南昌市污染物AQI指數特征分析

鄒琳　劉玲　熊劦

摘 要：本文分析了南昌2013年至2014年的環境空氣監測數據，結果顯示：南昌空氣質量良好;主要污染期集中在10月至2月;PM2.5是南昌城區首要污染物;PM10、PM2.5、CO呈冬季>春季>秋季>夏季的季節特性;SO2、NO2呈冬季>秋季>春季>夏季的季節特性;8小時O3則呈現出春季>夏季>秋季>冬季的季節特性。在夏季，8小時O3成為南昌市最主要的污染物。通過具體分析發現，影響南昌AQI的主要天氣條件有轉折性過程天氣、地面強冷空氣過境、降水、連陰、連晴等因素。

關鍵詞：AQI：南昌;氣溶膠顆粒物;氣象要素

中圖分類號：X51文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）26-0156-03

隨著人們環保意識的加強，城市空氣質量逐漸成為一個熱門話題。徐鳴[1]等利用Morlet小波變化方法研究了空氣污染時間序列的特征、周期及影響因子;王斌[2]等分析了我國沿海城市的空氣污染變化特征;李文杰[3]等分析了氣象因素對空氣污染的作用;莫莉等[4]對北京市區域城市化程度與顆粒物污染的相關性進行了分析。本文通過分析南昌空氣質量指數AQI的變化規律及氣象因素對AQI的影響，以加強對南昌市霧霾天氣的成因及機理的理解和認識。

1 數據來源

本文中的氣象觀測數據采用南昌市觀象臺（N28°36′，E115°55′，海拔46.9m）自動氣象站地面氣象觀測數據（包括風向、風速、氣壓、相對濕度、日照時數、降水和氣溫等）及700、850hPa和925hPa的L波段雷達觀測資料?？諝赓|量數據使用南昌市環境監測提供的 2013年和2014年的資料。南昌市主城區共設置空氣質量自動監測站9個，分別是江西省外辦站、江西省林業公司站、林科所站、京東鎮政府站、建工學校站、象湖站、武術學校站、石化和省站等監測站等。

2 南昌市污染物AQI指數年度特征

2013年開展了AQI觀測，觀測項目增加了細顆粒物（PM2.5）和臭氧（O3）8h濃度的觀測。從圖1可以看出，2013年和2014年南昌市未出現嚴重污染，空氣質量優良率分別為60.8%、80.5%，空氣質量優良天數分別為222d和294d。重度污染一般出現在1月和12月，PM2.5是南昌市最主要的污染物，分別占AQI指數的比例為27%、26%，其次為PM10占23%、24%。從AQI指數季節變化中發現（見圖2），PM10、PM2.5、CO呈冬季>春季>秋季>夏季的季節特性。SO2、NO2呈冬季>秋季>春季>夏季的季節特性。8小時O3則為春季>夏季>秋季>冬季的季節特性，在夏季，8小時O3則成為南昌市最主要的污染物。這是由于臭氧就是光化學煙霧的產物，其不是直接被生成的，而是經光化學作用轉化而成的，其濃度變化受太陽輻射及溫度的影響。南昌市春季和夏季的輻射較強，有利于臭氧的形成。再加上夏季大氣對流旺盛，污染物擴散加快，SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO各污染物的AQI指數均有明顯下降。但因為夏季日照強烈，輻射較大，受其影響，白天8小時O3的月均AQI指數不降反升，反而略高于PM2.5和PM10。

3 氣象條件對空氣質量的影響

如圖3所示，1月份南昌的空氣污染以PM2.5為主，其日均AQI指數明顯高于其他污染物。對比PM2.5的日均AQI曲線與1月南昌市觀象臺地面觀測資料可以看出：1月PM2.5AQI指數曲線中的幾次較明顯的下降分別對應該月過程性天氣前變天的時間段;其中，過程性天氣期間平均風速越大，AQI指數曲線降幅越大;降水對PM2.5的AQI指數也有明顯影響，但不如大風的影響明顯;過于微弱的降水在無明顯天氣系統入侵的情況下，甚至會加大AQI值;1月大部分時段連續的厚厚云層對PM2.5的日均AQI指數有非常明顯的上升作用。

南昌市8月的空氣質量總體良好（如圖4所示），首要空氣污染物較復雜，前期以日間8小時的O3為主，中后期PM10和PM2.5均較高。將之與對應8月的地面觀測資料進行對比可以發現：日間8小時O3的AQI曲線與天氣云量對應較好，三次高峰期分別對應8月份三次連晴時段。此外，連晴天氣也對PM2.5和PM10的堆積有較明顯的促進作用。

通過分析南昌市1月份與8月份各污染物日均AQI指數分布曲線明顯變化時的氣象條件可知，對霾有明顯影響的氣象條件主要包括以下幾方面。

①轉折性過程天氣。當遇到轉折性過程天氣時，南昌市從低空到高空的風速會明顯加大，風向會出現明顯轉折，一般為偏北風轉為偏南風，這就使得城市上空的垂直對流和平流都會出現明顯加強。增強的大氣流動性會將城市內前期產生和堆積的污染物帶走，城市內的空氣質量就會出現明顯好轉。2013年1月25日08：00，500hPa歐亞大陸為一槽一脊型（見圖5），南昌市處于脊前，由西北氣流控制，徑向環流小于緯向環流，屬于晴好系統，利于晴空輻射。此外，脊前盛行下沉氣流，有利于靜力不穩定的形成。從25日08：00南昌市T-lnP圖上（見圖6）可以看到，1 000hPa到850hPa有明顯逆溫層，地面風場較弱，不利于污染物的擴散。這種環流形勢持續多天，導致南昌市長時間霧霾的形成和維持。

②大風。地面強冷空氣南下一般也是轉折性過程天氣的一種。強大的冷氣團從地面入侵會使得從近地層到高空就出現一個明顯的抽吸效應，對城市區內的空氣質量有非常顯著的凈化作用。

③降水。一般來說，降水可以使空氣中的一部分污染物溶解到雨滴中并落到地面，對空氣有一定的凈化作用。同時，大的雨滴在降落過程中會帶來明顯的下沉氣流交換，使近地層的污染物被交換氣流帶走。但如果降水強度較小，甚至很微弱，微小雨滴在下落過程中不會形成明顯的下沉氣流，且形成降水時的垂直上升氣流也不強，大氣流動性較差，溶解到雨滴中的污染物與城市每天形成的污染物數量相差甚遠，從而使空氣質量更差。

④連陰。連續陰天一般表示當地穩定少變的大氣環流形式，厚厚的云層也會對近地層到中高層的大氣對流交換產生阻礙作用，使污染物明顯堆積在城市區內，空氣污染物濃度就會明顯上升。

⑤連晴。連續晴天對南昌市空氣污染的影響主要是在夏季。白天在強烈的紫外線輻射催化下，空氣中的氧氣會發生化學反應生成臭氧（O3）。一般情況下，臭氧也會緩慢地自我分解成氧氣，但連續的晴天使城市市區內近地層的臭氧分解較慢，從而使臭氧濃度不斷增加。

4 其他影響因子

在對空氣質量進行預報的過程中，除氣象條件外，還必須考慮人為等其他特殊條件，如新增或關閉的工廠、大型建筑工地、重要活動的汽車大范圍限行、中小學的寒暑假等。其中最明顯是我國每年除夕夜的煙花爆竹燃放，從圖7可以明顯看到2013年2014年春節前后空氣質量指數從一級優飆升至四級中度污染，甚至達到了五級重度污染的程度。

5 結論

①分析南昌市的API得出，南昌市空氣質量良好，主要污染期集中在10月至2月。

②PM2.5是南昌市城區首要污染物。PM10、PM2.5、CO呈冬季>春季>秋季>夏季的季節特性;SO2、NO2呈冬季>秋季>春季>夏季的季節特性;8小時O3則為春季>夏季>秋季>冬季的季節特性，在夏季，8小時O3成為南昌市最主要的污染物。

③影響南昌市AQI的主要天氣條件是：轉折性過程天氣、地面強冷空氣過境、降水、連陰、連晴等。

參考文獻：

[1]徐鳴，王斌，呂愛華，等.大氣污染物多時間分辨率的小波分析[J].環境科學學報，2008（4）：786-790.

[2]王斌，高會旺.中國沿海城市空氣污染指數的分布特征[J].生態環境學報，2008（2）：542-548.

[3]李文杰，張時煌，高慶先，等.京津石三市空氣污染指數（API）的時空分布特征及其與氣象要素的關系[J].資源科學，2012（8）：1392-1400.

[4]莫莉，余新曉，趙陽，等.北京市區域城市化程度與顆粒物污染的相關性分析[J].生態環境學報，2014（5）：806-811.