漢中市空氣污染特征及其氣象條件分析

胡江波，王云鵬，楊利霞，彭詩軍

(1.漢中市氣象局，陜西漢中 723000；2.漢中市環境監測中心站，陜西漢中 723000)

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漢中市空氣污染特征及其氣象條件分析

胡江波1，王云鵬1，楊利霞1，彭詩軍2

(1.漢中市氣象局，陜西漢中 723000；2.漢中市環境監測中心站，陜西漢中 723000)

利用2015年漢中市空氣質量資料和同期的地面氣象觀測資料，統計分析了2015年漢中市空氣質量與氣象條件之間的關系。結果表明：2015年漢中市空氣質量狀況總體較好，以優良天氣為主，達標率78%；空氣質量指數和空氣污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5及CO質量濃度變化趨勢基本一致，均表現為夏季最低，冬季最高，O3變化規律正好相反；降水能夠有效清除空氣污染物，凈化空氣，對于0～50 mm的降水，降水量級越大，對空氣污染物的清除作用越明顯；漢中主導風向為偏東風和偏南風時，空氣質量較差，為偏北風時，空氣質量較好；風速對空氣質量具有雙重影響。

空氣質量；污染；氣象條件；漢中

空氣污染與污染源的類型、分布狀況，地形地貌，氣象條件等密切相關[1]。然而，對于某一特定區域而言，由于地形地貌及污染源狀況在一定時間范圍和經濟條件下相對穩定，氣象條件對空氣污染物的濃度分布有著重要影響。研究表明[2-3]，在不同的氣象條件下，同一污染源排放所造成的地面污染物濃度可相差幾十倍乃至幾百倍。漢中市是著名的歷史文化名城，隨著近年城市化的快速發展，空氣污染問題日益嚴重，尤其是每年的秋冬季節，受不利氣象條件影響，污染物濃度較高，常常出現空氣污染的狀況。本文對漢中市空氣污染物分布特征及其氣象條件進行了分析，旨在為當地有效控制污染、改善生態環境和探索綜合治理空氣污染的途徑提供科學依據。

1 資料來源

空氣質量數據采用漢中市環境監測中心站2015年1月1日—12月31日期間SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO的逐日質量濃度資料。氣象資料為漢中市國家基本氣象站同期的降水、風速及風向等地面氣象觀測資料。

2 空氣質量的分布與變化

2.1 空氣質量等級分布狀況

利用漢中市2015年1月1日—12月31日環境監測資料統計分析漢中市空氣質量等級分布情況。空氣質量達Ⅰ級(優)的有83 d，占全年總日數的22.8%；Ⅱ級(良)有202 d，占比最高，達55.3%；Ⅲ級(輕度污染)有46 d，占比達12.6%；Ⅳ級(中度污染)較少，有14 d，僅占全年的3.8%；Ⅴ級(重度污染)和Ⅵ級(嚴重污染)分別為19 d和1 d，占比分別為5.2%和0.3%。可見，2015年漢中市空氣質量以優良天氣為主，達到優良的日數有285 d，達標率78%，污染天氣(輕度污染及以上)僅占全年總日數的22%。

2.2 空氣質量指數(AQI)的季節變化特征

從圖1 可以看出，漢中市空氣質量呈現明顯的季節變化特點，夏季(6—8月)和秋季(9—11月)空氣質量最好，春季(3—5月)次之，冬季(12—2月)空氣質量最差。夏秋季氣溫較高，大氣對流活動旺盛，有利于空氣污染物的擴散和稀釋，同時夏秋季降水多，降水對空氣污染物沉降作用顯著；冬季氣溫低，降水稀少，大氣層結較為穩定，往往有逆溫層存在，再加上受漢中冬季燃煤取暖及道路揚塵等影響，空氣質量為一年中最差；春季冷暖空氣活動頻繁，多浮塵天氣，導致顆粒物污染濃度增加，AQI上升，空氣質量變差。

圖1 漢中市2015年空氣質量指數月變化

2.3 六種污染物質量濃度季節變化

漢中市空氣污染物質量濃度存在明顯的季節變化特征，從表1可以看出，SO2、NO2、PM10、PM2.5及CO質量濃度變化規律與AQI的變化趨勢基本一致，均為冬季濃度最高，夏季濃度最低，主要由于漢中市冬季燃煤取暖導致污染物排放量增大，SO2、NO2等污染物的濃度明顯升高，另外，漢中冬季大氣處于靜穩態，對流活動不旺盛，不利于污染物的擴散[2]；而夏季對流活動旺盛，再加上雨水的清除作用，氣象條件非常有利于空氣污染物的擴散。O3質量濃度變化規律表現為春夏濃度高，秋冬季節濃度低。春夏太陽輻射強，氣溫升高，CO、NOx等污染物易發生光化學反應產生了O3，從而導致O3濃度明顯升高[4]。

表1 2015年漢中市各種污染物質量濃度季節變化 μg/m3

3 氣象條件對空氣質量的影響

3.1 降水對空氣污染物濃度的影響

降水能有效沖刷、稀釋空氣中各種污染物，降低污染物在空氣中的濃度，故雨后一般空氣質量較好[5-8]。由圖2可看出，在無降水時，漢中市各種污染物質量濃度均處于最高水平；在降水量為小雨(0.1～9.9 mm)時，降水對各污染物均具有一定清除效果，其中對PM10、PM2.5的效果最明顯，說明小雨天氣過程就可以明顯降低空氣中污染物的質量濃度，改善空氣質量；在降水量為中雨(10～24.9 mm)時，各種污染物質量濃度繼續降低，其中，PM2.5平均質量濃度由無降水日的70.74 μg/m3下降到25.44 μg/m3，PM10由無降水日的95.12 μg/m3下降到33.44 μg/m3。在降水量為大雨(25～49.9 mm)時，各種污染物質量濃度均降低至最低水平，其中，PM2.5平均質量濃度較無降水日下降了84.5%，PM10下降了83.18%，SO2下降了77.17%，NO2下降了62.11%，說明大雨天氣過程對空氣質量的改善作用最明顯。可見，對于0～50 mm的降水，降水量級與空氣污染物平均質量濃度大致呈負相關趨勢，即降水量級越大，空氣污染物平均質量濃度越小。說明降水可有效清除空氣污染物，尤其是對主要污染物PM10、PM2.5效果更為明顯，這也是漢中夏秋季空氣質量相對較好的原因之一。另外，在降水量為暴雨及以上(≥50 mm)時，各種污染物質量濃度較無降水日明顯下降，但對各種污染物的清除作用不及中雨和大雨，主要是由于2015年漢中市出現暴雨及以上(≥50 mm)的降水僅一次，而且暴雨出現在春季(4月1日)，而中雨和大雨主要集中在夏、秋季，因此，分析結果代表性不強，待資料累積后再作進一步分析。

圖2 漢中市不同等級降水量對應的污染物平均質量濃度

3.2 風速對空氣質量的影響

風是邊界層內影響污染物擴散的重要動力因子[9]。由表2可知，在日最大風速<4 m/s時，AQI與風速呈相反趨勢，即風速越大對污染物的擴散稀釋作用越顯著。當日最大風速3～4 m/s時，AQI比日最大風速<2 m/s時下降了41.0%。當日最大風速4～5 m/s時，AQI比風速3～4 m/s時明顯上升，主要是因為風速增大到一定程度會引起浮塵、揚沙等，從而導致污染物濃度增加，因此風速對空氣質量具有雙重影響。

表2 漢中市不同范圍日最大風速的平均AQI

3.3 風向對空氣質量的影響

風向對污染物的輸送和擴散有重要影響[10-11]。

表3為漢中市不同主導風及其相應的空氣質量等級分布狀況，可以看出，漢中市2015年的主導風向主要為偏南風，約占全年的46.3%；其次是偏東風，占全年的42.2%；出現最少的是偏北風，僅占11.5%。在不同主導風向中，當風向為偏東風和偏南風時，空氣質量較差，尤其是偏南風時，出現的污染日最多，且中度以上污染天氣較多；當主導風向為偏北風時，漢中市空氣質量較好，偶爾有污染天氣出現。這主要是由于偏南風或偏東風往往帶來充沛的水汽，空氣濕度大，有利于大氣中的顆粒物吸濕增長，使污染物質量濃度增加。另外，空氣濕度大，容易形成霧罩，空氣污染物不易擴散。偏北風往往伴隨北方的干冷空氣而來，有利于空氣質量的改善。

表3 漢中市不同主導風及其相應的空氣質量等級分布狀況

4 結論與討論

(1)2015年漢中市空氣質量狀況總體較好，以優良天氣為主，達標率78%，污染天氣僅占全年總日數的22%。

(2)空氣質量指數和空氣污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5及CO質量濃度變化規律的變化趨勢基本一致，均表現為夏季最低，冬季最高；O3變化規律正好相反。

(3)降水可有效清除空氣污染物，凈化空氣，對于0～50 mm的降水，降水量級越大，對空氣污染物的清除作用越明顯。小雨可以明顯降低空氣污染物的質量濃度，改善空氣質量；大雨對空氣質量的改善效果最明顯。

(4)漢中市主導風向為偏東風和偏南風時，空氣質量較差；偏北風時，漢中市空氣質量較好。風速對空氣質量具有雙重影響。

(5)本研究因只有一年資料，分析結果有一定的局限性，特別是暴雨樣本太少，代表性不強。因此待今后資料累積后，污染物與氣象條件的關系須作進一步分析。

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1006-4354(2016)06-0031-04

2016-04-18

胡江波(1979—)，男，陜西西安人，碩士，高工，從事農業氣象工作。

漢中市氣象局2015年度科研項目(2015HZ-03)

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