三門峽市空氣質(zhì)量現(xiàn)狀及其與風(fēng)的關(guān)系＊

李曉琳

（三門峽市氣象局，河南 三門峽472000）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，有害氣體排放量日益增加，大氣污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻。各地有研究學(xué)者對(duì)污染天氣多發(fā)地大氣污染狀況進(jìn)行了分析。其中徐永清等[1]對(duì)城市近地層風(fēng)特征與污染系數(shù)進(jìn)行分析；劉和平等[2]對(duì)鄭州市大氣能見(jiàn)度變化特征及與空氣污染的關(guān)系進(jìn)行分析；張?jiān)砾i等[3]對(duì)2014-02北京PM2.5污染過(guò)程及天氣形勢(shì)分析進(jìn)行研究。但對(duì)于三門峽地區(qū)空氣質(zhì)量的分析不為多見(jiàn)。三門峽市委市政府一貫堅(jiān)持“綠色發(fā)展，生態(tài)優(yōu)先”的堅(jiān)定理念，對(duì)大氣污染防治、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)等方面非常重視，了解三門峽市空氣質(zhì)量變化特征與氣象條件的關(guān)系尤為必要。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與評(píng)價(jià)方法

本文利用2016-01-01—2020-12-31三門峽國(guó)家基本站風(fēng)向、風(fēng)速的日、月、年平均氣象資料。所用環(huán)境資料為中國(guó)空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)提供的2016—2020年三門峽市空氣質(zhì)量日數(shù)據(jù)（缺失資料用三門峽市生態(tài)環(huán)境部門的提供的日數(shù)據(jù)補(bǔ)充）。

利用2016—2020年污染物濃度值（日實(shí)測(cè)）與日平均風(fēng)速共計(jì)1827個(gè)樣本計(jì)，進(jìn)行相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與討論

對(duì)2016—2020年三門峽市空氣質(zhì)量AQI指數(shù)開(kāi)展分析，發(fā)現(xiàn)5年中三門峽市空氣質(zhì)量濃度達(dá)到優(yōu)的有143 d，達(dá)到良的有1024 d，空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率為63.9%（Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)），輕度污染（Ⅲ級(jí)）的有445 d，中度、重度、嚴(yán)重污染（Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)）的有122 d、72 d和21 d。2016年污染日數(shù)168 d（最多）；2017、2018年明顯減少（146 d、120 d）；2019年稍有增加（128 d）；2020年明顯下降（98 d）。從總體分析情況來(lái)看，2016—2020年污染日數(shù)有波動(dòng)降低趨勢(shì)。

3.1 三門峽市首要污染物變化特征

對(duì)照各空氣質(zhì)量污染物分級(jí)濃度的限值，以CO、PM10、O3等6項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度值進(jìn)行運(yùn)算，從而得到空氣質(zhì)量分指數(shù)，值最大的被確定為當(dāng)日AQI，從而確定當(dāng)日首要污染物（AQI必須大于50）。

2016—2020 年三門峽市首要污染物出現(xiàn)頻次如表1所示，由表1可知，6種污染物中，沒(méi)有作為首要污染物出現(xiàn)的是SO2。CO在2016年出現(xiàn)過(guò)3次，且都沒(méi)有達(dá)污染級(jí)別。NO2除2017年增幅最大之外，其余年份變化不大，近5年共計(jì)出現(xiàn)32次，濃度均較低，日空氣質(zhì)量均為良，未達(dá)到污染級(jí)別。O3出現(xiàn)頻次最多，達(dá)到輕度污染和中度污染的次數(shù)分別為178次和15次，其余399次未達(dá)到污染級(jí)別。5年中PM2.5作為首要污染物累積出現(xiàn)次數(shù)變動(dòng)不大，總體上呈緩慢下降趨勢(shì)。PM10年出現(xiàn)頻次整體振幅較大，在2018年出現(xiàn)頻次為最高值，到2020年降至最低（77次）。這與三門峽市近年來(lái)加大大氣污染治理力度，持續(xù)開(kāi)展綠化工程，不斷擴(kuò)大植被綠化面積，有密切關(guān)系。2016—2020年中，O3作為首要污染物共出現(xiàn)592次，出現(xiàn)頻率達(dá)35.13%，為6種污染物中最高。PM2.5次之，出現(xiàn)頻次586次，出現(xiàn)頻率34.78%。其中達(dá)到Ⅳ級(jí)（中度）及以上的污染天氣中，首要污染物PM2.5出現(xiàn)次數(shù)為171次，出現(xiàn)頻率79.5%（最高）。可以確定三門峽市的首要污染物為PM2.5。

表1 2016—2020年三門峽市首要污染物出現(xiàn)頻次

3.2 污染物濃度變化特征

3.2.1 月變化特征

2016—2020年6種污染物月平均濃度如圖1所示。由圖1可知，O3月平均濃度變化為夏半年大于冬半年，其余5種污染物濃度變化均為夏半年小于冬半年。CO濃度變化波動(dòng)不明顯，在冬季稍有所上升，其他變化不大。NO2、SO2、PM10、PM2.5四個(gè)指標(biāo)1—5月總體為減少的趨勢(shì)，10—12月為增加的趨勢(shì)，其中NO2、SO2、PM10、PM2.5濃度均在1月達(dá)到峰值。O3濃度自1月份開(kāi)始增加，6月達(dá)到最高又逐月減少，12月為最低，變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出倒V字形，變化趨勢(shì)與其余幾種污染物明顯不同，且振幅最大。

圖1 2016—2020年6種污染物月平均濃度

3.2.2 年變化特征

2016—2020年三門峽市污染物年平均濃度如圖2所示。由圖2可知，幾種污染物的變化趨勢(shì)差別較大。NO2是先緩增再緩降的趨勢(shì)；CO變化不明顯；O3是先緩降再緩升的趨勢(shì)；SO2、PM10、PM2.5整體來(lái)看是下降趨勢(shì)，其中PM10降低最為明顯。

圖2 2016——2020年三門峽市6種污染物年平均濃度

3.3 污染物濃度與風(fēng)的關(guān)系

3.3.1 污染物濃度與風(fēng)速的關(guān)系

從年平均資料來(lái)看，2016—2020年，三門峽市年平均風(fēng)速出現(xiàn)了的先小幅增大，后減小的趨勢(shì)，風(fēng)速在2.1～3.2 m/s之間變化，當(dāng)年平均風(fēng)速小時(shí)，年平均AQI值較大，平均風(fēng)速大時(shí)，年平均AQI值較小。

由此可見(jiàn)風(fēng)速大小對(duì)AQI的年際變化具有一定的調(diào)節(jié)作用，且在三門峽污染物中，本地排放可能有較大貢獻(xiàn)。但年平均資料會(huì)過(guò)濾掉大量較小時(shí)間尺度的污染、天氣過(guò)程的變化特征，AQI也僅體現(xiàn)首要污染物的濃度變化，從而忽略其他污染物，所以不能簡(jiǎn)單用年平均風(fēng)速和年平均AQI值表征污染物濃度與風(fēng)速的關(guān)系。

鑒于以上分析，利用2016—2020年污染物日實(shí)測(cè)濃度值與日平均風(fēng)速共計(jì)1827個(gè)樣本計(jì)，進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。由表2可知，PM10、PM2.5與風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)分別為-0.038、-0.027，但未通過(guò)0.01的顯著性檢驗(yàn)。O3濃度與風(fēng)速相關(guān)系數(shù)為0.131，呈微弱正相關(guān)，且通過(guò)0.01顯著性檢驗(yàn)。NO2、CO、SO2濃度與風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)分別為-0.445、-0.196、-0.177，且均通過(guò)0.01顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明這幾種污染物濃度與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)。O3濃度與風(fēng)速呈弱正相關(guān)。

表2 三門峽市區(qū)大氣污染物濃度與風(fēng)速的相關(guān)性

究其原因，可從兩個(gè)方面探究：一是通常風(fēng)速較大時(shí)三門峽市天空狀況相對(duì)較好（沙塵天氣除外），太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大、日照時(shí)間長(zhǎng)，有利于本地O3前體物向O3轉(zhuǎn)化；除此之外，風(fēng)速增大而濃度升高，說(shuō)明外源輸送對(duì)本地O3濃度增加也有一定貢獻(xiàn)。而NO2、CO、SO2濃度與風(fēng)速成反相關(guān)，可以說(shuō)明這些污染物來(lái)源大多為本地排放，風(fēng)速相對(duì)小的靜穩(wěn)天氣條件下，污染物的擴(kuò)散非常不利，從而在本地堆積，使得濃度增加。

3.3.2 污染物濃度與風(fēng)向的關(guān)系

在水平方向上，不僅風(fēng)速的大小影響城市大氣污染物的擴(kuò)散稀釋，風(fēng)向來(lái)源的變化也是影響污染物輸送、濃度變化的重要因素。2016—2020年三門峽市四季風(fēng)向頻率圖如圖3所示。由圖3可知，三門峽市常年的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng)，西風(fēng)風(fēng)頻冬季最多。其中冬季以東、偏東風(fēng)、偏西風(fēng)為主；春季東風(fēng)風(fēng)頻增加；夏季以偏東為主；秋季東北風(fēng)頻次減少，偏西風(fēng)頻次增加。

圖3 2016—2020年三門峽市四季風(fēng)向頻率圖

對(duì)比各季節(jié)平均AQI值發(fā)現(xiàn)：冬季＞春季＞夏季＞秋季。出現(xiàn)重度以上污染天氣時(shí)，出現(xiàn)最多的風(fēng)向頻率為西南風(fēng)，西風(fēng)。總體來(lái)說(shuō)東北風(fēng)風(fēng)頻較大時(shí)，空氣質(zhì)量較好，反之偏西風(fēng)風(fēng)頻增大時(shí)，空氣質(zhì)量較差。這可能是因?yàn)橐晕髂舷驗(yàn)橹鲗?dǎo)的風(fēng)常帶來(lái)水汽，在近地層堆積，濕度增大，有助于污染物的吸濕增長(zhǎng)。分析三門峽地理環(huán)境，發(fā)現(xiàn)東北方向?yàn)樘猩絽^(qū)，在太行山以東是落葉闊葉林地帶，在其西側(cè)與黃土高原的過(guò)渡區(qū)為森林草原地帶和干草原地帶，森林植被覆蓋條件明顯優(yōu)于關(guān)中盆地，且人口密度小，人為排放明顯低于關(guān)中盆地。且黃河自關(guān)中盆地進(jìn)入豫西三門峽，北有太行山脈南段的中條山，南有秦嶺余脈崤山，兩山之間有相對(duì)平坦的河谷地帶。河谷三門峽段自西向東，初始寬闊，后在市區(qū)處明顯變得狹窄，使得在三門峽處形成一個(gè)西寬東窄的喇叭口地形，從而不利于西風(fēng)中污染物的擴(kuò)散。綜合以上原因，使得東北風(fēng)有利于三門峽污染物濃度下降，偏西風(fēng)、西南風(fēng)則有利于污染物的堆積。而秋季東北風(fēng)頻率低于夏季，但空氣質(zhì)量卻優(yōu)于夏季，究其原因夏季特別是副熱帶高壓控制時(shí)，氣溫高、輻射強(qiáng)，有利于本地O3前體物向O3轉(zhuǎn)化，從而使得夏季O3污染增加，平均AQI大于秋季。

4 結(jié)論

綜上所述，得出如下結(jié)論：①2016—2020年三門峽市大氣污染日數(shù)整體呈下降的趨勢(shì)。②首要污染物變化特征為，PM2.5作為首要污染物出現(xiàn)頻率較高，造成中度及其以上級(jí)別的污染天氣次數(shù)最多，出現(xiàn)頻次呈逐年回落的趨勢(shì)。③污染物濃度變化為，O3月平均濃度變化夏半年比冬半年大，其余5種污染物濃度變化均為夏半年小于冬半年；CO年平均濃度變化不大；O3的變化趨勢(shì)為先小幅降低再小幅增加；NO2的變化趨勢(shì)為先小幅上升再小幅降低；PM10、PM2.5、SO2整體呈現(xiàn)下降的勢(shì)態(tài)，其中下降幅度最大的是PM10。④O3濃度與風(fēng)速呈微弱正相關(guān)，NO2、CO、SO2濃度與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)。⑤當(dāng)東北風(fēng)風(fēng)頻較大時(shí)，三門峽市空氣質(zhì)量較好，反之偏西風(fēng)、西南風(fēng)風(fēng)頻較大時(shí)，空氣質(zhì)量較差。