巴彥淖爾市冬季空氣污染特征及其與氣象要素的相關性分析

楊千蕙

摘要 本文利用2017—2019年巴彥淖爾市空氣污染數據及冬季氣象觀測數據，分析空氣污染特征及其與氣象要素的相關性，以及一次冬季連續重污染天氣過程。結果表明：（1）S02、N02濃度各月變化不大;CO在進入采暖期后濃度顯著增高;PM2.5、PM10濃度在進入春季后有顯著的躍增;濃度在夏季較高;春季沙塵天氣對AQI的影響最大，11月AQI達到次高值。（2）冬季主要以輕度污染為主，其次為中度污染;首要污染物以PM10、PM2.5為主。（3）風速、氣溫、相對濕度與AQI有顯著正相關;降水對AQI的影響是一定的，需考慮降水量級及雪后積雪影響;在ENE方向上出現污染天氣的概率最大，其次是WSW。（4）冬季需關注大的降雪過程后持續重污染天氣的發生。

關鍵詞 空氣污染;氣象條件;相關性分析

中圖分類號：X51 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）08–0055–02

Characteristics of Air Poll- ution in Winter and Its Correlation With Meteor-ological Elements in Bayannur City

YANG Qian-hui （Bayannur Meteorolo-gical Bureau， Bayannur， Inner Mongolia 015000）

Abstract Based on the air pollution data and winter meteorological observation data of Bayannur City from 2017 to 2019， this paper analyzes the characteristics of air pollution and its correlation with meteorological elements， and analyzes a continuous heavy pollution weather process in winter. The results show that： （1） the concentration changes little in each month; After entering the heating period， the concentration increases significantly The concentration increased significantly after entering spring; The concentration is higher in summer; Spring dust weather has the greatest impact on AQI， and AQI reaches the second highest value in November. （2） In winter， the main pollution is mild pollution， followed by moderate pollution; The main pollutants are and. （3） Wind speed， air temperature and relative humidity were significantly positively correlated with AQI; The influence of precipitation on AQI is certain， and the influence of precipitation magnitude and snow cover after snow should be considered; The probability of polluted weather in ene direction is the highest， followed by WSW. （4） Attention should be paid to the occurrence of continuous heavy pollution weather after heavy snowfall in winter.

Key words Air pollution; Meteorological conditions; Correlation analysis

自21世紀工業、城市建設迅猛發展以來，城市污染已成為影響城市居民身心健康的重要因素之一。空氣污染可增加呼吸系統和心腦血管疾病發病風險，嚴重危害人體健康。近年來，我國大氣污染形勢日益嚴峻，大氣環境污染也已成為國內外學者重點關注和研究的熱點問題。相關研究指出，空氣污染與氣象因素息息相關;PM2.5的濃度與日平均氣溫、日將數量、日平均相對濕度、日平均風速呈負相關;冬季風速、氣溫、相對濕度與空氣質量顯著相關，降水量對空氣質量的影響較小[1～3]。本文利用巴彥淖爾市冬季空氣質量數據與同期氣象數據，分析2017—2019年空氣污染特征及影響污染的主要氣象條件，以期為大氣污染防治提供科學依據。

1 數據與方法

本文利用巴彥淖爾市環境監測中心提供的國家監測站（市環保大樓站）2017—2019年PM2.5、PM10、SO2、CO、O3、NO2等污染物濃度及空氣污染指數（Air Quality Index，AQI）的逐日、逐小時數據資料;2017—2019年冬季（當年12月及翌年1月、2月）國家氣象站（臨河站53513）逐日、逐小時地面氣象觀測資料，包括氣溫、相對濕度、降水、風向、風速等氣象要素及臨河站的高空定時值資料。主要采用統計分析法求出各要素之間的相關系數，并進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 巴彥淖爾市空氣污染物空間特征

從巴彥淖爾市各污染物月平均濃度變化可知，SO2、NO2濃度各月變化不大;PM2.5、PM10濃度在進入春季后有顯著的躍增，且在5月達到最高;進入夏季，巴彥淖爾市多晴好天氣，紫外線較為強烈，大氣中的物質發生光化學反應，使得大氣中的O3濃度一般維持在一個相對較高的背景濃度，與自由對流層濃度相當，夏季O3濃度較高;CO在進入采暖期后濃度顯著增高。AQI在5月達到最大，可見春季沙塵天氣對AQI的影響最大，11月達到次高值，預示著剛進入供暖期，煙煤對空氣污染的貢獻也比較大。

2.2 冬季空氣污染特征

近3年，巴彥淖爾市年平均冬季AQI為80，空氣質量整體良好，2017年AQI最低，為60，2019年AQI最高，為107。年均冬季空氣質量未達標（AQI >100）日數為19 d，以輕度污染為主，平均每年冬季出現11 d，占冬季日數的12%;中度污染平均每年冬季出現5 d，占冬季日數的5%;重度污染平均每年冬季出現3 d，占冬季日數的3%;嚴重污染日數僅出現1 d。近3年來，空氣質量未達標（AQI>100）日數2019年最多，為34 d，2017年最少，僅4 d。

2.3 氣象條件及影響

2.3.1 風向、風速 巴彥淖爾市冬季平均風速以1.9～2.5 m/s為主，2019年冬季平均風速最小，為1.9 m/s。冬季平均小風日數（≤2 m/s）46 d，占冬日的51%;2019年冬天的小風日數最多，達57 d，占冬日的63.3%。風速≤2 m/s時的平均AQI為84，>2 m/s的平均AQI為73。通過統計得出，AQI與2 min平均風速相關系數為-0.36，存在顯著性負相關（P<0.1）。由此可見，風速越大，越有利于空氣污染物的稀釋擴散;風速越小，稀釋能力越差，空氣質量越差。

冬季屬WSW風向出現的頻率最多，占19.5%;其次是ENE，占12.1%。統計AQI≥100出現時的風向頻率可以發現，在ENE方向上出現污染天氣的頻次最多，占冬季污染天數的33.3%;其次是WSW，占冬季污染天數的23.3%;NW方向上也出現污染天氣，占比11.7%。其余各方向上平均AQI均<100，對污染天氣的貢獻率不大（圖1）。

2.3.2 相對濕度 相對濕度增大會導致霧霾天氣明顯增多，同時有利于顆粒物吸濕增長和污染物的二次反應。2019年冬季平均相對濕度60.5%，平均AQI為107.3，為3年中的最大值。逐日相對濕度與逐日AQI相關系數為0.29，相對濕度與AQI呈顯著的正相關。由此可見，冬季相對濕度越大，空氣質量越容易轉差，主要原因是水汽的存在有利于污染物的生成轉換，濕度增加導致污染物濃度增大，空氣質量下降。

2.3.3 降水 巴彥淖爾市冬季以無降水日數為主，降水日數僅占3.3%。檢驗降水量與AQI的相關系數為-0.12，存在一定的負相關，降水量越大、有效降水日數越多，越有利于空氣污染物的沉降，沖刷作用較好，空氣質量轉好;但如果雨量小、非有效降水日增加了空氣中的相對濕度，則空氣中的濃度會升高。因此，降水量對冬季空氣污染的影響是一定的。

2.3.4 氣溫 2017—2019年冬季平均氣溫為-9.1℃～ -7.2℃，出現污染天氣（AQI>100）時平均溫度在-8.2℃。氣溫與AQI的相關系數為0.24，表現為顯著性正相，可見冬季氣溫對空氣質量有較大影響。氣溫越高，越容易形成逆溫，不利于空氣的垂直運動。近地面大氣中的空氣污染物擴散速度小于聚集速度，容易形成嚴重的天氣污染，因而空氣質量越差。

3 2019年冬季一次重污染天氣氣象條件分析

3.1 過程概況

2019年12月21—25日，巴彥淖爾市臨河區出現了一次顯著的空氣污染天氣過程，從12月20日開始，AQI陡增到107，達到輕度污染;21—23日臨河區AQI在175～228;23日AQI達到最大，為228;直到26日臨河區空氣質量才得以明顯改善，AQI降至48。

3.2 PM2.5、PM10濃度變化特征

從PM2.5、PM10濃度特征變化來看，每日PM2.5、PM10濃度從夜間開始增多，凌晨達到峰值，到中午前后有所下降。22日凌晨至23日03：00，PM2.5、PM10濃度持續偏高，期間濃度均值為190 ug·m-3，PM10濃度均值為264 ug·m-3。24—25日平均PM2.5、PM10濃度有所回落，但夜間出現峰值。

3.3 空氣污染氣象條件分析

12月15—16日巴彥淖爾市普降大雪，其中臨河本站降雪5.8 mm，雪深5.0 cm。由于前期積雪深不易融化，空氣濕度大，21—25日全市平均相對濕度達73.3%，過于潮濕的空氣造成顆粒物吸濕性增長，使PM2.5、PM10濃度上升。21—25日中緯度環流較為平直，冷空氣勢力整體偏弱，風向以ENE和WSW風向為主。據統計，21—25日臨河區日平均風速為1.9 m/s，風力較小，空氣污染物水平擴散能力差。從垂直擴散條件來看，21—25日臨河探空資料顯示2 km以下存在顯著的逆溫層，穩定層結的存在也抑制了顆粒物的垂直擴散，利于近地面污染物堆積，導致污染物濃度不斷積聚增長，空氣質量明顯下降（圖2）。

4 總結

（1）巴彥淖爾市SO2、NO2濃度各月變化不大;CO在進入采暖期后濃度顯著增高;PM2.5、PM10濃度在進入春季后有顯著的躍增，且在5月達到最高;受晴好天氣影響，夏季O3濃度較高;AQI在5月達到最大，可見春季沙塵天氣對AQI的影響最大，11月達到次高值，預示著剛進入供暖期，煙煤對空氣污染也有一定貢獻。

（2）對比分析2019年12月21—25日的空氣污染過程，前期有積雪，且氣溫持續偏低，相對濕度大、風力小、層結穩定，導致污染物無法擴散，進而持續了5 d。因此，在冬季也需關注大的降雪過程后霧霾天氣的發生。

參考文獻

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責任編輯：黃艷飛