城市氣象條件對空氣質量的影響分析與探討

（佛山市環境監測站，廣東佛山 528000）

0.引言

對一定的地區而言，污染物的排放在短期內一般變化不會很大，但環境空氣質量可以變化較大。在同一地點的污染物濃度監測結果不一定相同，這種變化的主要原因是氣象條件在不斷改變，也就是大氣輸送、稀釋、轉化和清除污染物的能力發生變化。不同氣象條件下，污染物的輸送、擴散規律是不相同的。我們以廣東省某市為例分析氣象條件對空氣質量的影響。

1.2019年廣東省某市空氣質量變化（表1）

2019年廣東省某市環境空氣主要污染物月均值變化情況如表1所示。

表1 2019年廣東省某市環境空氣主要污染物月均值變化情況

2.影響空氣質量的氣象條件

目前廣東省某市禪城區空氣質量中的主要大氣污染物大體包括大氣二氧化氮、臭氧、可吸入顆粒物和細粒性顆粒物，其中任何一種主要污染物達到超標含量都會直接造成嚴重空氣污染。在室內污染源空氣排放量總體變化不大的正常情況下，氣壓、溫度、風向以及風速、降水、濕度等各種氣象條件因素會直接影響室內空氣質量的總體好壞。

首先，經過多年的大氣數據分析統計，在同一個季節內在氣壓相對高的這個時候不容易直接出現環境污染，氣壓相對低的這個時候容易直接出現大氣污染。這主要理由是因為高溫低氣壓時期的城市上空仍然存在深層下沉高壓氣流，而同時城市核心地面及其周邊地區存在由整個城市核中心向外的高壓氣流，氣流將通過城市核心中的空氣污染物向城市周邊地區快速擴散，降低了整個城市的空氣污染。這和一個城市熱島的深層環流存在形勢完全相反，由于一個城市熱島的環流存在，形成了整個城市中心地面由其近周邊地區向整個城市區域中心的深層氣流，這和高密度氣壓勢力形成的深層氣流相對，當兩者形成氣流的氣壓勢力強度相當時或者整個城市熱島中的環流勢力較強時就可能會在整個城市區域中心近周邊地層地區形成比較明顯的中度污染大氣層，在這層以上地區空氣質量良好。這種高溫現象常常會出現在冬天，因為此時的城市熱島較強。當真空氣壓較低時，城市上空仍然存在氣壓上升時的氣流，而整個城市內部地面以及周邊地區存在向整個城市整體中心的下降氣流，氣流將整個城市以及周邊地區的空氣污染物向整個城市整體中心快速堆積，增加了整個城市的空氣污染[1]。

其次，溫度對于整體空氣污染也是相當有影響的，但是整體氣溫的變化高低不能直接反映整體空氣質量的好與壞，而是因為氣溫在地球垂直旋轉方向的溫度變化對整體空氣質量的變化影響比較明顯。通常所說的造成大氣環境逆溫變化現象直接因素影響的是大氣環境污染物的快速擴散。逆溫現象是由于空氣中的溫度通過隨高度逐漸增加而不斷增高的對流大氣層和垂直對流層冷熱結構的現象。一般來說，冬季大氣逆溫層相對較強較厚，維持高溫時間相對較長；夏季則相對偏弱。通常在晴朗且有微風的夜間也會有逆溫結構現象同時存在，逆溫結構是一種穩定的自然大氣對流結構，空氣的對流運動緩慢，非常冷且不利于大氣污染物質的擴散。太陽輻射出來后，隨著太陽地表大氣溫度的逐漸升高，使它的逆溫逐漸完全消失，大氣對流運動逐漸加強，有助于大氣污染物的快速擴散。一般氣候條件下，氣溫是隨著海拔高度的不斷增加而逐漸降低的，平均每高度上升100m，溫度約向下降低0.6℃，這樣，大氣中的低層氣體溫度高，空氣密度小；高層大氣溫度低，空氣密度相對較大，為了能量保持平衡處在低層的臭氧大氣可以向上快速運動，高層的臭氧大氣向下快速運動就會形成高層對流，這樣就有機會有效使處在低層特別尤其是處于近距離地面和高層面的空氣系統中的臭氧污染物和大氣粉塵向高空快速移散，從而大大減輕在高層大氣中向低層排放污染物的程度。相反，當連續出現地區氣溫隨高度逐漸增加而不斷升高的逆溫現象時，即使當發生大氣逆溫時，大氣資源配置結構比較穩固，空氣熱量流動緩慢，空氣不能完全向上表層擴散，從而可能加重地區大氣污染。

再次，空氣質量與當地風力的作用大小程度有關。通常來說風速越大越好更有利于實現空氣中含有污染化學物質的有效稀釋以及擴散。而長距離時間的強弱微風或者強靜風則可能會有效抑制惰性污染氣體物質的快速擴散，使存在近距離地面大氣層的惰性污染氣體物質成倍地濃度增加。但在冬春干燥大風季節，土壤濕度小，風速過大又有可能將進入地面的懸浮塵粒直接帶到空中，形成城市大風中的浮塵、揚沙或嚴重的大風沙塵暴污染天氣，使得城市天空有時呈現一片土黃色或漫天昏暗，降低了城市空氣質量。因此，風向對于一個大型城市來說也是一個影響城市空氣質量的重要影響因素。

最后，空氣質量與暴風雨雪天氣有關。自然界的降雨、降雪對室內空氣中的污染物并沒能及時起到有效清除和發揮沖刷性的作用。在濃度雨雪光合作用下，大氣和水中的一些酸性污染有害氣體不僅能夠迅速溶解在水中，降低室內空氣中一些污染有害氣體的排放濃度，較大的濃度雨雪對室內空氣及其污染物中的粉塵和小顆粒也能夠起著有效的大氣清除保護作用。同時夏季降水過后往往還會伴有大量冷空氣環流過境，風力大且同時地面幾乎沒有揚沙、浮塵，非常適合有利于城市空氣中有害污染物的快速擴散，空氣質量非常好，因此夏季降水往往是城市空氣的自然清新劑[2]。

3.廣東省某市出現重空氣污染的氣象條件初步分析

近年廣東省某市地區空氣質量指數研究結果表明，廣東省某市的地區空氣污染為中性復合型重度空氣污染，造成廣東省某市地區空氣質量指數超標的危險因子主要有3類：一是PM2.5造成的，二是03造成的，三是由于PM2.5和四是03同時污染造成的。從2019年1月至12月間與禪城區生態環境空氣綜合質量指數綜合影響指數、PM2.5、03濃度對比變化可見，2019年9月至10月，禪城區03濃度相對較高，1月和10月至12月份，禪城區PM2.5濃度相對較高，禪城區高濃度綜合污染指數主要原因是由濃度PM2.5造成的。03在2019年9月最大平均值已經到達225，而在2019年2月最大平均值只有86，相對去年下降較多。強風(平均風速通常大于3m/s)和并沒有較大綜合降水時間相對應的冬季綜合降水指數相對較低，較高多指數出現在較強冷空氣過后的冬季回暖期，回暖期即使風速較小，也通常沒有較大降水現象發生。另外在低降水區的出現對于室內污染物的快速沉降活動起了重要的抑制作用，而由于降水的濕潤性沉降和反作用力也是造成污染物短期期間迅速程度下降的重要原因。風和持續降水兩者共同對2019年PM2.5和03污染物的濃度持續下降升級起了重要推動作用[3]。

4.結論

影響我國城市整體空氣質量的主要構成原因之一是大氣污染源中對污染物的集體過量合理排放。氣象條件惡劣是直接影響一個城市周圍環境空氣綜合質量的重要原因。污染物大氣總體的濃度減少主要是由于風速相對較大時所造成的，而陸地降水的濕度沉降和反作用力則是造成污染物短期期間迅速程度下降的主要原因。風和持續降水兩者共同對在每年PM2.5和03期間的大氣污染生物濃度持續下降變化起了重要推動作用。