蕪湖市灣沚區空氣質量變化特征及其與氣象條件的關系

徐蕓皎，李 鸞

1.安徽省蕪湖市灣沚區氣象局，安徽蕪湖 241100；2.安徽省蕪湖市氣象局，安徽蕪湖 241000

空氣污染對公眾健康構成較大威脅[1-2]，成為影響人們生活的重要事件，不僅受到廣大民眾和科研工作者的關注，也已成為各地各部門政策制定者最為重視的關鍵問題之一。大氣污染是一個極為復雜的現象，污染物的濃度會受到許多因素的影響，氣象條件作為影響空氣質量環境重要因素之一，制約著大氣污染物的稀釋、擴散和輸送過程[3]，小到氣溫、相對濕度、風向、風速、降水等氣象要素，大到空氣湍流、大氣靜穩、大尺度天氣系統移動等，都會對污染物濃度影響顯著。

近年來，蕪湖地區的大氣污染問題也日益突出[4]。蕪湖地處長江中下游地區，而灣沚區位于蕪湖東南角，蕪湖地區常年盛行偏東風，灣沚的污染程度基本能夠體現蕪湖的空氣質量。本研究分析了蕪湖市灣沚區的污染物及空氣質量變化特征，并從風、溫、濕、雨氣象要素入手，綜合并量化分析各氣象要素值域范圍內空氣質量的變化，以期為灣沚，乃至蕪湖的空氣污染治理提供科學依據。

1 資料來源及研究方法

本研究整理了蕪湖市灣沚區空氣質 量 監 測 站 的 逐 日PM10、PM2.5、O3、SO2、CO濃度和日平均AQI指數，以及灣沚國家基本觀測站的氣溫、風、降水、相對濕度等資料。空氣質量指數AQI是根據《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）》（HJ 633—2012）的規定進行分級。采用統計學方法，對蕪湖市灣沚區2016—2020年各污染物濃度變化和空氣質量特征進行描述和統計，分別從年內和季節角度分析其變化特征，利用EXCEL分析空氣質量與氣象要素的非線性變化，探討氣象要素在不同區間范圍內對空氣質量AQI的影響變化。

2 空氣質量的年際變化

2.1 灣沚空氣污染物的年際變化

灣沚近5年（2016—2020年）的顆粒污染物PM10、PM2.5呈下降趨勢，而氣態污染物O3、NO2呈上升趨勢，SO2變化不大，CO有所下降。由于CO濃度極小，所以氣態污染物總體呈上升趨勢。

圖1統計了近5年各污染級別的天數所占百分比和AQI的變化趨勢，可以看出空氣質量良的天數逐年有明顯上升，輕度污染和重度污染的天數略有上升，而優的天數明顯下降。可見空氣質量隨著當地發展有變差的趨勢。同時空氣質量年際波動受氣象因素影響顯著，2016年、2020年降水量分別偏多77.5%、64.1%，空氣質量明顯偏好；2018年高溫日數偏多，11月底—12月初持續靜穩天氣，擴散條件極差，導致空氣質量偏差。

圖1 近5年灣沚污染等級分布

2.2 灣沚空氣污染物的季節性變化

按照氣象上劃分的四季，即春季3—5月、夏季6—8月、秋季9—11月、冬季12月—翌年2月，統計各污染物的變化趨勢。從圖2可以看出，PM10、PM2.5和CO為冬季最高，春季次之，夏季最低；O3為夏季最高，春季次之，冬季最低；NO2為冬季最高，秋季次之，夏季最低；SO2為春季最高，秋季次之，夏季最低。由于SO2、NO2、CO和懸浮顆粒物的主要來源均為燃燒排放物，故冬季取暖導致該類污染物濃度偏高；O3的主要來源為汽車尾氣及自然臭氧，且受高溫影響明顯，故夏季濃度最高。

圖2 灣沚空氣污染物的季節性變化特征

據統計，灣沚區春季和秋季首要污染物多為PM2.5、PM10和O3，夏季首要污染物為O3，冬季首要污染物為PM2.5和NO2。春季平均污染天數達26 d，夏季為20 d，秋季為21 d，冬季為24 d，且重度污染天氣80%出現在冬季?？傮w而言，灣沚春季污染天氣頻發，冬季容易發生重污染天氣，夏、秋季的空氣質量較好。

3 灣沚空氣質量與氣象要素的關系

3.1 空氣質量與風速的關系

風速越大，代表空氣流動性越強，即大氣擴散條件越好，越有利于大氣中污染物的擴散和稀釋，對空氣質量的改變有明顯作用，呈負相關性。當風速＞3 m/s時，空氣質量有明顯改善，優良天氣增多，中、重度污染天數減少，但輕度污染天氣有所增加；當風速為4～5 m/s時，還出現了1 d重度污染天氣，主要是由于一定的風力將上游污染物輸送至本地；當風速＞5 m/s時，空氣質量優良的天數達到97%，輕度污染的天數降至3%，無中、重度污染天氣。

3.2 空氣質量與降水及相對濕度的關系

降水對污染物有沉降作用，相對濕度對空氣質量的影響，主要是通過各污染物與水汽相結合，從而會使空氣污染加劇或減輕。

3.2.1 空氣質量與降水的關系對比不同降水量級對應的空氣質量發現，降水天氣對應的空氣質量達到優良的比率均在90%以上；隨著降水強度的增大，優良天氣的比率逐漸增大，當降水強度達到暴雨量級時，全部為優良等級天氣。降水天氣過程發生時中度污染以上的天氣比率均不足1% 。

當降水量5 mm時，會出現中度污染天氣；降水量介于5～10 mm之間時，輕度污染天氣比率有所上升。說明在降水過程發生時，空氣中污染物濃度增加，如果降水強度不夠，未達到較好的洗刷空氣的效果，強濕度、弱降水的天氣會使污染物飄浮在空氣中不易擴散，容易出現污染天氣。

3.2.2 空氣質量與相對濕度的關系相對濕度較低時，地表粉塵和建筑粉塵極易被風帶起，它們與空氣中的水汽相結合形成煙霧，這種煙霧不易擴散，不易沉降，空氣質量隨之變差；相對濕度較大時空氣質量會明顯好轉，因為通常相對濕度大意味著有雨雪天氣出現，能夠將污染物沖刷；但當相對濕度大且無降水時，大氣穩定，污染物濃度急劇上升，容易出現重污染天氣。隨著相對濕度降低，污染頻率也隨之增加；相對濕度大于90%時，優良天氣的比率最大，但重度污染天氣的比率也是最大的。

3.2.3 空氣質量與降水及相對濕度的綜合關系 綜合考慮降水與相對濕度對空氣質量的共同影響，5 mm的降水天氣和＞90%的高濕天氣容易出現空氣污染，尤其當濕度＞90%，大雨量級都不能對空氣造成好的洗刷效果；當相對濕度介于80%～89%之間、降水量5 mm時，污染天數占比最大，空氣質量最差（圖3）。

圖3 相對濕度、降水對空氣污染的共同影響

3.3 空氣質量與溫度的關系

近地層空氣溫度的高低對空氣質量也有顯著的影響。氣溫低于0℃時，污染天氣出現頻率最高。冬季光照較弱，日照時間較短，氣溫較低，大氣對流不活躍，易形成逆溫且維持時間較長，不利于污染物擴散，易造成空氣污染；日平均氣溫為10℃～15℃時，重度污染天氣出現的頻率最高，也是優良天氣占比最大的時候，此時多處于冬末春初或秋末冬初，顆粒物為首要污染物，易出現重污染天氣；日平均氣溫為20℃～30℃時，污染頻率最高，但多為輕度和中度污染，因為此時的首要污染物為O3，氣溫與O3濃度變化成極顯著正相關性，但O3不會形成重污染天氣；日平均氣溫＞30℃時，污染頻率再次降低。

4 結論

本文研究表明：蕪湖市灣沚區空氣質量以優良和輕度污染天氣為主，中度及重度污染天氣占全年的4%。近5年灣沚的空氣質量呈波動上升態勢，顆粒污染物呈逐年下降趨勢，氣態污染物呈上升趨勢。灣沚春季污染天氣頻發，冬季容易發生重污染天氣，秋季的空氣質量最佳。春季和秋季首要污染物多為PM2.5、PM10和O3，夏季首要污染物為O3，冬季首要污染物為PM2.5和NO2。

灣沚空氣質量變化與風速、降水、相對濕度和氣溫都呈現負相關性。風可以增加空氣流動，當風速小于3 m/s時，空氣質量較差，容易出現重度污染天氣；風速＞5 m/s時，空氣質量優良的天數達到97%。

降水有較好的沉降作用，降水量5 mm時則會出現中度污染天氣；降水量介于5～9.9 mm之間時，輕度污染天氣比率有所上升；隨著降水強度的增大，優良天氣的比率逐漸增大，當降水強度達到暴雨量級時，全部為優良等級天氣。

相對濕度60%時，優良天氣的比率增加，污染天數下降；相對濕度＞90%時，優良天氣的比率最大，但重度污染天氣的比率也是最大的；綜合考慮降水與相對濕度對空氣質量的共同影響，當相對濕度介于80%～89%之間、降水量5 mm時，輕度、中度污染天數占比最大，優良天氣的比率最小。

氣溫對空氣質量的影響主要是通過大氣對流活動間接影響，以及氣溫對O3的直接影響而形成的，當日平均氣溫15℃時，易出現由顆粒物聚集導致的重度污染天氣；當日平均氣溫＞20℃后轉為由O3累積導致的輕度和中度污染天氣。