24 h降水量、風(fēng)向風(fēng)速等氣象要素。

2 張家口市空氣質(zhì)量變化特征分析

2.1 空氣質(zhì)量總體特征分析

2.1.1 AQI的年際變化特征計算2014—2019年張家口市逐日AQI數(shù)據(jù)可見，這一時間段內(nèi)張家口市年平均AQI分別 為72.77、75.33、77.23、77.77、64.64、70.08(圖1)。由此可見，近6年來張家口市整體空氣質(zhì)量水平均為良。同時，張家口市年平均AQI隨著年份的增加而呈現(xiàn)出減少趨勢，其空氣質(zhì)量呈逐年好轉(zhuǎn)趨勢

圖1 2014—2019年張家口市年平均AQI的變化趨勢

為深入研究張家口市空氣質(zhì)量變化特征，參照表1針對張家口市空氣質(zhì)量進(jìn)行分級，得出圖2。結(jié)合圖2可見，2014—2019年張家口市空氣質(zhì)量以優(yōu)良等級為主。

圖2 2014—2019年張家口市逐年空氣質(zhì)量等級日數(shù)分布

空氣質(zhì)量為優(yōu)的天數(shù)累計出現(xiàn)557 d，占比25.76%。隨著年份的遞增，張家口市空氣質(zhì)量為優(yōu)的天數(shù)呈減少趨勢，其峰值與谷值分別出現(xiàn)在2014年與2016年，分別為117、74 d；空氣質(zhì)量為良的天數(shù)累計出現(xiàn)1 226 d，占比56.71%。隨著年份的遞增，張家口市空氣質(zhì)量為良的天數(shù)呈減少趨勢，其峰值與谷值分別出現(xiàn)在2015年與2014年，分別為215、195 d；輕度污染的天數(shù)累計出現(xiàn)317 d，占比14.66%。隨著年份的遞增，張家口市輕度污染天數(shù)呈增加趨勢，其峰值與谷值分別出現(xiàn)在2016年與2014年，分別為69、35 d。

相較而言，2014—2019年張家口市中度、重度與嚴(yán)重污染日數(shù)較少，累計出現(xiàn)62 d，尤其是重度與嚴(yán)重污染更少，累計出現(xiàn)14 d。

2.1.2 AQI季節(jié)變化特征2014—2019年張家口市夏季空氣質(zhì)量最差，春季次之，而秋季空氣質(zhì)量最好，且各季節(jié)空氣質(zhì)量均為良。分析各季節(jié)空氣質(zhì)量的變化趨勢可見，春季與冬季平均AQI隨著年份的增加呈減少趨勢，空氣質(zhì)量呈好轉(zhuǎn)趨勢；而夏季與秋季平均AQI則有所增加，空氣質(zhì)量逐漸變差(表2)。

表2 2014—2019年張家口市各季節(jié)AQI統(tǒng)計

2.1.3 AQI的月變化特征張家口市逐月平均AQI呈兩頭低中間高的分布特征。各月份平均AQI均低于100，表明張家口市空氣質(zhì)量大多數(shù)時間均位于優(yōu)良水平，整體空氣質(zhì)量相對較好。5月、6月與7月為一年當(dāng)中月平均AQI最高的月份，其他時間段相對平穩(wěn)，即張家口市春季與夏季空氣污染較為嚴(yán)重，而秋冬季節(jié)傾向良好。以7月份平均AQI最高，達(dá)91.2；6月份次之為91.0；12月份平均AQI最低為58.5(圖3)。

圖3 2014—2019年張家口市月平均AQI的變化趨勢圖

2.2 污染物變化特征分析

2.2.1 空氣污染物的年際變化據(jù)統(tǒng)計，2014—2019年張家口市空氣污染物主要包括PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3等，其平均質(zhì)量濃度依次為30.14、70.83、24.90、24.58、99.50，以O(shè)3的質(zhì)量濃度最高，NO2最低。分析各種空氣污染物的年際變化趨勢可見，隨著年份的遞增，除O3的質(zhì)量濃度呈上升趨勢外，其他污染物均呈不同程度的下降趨勢。以SO2的變化趨勢最顯著，PM10次之。相對而言，NO2的變化趨勢較為平緩(圖4)。

圖4 2014—2019年張家口市各種空氣污染物的年際變化趨勢圖

2.2.2 空氣污染物的季節(jié)性變化特征統(tǒng)計各個季節(jié)張家口市各種空氣污染物的質(zhì)量濃度可知，PM2.5與S02濃度為冬季最高，夏季最低；O3的濃度為夏季最高，而冬季最低；PM10質(zhì)量濃度為春季最高，而夏季最低；NO2的質(zhì)量濃度為秋冬季較高，而夏季最低(圖5)。究其原因，SO2、NO2等主要源于燃燒排放，秋冬季節(jié)取暖增多導(dǎo)致此類污染物濃度較高。O3主要來源于自然臭氧與汽車尾氣，且極易受到高溫天氣的影響，因此夏季濃度較高[7]。

圖5 2014—2019年張家口市空氣污染物季節(jié)變化特征

3 空氣質(zhì)量與氣象要素的關(guān)系

3.1 空氣質(zhì)量與溫度的關(guān)系

一般情況下，近地層空氣溫度與空氣質(zhì)量密切相關(guān)。空氣溫度＜0 ℃時，出現(xiàn)污染天氣的頻次最高。冬季與春季光照較少且持續(xù)時間較短，且大氣溫度較低，大氣流活躍性較弱，污染物無法有效擴(kuò)散，極易引發(fā)空氣污染現(xiàn)象[8]。春初或秋末冬初，日平均氣溫為10～15 ℃時，極易出現(xiàn)中度甚至重度污染天氣；春末夏初，日平均氣溫為20～30 ℃時，其污染頻率最高，但均表現(xiàn)為輕度與中度污染；空氣溫度＞30 ℃時，此時正值夏季，風(fēng)速較低，不利于污染物擴(kuò)散，污染現(xiàn)象也較為嚴(yán)峻，空氣質(zhì)量不容樂觀。

3.2 空氣質(zhì)量與降水的關(guān)系

降水與空氣質(zhì)量優(yōu)良率息息相關(guān)，強(qiáng)降水對空氣污染物具有一定的沉降作用。一般情況下，降水天氣條件下空氣質(zhì)量優(yōu)良率均超出90%。同時，隨著降水強(qiáng)度的增強(qiáng)，空氣質(zhì)量優(yōu)良率也有所上升。這主要是由于降水能夠?qū)諝馄鸬揭欢ǖ南此⑿Ч档痛髿馕廴疚餄舛?，減少污染天氣的出現(xiàn)頻次，進(jìn)而提高空氣質(zhì)量[9]。

3.3 空氣質(zhì)量與相對濕度的關(guān)系

當(dāng)空氣當(dāng)中相對濕度較低時，大風(fēng)極易吹起地表粉塵與建筑粉塵，它們極易結(jié)合大氣當(dāng)中的水汽形成煙霧，此類煙霧很難擴(kuò)散且不易沉降，導(dǎo)致空氣質(zhì)量顯著下降。當(dāng)空氣濕度較大時往往伴隨著雨雪天氣現(xiàn)象，可以有效沖刷大氣污染物，進(jìn)而提高空氣質(zhì)量。

3.4 空氣質(zhì)量與風(fēng)速的關(guān)系

通常情況下，風(fēng)速越大，空氣流動性越強(qiáng)，大氣具備良好的擴(kuò)散條件，為大氣污染物的擴(kuò)散與稀釋創(chuàng)造了良好條件，對改善空氣質(zhì)量的作用顯著。

4 結(jié)論

分析2014—2019年張家口市空氣質(zhì)量變化特征及其與氣象要素的關(guān)系，得出以下結(jié)論。

(1)2014—2019年張家口市整體空氣質(zhì)量水平均為良。年平均AQI隨著年份的增加而呈現(xiàn)出減少趨勢，其空氣質(zhì)量呈逐年好轉(zhuǎn)趨勢。張家口市空氣質(zhì)量以優(yōu)、良及輕度污染為主，其中空氣質(zhì)量為優(yōu)、良的天數(shù)均呈不同程度的減少趨勢，輕度污染天數(shù)則呈一定的增加趨勢，出現(xiàn)中度、重度與嚴(yán)重污染日數(shù)較少。相對而言，夏季空氣質(zhì)量最差，秋季空氣質(zhì)量最好。7月份空氣質(zhì)量最差。

(2)張家口市空氣污染物主要包括PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3等，除O3的質(zhì)量濃度呈上升趨勢外，其他污染物均呈不同程度的下降趨勢。PM2.5與SO2濃度為冬季最高，夏季最低；O3的濃度為夏季最高，而冬季最低；PM10質(zhì)量濃度為春季最高，而夏季最低；NO2的質(zhì)量濃度為秋冬季較高，而夏季最低。

(3)張家口市空氣質(zhì)量變化與溫度、降水、相對濕度與風(fēng)速等氣象要素均密切相關(guān)，且與以上氣象要素均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。