南昌市污染物AQI指數(shù)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(huán)境空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示：南昌空氣質(zhì)量良好;主要污染期集中在10月至2月;PM2.5是南昌城區(qū)首要污染物;PM10、PM2.5、CO呈冬季>春季>秋季>夏季的季節(jié)特性;SO2、NO2呈冬季>秋季>春季>夏季的季節(jié)特性;8小時O3則呈現(xiàn)出春季>夏季>秋季>冬季的季節(jié)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(fā)現(xiàn)，影響南昌AQI的主要天氣條件有轉(zhuǎn)折性過程天氣、地面強冷空氣過境、降水、連陰、連晴等因素。

關(guān)鍵詞：AQI：南昌;氣溶膠顆粒物;氣象要素

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

隨著人們環(huán)保意識的加強，城市空氣質(zhì)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(qū)域城市化程度與顆粒物污染的相關(guān)性進行了分析。本文通過分析南昌空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的變化規(guī)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(rèn)識。

1 數(shù)據(jù)來源

本文中的氣象觀測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)（包括風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、相對濕度、日照時數(shù)、降水和氣溫等）及700、850hPa和925hPa的L波段雷達(dá)觀測資料。空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)使用南昌市環(huán)境監(jiān)測提供的 2013年和2014年的資料。南昌市主城區(qū)共設(shè)置空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站9個，分別是江西省外辦站、江西省林業(yè)公司站、林科所站、京東鎮(zhèn)政府站、建工學(xué)校站、象湖站、武術(shù)學(xué)校站、石化和省站等監(jiān)測站等。

2 南昌市污染物AQI指數(shù)年度特征

2013年開展了AQI觀測，觀測項目增加了細(xì)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(xiàn)嚴(yán)重污染，空氣質(zhì)量優(yōu)良率分別為60.8%、80.5%，空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)分別為222d和294d。重度污染一般出現(xiàn)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(shù)的比例為27%、26%，其次為PM10占23%、24%。從AQI指數(shù)季節(jié)變化中發(fā)現(xiàn)（見圖2），PM10、PM2.5、CO呈冬季>春季>秋季>夏季的季節(jié)特性。SO2、NO2呈冬季>秋季>春季>夏季的季節(jié)特性。8小時O3則為春季>夏季>秋季>冬季的季節(jié)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(xué)煙霧的產(chǎn)物，其不是直接被生成的，而是經(jīng)光化學(xué)作用轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)不降反升，反而略高于PM2.5和PM10。

3 氣象條件對空氣質(zhì)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(shù)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(shù)曲線中的幾次較明顯的下降分別對應(yīng)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(fēng)速越大，AQI指數(shù)曲線降幅越大;降水對PM2.5的AQI指數(shù)也有明顯影響，但不如大風(fēng)的影響明顯;過于微弱的降水在無明顯天氣系統(tǒng)入侵的情況下，甚至?xí)哟驛QI值;1月大部分時段連續(xù)的厚厚云層對PM2.5的日均AQI指數(shù)有非常明顯的上升作用。

南昌市8月的空氣質(zhì)量總體良好（如圖4所示），首要空氣污染物較復(fù)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(yīng)8月的地面觀測資料進行對比可以發(fā)現(xiàn)：日間8小時O3的AQI曲線與天氣云量對應(yīng)較好，三次高峰期分別對應(yīng)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(shù)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(zhuǎn)折性過程天氣。當(dāng)遇到轉(zhuǎn)折性過程天氣時，南昌市從低空到高空的風(fēng)速會明顯加大，風(fēng)向會出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折，一般為偏北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，這就使得城市上空的垂直對流和平流都會出現(xiàn)明顯加強。增強的大氣流動性會將城市內(nèi)前期產(chǎn)生和堆積的污染物帶走，城市內(nèi)的空氣質(zhì)量就會出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)。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(huán)流小于緯向環(huán)流，屬于晴好系統(tǒng)，利于晴空輻射。此外，脊前盛行下沉氣流，有利于靜力不穩(wěn)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(fēng)場較弱，不利于污染物的擴散。這種環(huán)流形勢持續(xù)多天，導(dǎo)致南昌市長時間霧霾的形成和維持。

②大風(fēng)。地面強冷空氣南下一般也是轉(zhuǎn)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(xiàn)一個明顯的抽吸效應(yīng)，對城市區(qū)內(nèi)的空氣質(zhì)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(shù)量相差甚遠(yuǎn)，從而使空氣質(zhì)量更差。

④連陰。連續(xù)陰天一般表示當(dāng)?shù)胤€(wěn)定少變的大氣環(huán)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(chǎn)生阻礙作用，使污染物明顯堆積在城市區(qū)內(nèi)，空氣污染物濃度就會明顯上升。

⑤連晴。連續(xù)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)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(xù)的晴天使城市市區(qū)內(nèi)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(zhì)量進行預(yù)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(guān)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(xué)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(jié)前后空氣質(zhì)量指數(shù)從一級優(yōu)飆升至四級中度污染，甚至達(dá)到了五級重度污染的程度。

5 結(jié)論

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

②PM2.5是南昌市城區(qū)首要污染物。PM10、PM2.5、CO呈冬季>春季>秋季>夏季的季節(jié)特性;SO2、NO2呈冬季>秋季>春季>夏季的季節(jié)特性;8小時O3則為春季>夏季>秋季>冬季的季節(jié)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(zhuǎn)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(huán)境科學(xué)學(xué)報，2008（4）：786-790.

[2]王斌，高會旺.中國沿海城市空氣污染指數(shù)的分布特征[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)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(shù)（API）的時空分布特征及其與氣象要素的關(guān)系[J].資源科學(xué)，2012（8）：1392-1400.

[4]莫莉，余新曉，趙陽，等.北京市區(qū)域城市化程度與顆粒物污染的相關(guān)性分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2014（5）：806-811.