寶雞市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)系統(tǒng)本地化應(yīng)用分析

徐衡 朱筱娟 羅漢翔

摘 要：城市空氣質(zhì)量不僅受到城市發(fā)展的影響，目前很大一定程度受到天氣氣候起到一定主導(dǎo)作用[1]。以寶雞本地實(shí)際空氣質(zhì)量特點(diǎn)及污染物與氣象因素與各污染物及不同時(shí)期，不同站點(diǎn)的影響程度，及寶雞市工業(yè)分布，排放特點(diǎn)，在做空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警模型時(shí)應(yīng)做好本地優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：環(huán)境狀況；預(yù)報(bào)本地優(yōu)化；寶雞

中圖分類(lèi)號(hào)：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）14-0017-02

寶雞市目前工業(yè)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，以機(jī)加工行業(yè)為主，且燃煤大戶(hù)相對(duì)集中，所以污染源排放控制相對(duì)容易，同時(shí)城市大氣污染源排放在短時(shí)間內(nèi)變化不大，相對(duì)穩(wěn)定。我國(guó)目前大氣環(huán)境治理尚處于第二階段“持續(xù)進(jìn)行治理，但受到風(fēng)速、濕度、降雨等影響，空氣質(zhì)量會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)”大氣環(huán)境質(zhì)量的好壞以及區(qū)域空間分布很大一定程度取決于大氣氣象擴(kuò)散條件。

目前關(guān)中地區(qū)污染物排放總量過(guò)高，單位面積內(nèi)的生產(chǎn)、生活排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了環(huán)境承載能力?，F(xiàn)階段只依靠減排來(lái)改善環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀不現(xiàn)實(shí)，也不可能。如何能更好實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境改善目標(biāo)，早日實(shí)現(xiàn)藍(lán)天綠水，在現(xiàn)階段我們?cè)谥贫ê吐鋵?shí)大氣污染防治方案時(shí)就應(yīng)該合理的考慮氣象條件對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)氣象對(duì)環(huán)境質(zhì)量影響，開(kāi)展了很多研究，并大量的在環(huán)境質(zhì)量預(yù)報(bào)和大氣環(huán)境治理方面應(yīng)用，特別是在大氣環(huán)境質(zhì)量預(yù)報(bào)方面。國(guó)家層面、省、市基層面都開(kāi)展了區(qū)域性的環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。目前國(guó)際上空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的方法有兩種，一種是以統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，基于統(tǒng)計(jì)分析，研究大氣環(huán)境的變化規(guī)律，建立大氣污染物濃度與氣象參數(shù)間的統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模型，來(lái)預(yù)測(cè)大氣污染物濃度，稱(chēng)之為統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)；另外一種則是以大氣動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，基于對(duì)大氣物理和化學(xué)過(guò)程的理解，建立大氣污染濃度在空氣中的輸送擴(kuò)散數(shù)值模型，借助計(jì)算機(jī)來(lái)預(yù)報(bào)大氣污染物濃度在空氣中的動(dòng)態(tài)分布，稱(chēng)之為數(shù)值預(yù)報(bào)[2]。如何贏得空氣重污染應(yīng)對(duì)主動(dòng)權(quán)，準(zhǔn)確空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)為大氣污染防治確立了可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，可持續(xù)有力的實(shí)現(xiàn)改善環(huán)境質(zhì)量的目的[3]。本文就是在寶雞市大氣污染特征的基礎(chǔ)上如何將統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)更優(yōu)化的完成本地化應(yīng)用的研究。

1 大氣環(huán)境狀況分析

由于城市大氣污染源的排放在一段時(shí)間內(nèi)是相對(duì)穩(wěn)定的，大氣污染物濃度時(shí)空分布的不確定性在一定程度上主要取決于大氣擴(kuò)散條件。在污染物排放相對(duì)平穩(wěn)的條件下，由于天氣背景的不同，可以使大氣污染物的平均環(huán)境濃度發(fā)生幾倍、甚至幾十倍的差異。因此，在進(jìn)行空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)研究的第一步首先要掌握本地空氣質(zhì)量時(shí)間、空間上的變化特征。

中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所研究員曹軍驥認(rèn)為陜西關(guān)中地區(qū)在污染擴(kuò)散條件方面存在“先天不足”。地形方面，關(guān)中地區(qū)在秦嶺和黃土高原的包圍下形成東西向的喇叭形開(kāi)口，污染物只能在有西北風(fēng)的時(shí)候被吹散，其他風(fēng)向下都會(huì)導(dǎo)致本地污染物的積累甚至外地污染物的輸入。氣象特征方面，關(guān)中地區(qū)常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，全年靜風(fēng)頻率為35%。而在冬季，靜風(fēng)頻率更是高達(dá)45%，且僅有不到20%的天氣形勢(shì)有利于大氣污染擴(kuò)散。

寶雞市地地形南、西、北三面環(huán)山，以渭河為中軸向東擴(kuò)展，呈尖角開(kāi)口槽形特點(diǎn)致使環(huán)境容量小，不利于污染物擴(kuò)散。秋冬季寶雞地區(qū)邊界層高度一般只有500-600米左右，抑制了大氣垂直交換，地面污染物堆積，容易形成污染天氣。而且存在大氣污染條件下的“空氣壓縮”效應(yīng)。大氣污染越重，邊界層的高度越低，形成進(jìn)一步的“空氣壓縮”，使大氣污染加劇，惡性循環(huán)。根據(jù)研究1960年至2013年寶雞市人均氣候舒適度指數(shù)平均每10年增加0.38，春季上升幅度最大0.64每10年，其次為冬季0.53每10年[4]。也就是說(shuō)寶雞氣候條件在發(fā)生變化，寶雞在變暖。

1.1 空氣質(zhì)量現(xiàn)狀

寶雞市自2014年執(zhí)行新的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)至2017年空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)平均250天。PM2.5和PM10為主要超標(biāo)污染物，年均值濃度超過(guò)國(guó)家年二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，臭氧污染天數(shù)呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)。PM10和O3-8h主要在空氣質(zhì)量為良和輕度污染時(shí)為首要污染物，PM2.5除了在良和輕度污染時(shí)為首要污染物外，在中度污染、重度污染和嚴(yán)重污染時(shí)也為首要污染物。

從近4年市區(qū)空氣質(zhì)量及各子站空氣質(zhì)量變化來(lái)看，空氣質(zhì)量整體呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)態(tài)勢(shì)，顆粒物濃度減排效果顯著，減煤、控煤成果明顯體現(xiàn)，臭氧污染呈現(xiàn)逐年加重趨勢(shì)。從近4年的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)來(lái)看寶雞市區(qū)空氣質(zhì)量受氣象條件影響較大，易受氣象條件變化出現(xiàn)空氣質(zhì)量反彈。寶雞空氣質(zhì)量季節(jié)性變化非常明顯，冬季污染最重，春秋季節(jié)寶雞市區(qū)空氣質(zhì)量易受到來(lái)自新疆、甘肅等地的沙塵天氣影響出現(xiàn)揚(yáng)沙浮塵天氣。夏季寶雞空氣質(zhì)量最好，主要是由于氣象條件影響擴(kuò)散條件明顯好轉(zhuǎn)，但同時(shí)受到顆粒物減排及目前二氧化氮濃度上升及揮發(fā)性有機(jī)物排放量大的影響臭氧污染較重。

1.2 污染物關(guān)系分析

SO2與NO2在工業(yè)源方面具有同源性，SO2主要排放來(lái)源于工業(yè)，而NO2除工業(yè)源外還有機(jī)動(dòng)車(chē)源。在冬季和初春，NO2與SO2同源性較為明顯，相比機(jī)動(dòng)車(chē)，工業(yè)排放污染影響更加明顯，而夏季機(jī)動(dòng)車(chē)影響較為明顯。

PM2.5與PM10的比值主要用來(lái)評(píng)估顆粒物中二次成份來(lái)源，比值越大說(shuō)明二次生成率越高，比值越小說(shuō)明受沙塵、揚(yáng)塵影響較大。PM2.5與PM10比值波動(dòng)頻率較大，在1月末和3月下旬，5月下旬，6月下旬均有較高值出現(xiàn)；在2月末，3月初，4月中旬，10月初均有較低值出現(xiàn)，說(shuō)明在此期間沙塵或揚(yáng)塵影響較大。

1.3 污染排放情況

2015年，寶雞市第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)之間的規(guī)模比例為7：55：38。第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的規(guī)模仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于第二產(chǎn)業(yè)。近幾年二產(chǎn)增速下降，但占比依然最重。表明寶雞仍然是一個(gè)典型的工業(yè)城市。2015年全市規(guī)模以上企業(yè)煤炭使用量1089.28萬(wàn)噸，位于寶雞市北部，鳳翔縣長(zhǎng)青工業(yè)源中主要企業(yè)煤炭消耗量巨大，占全市煤炭使用量的近70%，園區(qū)中，大唐寶雞熱電廠共使用142.54萬(wàn)噸，長(zhǎng)青能化共使用26.59萬(wàn)噸，東嶺冶煉共用煤62.01萬(wàn)噸，國(guó)電寶雞第二發(fā)電有限責(zé)任公司用煤238.03萬(wàn)噸，國(guó)電寶雞發(fā)電有限責(zé)任公司用煤257.40萬(wàn)噸。

從污染物排放量來(lái)看，寶雞市2015年排放SO231706.19噸，NOX45901.36噸，煙粉塵29334.24噸，鳳翔縣幾種污染物排放量分別占比19.4%，33.4%和32.6%，在全市區(qū)縣中，排放量最大。

2 空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)本地化參數(shù)應(yīng)用

2.1 擴(kuò)散條件影響

寶雞市地形不開(kāi)闊，三面環(huán)山，呈尖角開(kāi)口槽形，風(fēng)速較小，靜穩(wěn)天氣較多，頻率達(dá)到80%，這種地形及氣象條件十分不利于污染物濃度的擴(kuò)散，污染物濃度本底值的積累增加對(duì)實(shí)時(shí)的污染物濃度有非常顯著的貢獻(xiàn)，因此，根據(jù)以上污染現(xiàn)狀特點(diǎn)及排放特點(diǎn)在預(yù)報(bào)建模時(shí)應(yīng)對(duì)PM10、PM2.5及O3的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度加以側(cè)重。根據(jù)時(shí)間變化趨勢(shì)，應(yīng)對(duì)O3濃度在夏、秋季加強(qiáng)側(cè)重，對(duì)SO2、NO2、CO、PM10和PM2.5濃度在冬季、春季加強(qiáng)側(cè)重。

2.2 沙塵影響

我們?cè)趯?duì)近幾年寶雞沙塵影響天數(shù)統(tǒng)計(jì)分析后，結(jié)合沙塵來(lái)源上風(fēng)向相鄰的幾個(gè)城市PM10變化來(lái)看，沙塵到寶雞后受到隴山侵?jǐn)_，峰值濃度明顯下降。但平均濃度變化幅度相對(duì)并未出現(xiàn)一直處于較低階段，甚至出現(xiàn)高于上風(fēng)向濃度情況，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，上風(fēng)向固原、慶陽(yáng)、蘭州出現(xiàn)沙塵天氣后，結(jié)合風(fēng)速和沙塵強(qiáng)度，一般到寶雞境內(nèi)需要5個(gè)小時(shí)以上。但如果上風(fēng)向沙塵濃度不大，空氣質(zhì)量達(dá)到中度污染級(jí)別，且風(fēng)速偏北時(shí)，對(duì)寶雞一般不會(huì)產(chǎn)生影響，雖然沙塵到寶雞后峰值下降，但影響時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)PM10的貢獻(xiàn)并未呈現(xiàn)出明顯的偏低，對(duì)寶雞的影響周期較長(zhǎng)。因此在空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)模型中必須要考慮到寶雞市春季經(jīng)常受到沙塵影響，因此在對(duì)春季沙塵天氣頻發(fā)的時(shí)間段建模過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意沙塵來(lái)源區(qū)域，選擇與此次沙塵相對(duì)應(yīng)的城市PM10濃度。

2.3 長(zhǎng)青工業(yè)園排放影響

寶雞市的排放源較為集中，一半以上燃煤集中在長(zhǎng)青工業(yè)園，因此在建模的時(shí)候把距離工業(yè)園區(qū)較近站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值作為其他站點(diǎn)的預(yù)報(bào)的因子。但由于長(zhǎng)青工業(yè)園不在寶雞市區(qū)，并且距離幾個(gè)監(jiān)測(cè)站距離差距較小，因此要根據(jù)氣象條件來(lái)選擇作為參考因子的監(jiān)測(cè)站。在靜穩(wěn)天氣時(shí)，選擇實(shí)際物理距離最近的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)濃度；在非靜穩(wěn)天氣時(shí)，則選擇污染物從長(zhǎng)青工業(yè)園傳輸?shù)奖菊舅玫膫鬏敃r(shí)間最短的監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于寶雞市區(qū)空氣質(zhì)量的深入分析，分析其變化特征和規(guī)律，為更好的實(shí)現(xiàn)寶雞市區(qū)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性提供本地化應(yīng)用優(yōu)化的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳忠標(biāo)，李偉，王莉紅.城市大氣環(huán)境概論[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]聶邦勝.國(guó)內(nèi)外常用的空氣質(zhì)量模式介紹[J].江蘇環(huán)境科技，2008，（S1）：125-128.

[3]柏仇勇，李健軍.環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警在重污染天氣應(yīng)對(duì)中的作用與啟示[J].環(huán)境保護(hù)，2017，45（8）：45-48.

[4]何佳，周旗，李建.寶雞市近54年來(lái)人居氣候舒適度變化特征分析[J].寶雞文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，35（1）：68-73.