霍林郭勒市空氣污染特征與氣象要素的關系

摘要：利用內蒙古自治區通遼市霍林郭勒市2019～2021年空氣污染數據，分析空氣污染特征及其與氣象要素的相關性和一次重污染天氣過程。結果表明，霍林郭勒市污染總天數為34d，空氣質量以優良為主，污染天數較少（僅占3.1%），且主要為輕度污染，只需關注強逆溫天氣時空氣污染的發生。

關鍵詞：空氣污染；污染物；氣象條件；相關性

引言

內蒙古自治區通遼市霍林郭勒市是一座因煤而建、緣煤而興的新興工業縣級城市，如何在發展工業的同時最大限度地控制污染成為霍林郭勒市高質量發展的首要任務，為此霍林郭勒市采取了行之有效的防治措施，深入實施“藍天、碧水、增綠、凈土”四大行動，持續開展礦山生態修復工作，始終把生態環境保護放在重要位置，持續加大礦山環境保護與生態恢復治理力度，堅決走以生態優先、綠色發展為導向的高質量發展新路子，并取得了生態建設和環境保護的全方位成效，在一定程度上控制和減少了大氣污染物的排放，使空氣質量得到明顯改善[1]。

在生態建設的同時，霍林郭勒市還科學規劃、打造精品，提前著手謀劃礦山生態治理的下一步計劃，在獲取生態效益的基礎上，以“打造我國高寒地區綠色礦山標桿”為工作目標，指導企業在治理區域種植大果沙棘、枸杞等經濟作物，持續加大礦山環境保護與生態恢復治理力度，全力實現環境保護與高質量發展齊頭并進。

本文利用空氣質量指數（Air Quality Index，AQI）與氣象條件的相關性分析研究，為空氣污染氣象服務及大氣污染防控提供科學依據[2][3]。

1數據與方法

本文針對AQI與氣象觀測要素的關系進行分析，利用通遼市生態環境局霍林郭勒市分局提供的國家監測站2019～2021年SO2、NO2、PM10、CO、O3-8h、PM2.5這6項污染物濃度及AQI資料；氣象觀測要素資料，包括氣溫、降水、相對濕度、風速、風向等。

2空氣質量基本特征

2.1 AQI特征

AQI是根據環境空氣質量標準和各項污染物對人體健康、生態、環境的影響來確定污染指數分級[4]。按照AQI的數值大小將空氣質量狀況分成了優、良、輕度污染、中度污染、嚴重污染、重度污染6個等級，數值越大，級別越高，說明空氣污染狀況越嚴重，詳見表1。

2019～2021年霍林郭勒市平均AQI值為54，2019年AQI值最高為58，2020年AQI值最低為51。如表2所示，2019～2021年共監測1096d，空氣質量達標（AQI≤100）1050d，占總天數的96.9%，空氣質量整體較好；空氣質量未達標（AQI＞100）34d，占總天數的3.1%，其中主要以輕度污染為主。輕度污染25d，占總天數的2.3%；中度污染4d，占總天數的0.4%；嚴重污染4d，占總天數的0.4%；重度污染1d，占總天數的0.1%。空氣質量未達標天數2019年最多為16d，2020年最少只有8d。

如圖1所示，月平均AQI值呈現“低-高-低”特點，8～10月、12月均達到優的級別（AQI月平均值分別為44、44、46和44），1～7月、11月均達到良的級別（AQI月平均值分別為55、52、62、67、68、58、60和51）。AQI月平均最大值出現在5月，月均值為68，同時5月出現污染次數最多，4月、１月次之。

從空氣質量未達標（AQI＞100）天數的季節變化規律看，春季＞冬季＞秋季＞夏季。春季出現污染17d，占總污染天數的50%；冬季出現污染7d，占總污染天數的20%；秋季出現污染6d，占總污染天數的18%；夏季出現污染4d，占總污染天數的12%。AQI的這種變化很大程度是春季大風沙塵等氣象因素及冬季燃煤的影響。

2.2 各污染物基本特征

從霍林郭勒市各污染物月平均濃度變化特征來看，SO2、CO濃度各月變化不大，月均值在每年的1月均大于其他月份；NO2濃度各月變化不大，進入夏季稍有降低；PM10濃度入春后有明顯增多，月均值最大出現在5月，入夏后隨著降水增多，明顯降低；O3-8h濃度變化為“夏高冬低”，主要與日照條件的季節變化有關[5]；PM2.5濃度各月變化不大，月均值最大出現在1月、7月。

2.3 首要污染物特征

首要污染物是指AQI＞50時，AQI值最大的污染物。2019～2021年霍林郭勒市總污染天數為34d，綜合分析，PM10、PM2.5和O3-8h為首要污染物，其中PM10的影響最大，占總污染物的79.4%；O3-8h占總污染物的11.8%；PM2.5占總污染物的8.8%，詳見表3。首要污染物具有明顯的月變化，PM10污染發生在1～5月、10月、11月，其中4月、5月出現次數最多；PM2.5污染發生在1月、8月，其中1月出現次數最多；O3-8h污染發生在5～7月，其中6月出現次數最多。

3大氣污染與氣象條件的分析

空氣質量與氣象因素的關系十分密切，氣象的變化會影響大氣環境，而大氣污染又影響氣象。本文將AQI與氣溫、降水、相對濕度、風速、風向5項氣象要素進行相關性統計分析。

3.1 大氣污染與氣溫的關系

大氣污染與氣溫的關系中，O3-8h污染受氣溫影響最大。霍林郭勒市2019～2021年O3-8h濃度超標天數僅為2d，O3-8h濃度在季節上呈夏季＞春季的特征，秋季、冬季未出現，出現O3-8h污染時日平均氣溫為19.8～22.1℃，日最高氣溫為26.9～29.7℃。氣溫與O3-8h濃度的相關系數為0.801，表現為顯著性正相關，日照強、氣溫高、光化學作用增強會使O3-8h濃度升高，可見夏季氣溫對O3-8h濃度有較大影響。太陽輻射強度越大，光化學反應越明顯，O3越容易積累，O3-8h濃度會明顯升高。

3.2 大氣污染與降水的關系

霍林郭勒市降水量集中在6～8月，主要出現在夏季，占全年總降水量的68%，冬春季明顯偏少。降水量與AQI的相關系數為-0.02，表現為顯著性負相關，在降水充沛的6～8月， 隨著降水增多，各污染物均出現明顯下降趨勢，降水量尤其對PM10的影響最大，O3-8h次之，PM2.5最小。說明降水量對空氣污染有沖刷凈化作用。

降水量較小的1～4月和10～12月， 污染物中的PM10、O3-8h呈現出明顯上升趨勢，可見降水量對空氣質量有明顯的改善作用，降水能夠有效沖刷、溶解空氣中的污染物，尤其是對PM10、O3-8h的清除效果更明顯，相關性更顯著。

3.3 大氣污染與相對濕度的關系

2019～2021年霍林郭勒市重污染天氣發生時相對濕度60%～0的占比85%（見表4），反映出當無降雨空氣相對濕度在80%～60%以下時，污染物濃度與相對濕度表現為顯著性正相關，當空氣濕度大于80%時，容易形成降雨，對空氣中的顆粒物有沖刷作用[6]。

3.4 大氣污染與風速的關系

重污染天氣發生時污染物與風速的關系中，日平均風速與PM10、AQI正相關，相關系數分別為0.489、0.517，日平均風速與PM2.5、O3-8h負相關。2019～2021年，霍林郭勒市3%（34d）的重度污染天氣中，大風、揚沙或沙塵暴天氣比例為47%，出現在冬春季，表明霍林郭勒市沙塵天氣在污染中占據的比例最大。

3.5 大氣污染與風向的關系

2019～2021年霍林郭勒市主導風向以WNW風向為主，出現頻率最多，占12.8%；其次是W和NW，占11.7%和10.9%，詳見圖2。

統計霍林郭勒市空氣質量差（AQI≥100）時的風向頻率可以發現，在WSW方向上出現污染天氣的頻次最多，占總污染天數的32.4%；SW風向次之占比26.5%；W方向占比14.7%；其余方向占比較少。這與污染物輸送有關，N、E風向空氣清潔，未出現污染天氣。而WSW、SW風向空氣中污染物濃度較高，容易造成空氣污染。

4霍林郭勒市污染個例分析

2019～2021年霍林郭勒市僅出現1次重度污染天氣，重度污染出現在2021年4月15日，AQI值達256，首要污染物為PM10。主要原因可能是強逆溫天氣影響空氣污染加重，造成重度污染天氣，逆溫導致污染物的垂直擴散受到抑制，地面污染物濃度累積升高，使得當日空氣質量級別達到重污染級。同時，當日出現揚沙天氣，受其影響自然降塵和可吸入顆粒物明顯增加，從而加重空氣污染。

由于霍林郭勒市無探空站，因此選取通遼高空氣象觀測站的探空資料進行分析。通過對當日的探空溫度曲線分析發現，7：00在322～560hPa存在顯著的逆溫層，平均逆溫厚度為238m，平均逆溫強度為2.7℃/（100m）。地面無降水，風速較小，均在3m/s左右，空氣污染物水平擴散能力差，近地面污染物堆積，層次厚，污染加重。

結論

2019～2021年霍林郭勒市空氣質量以優良為主，優良天數（AQI≤100）為1050d，占總天數的96.9%，且主要以輕度污染為主，從季節變化看，春季出現污染次數最多。霍林郭勒市首要污染物為PM10、PM2.5和O3-8h，其中PM10的影響最大。大氣污染與氣象條件的分析中，O3-8h污染受氣溫影響最大；降水量與AQI表現為顯著性負相關，當無降雨空氣相對濕度在80%～60%以下時，污染物濃度與相對濕度表現為顯著性正相關；日平均風速與AQI表現為顯著性正相關；WSW方向上出現污染天氣的頻次最多。

參考文獻

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[5]賴錫柳，鄒穎俊，張凌云，等.柳州市空氣污染特征及氣象條件影響分析[J].農業災害研究.2021，11（03）：78-83.

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作者簡介

包佟拉嘎（1984—），女，蒙古族，內蒙古通遼人，本科，工程師，主要從事氣象服務工作。