人工增雨對宜昌空氣質量影響分析

摘要：為有效防控宜昌地區大氣污染，采用宜昌地面氣象降水數據和市生態環境局發布的2021年1月4日宜昌一次增雨前后環境空氣污染物大氣監測數據，分析宜昌24 h降水對空氣污染指數的影響，以及實施人工增雨作業對城市空氣質量的改善情況。選取主要大氣污染物PM2.5，PM10，O3，NO2，SO2，CO為研究對象，針對增雨前后的大氣監測數據，分析空氣污染指數 （API）。對宜昌地區環境空氣質量的影響進行研究，探索了利用人工增雨對宜昌城區污染性天氣進行治理的可行性。結果表明：此次人工增雨是在宜昌城區出現重污染天氣的時期進行，增雨前PM 2.5小時濃度上升至接近嚴重污染級別，增雨后PM 2.5濃度緩慢下降，增雨作業對改善空氣質量效果明顯。研究成果可為今后人工增雨改善空氣質量作業提供參考。

關鍵詞：污染性天氣； 人工增雨作業； 降水量； 改善空氣質量； 宜昌市

中圖法分類號：P481;X51

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S1.017

文章編號：1006-0081（2024）S1-0061-04

0 引 言

大氣污染是目前最受關注的環境問題之一。中國很多城市都開展了控制大氣污染排放的措施，氣象條件是影響空氣質量的重要因素，國內外已有很多學者就氣象條件與城市空氣污染的關系進行了研究，取得了較大進展［1-2］。王艷秋等［3］分析了哈爾濱地區降水對大氣污染物濃度稀釋影響，發現春季降水對污染物濃度影響較大，降水對PM10有較大的稀釋作用；李瑞等［4］研究發現烏魯木齊地區不同等級降雨的清除能力大小排序為大雨、小雨、中雨、微雨。陳小敏等［5］分析重慶主城區人工增雨對空氣質量的影響，指出重慶在冬半年開展人工增雨作業后，可以讓城市空氣質量達標天數平均增加34～62 d。

大氣中污染物清除的同時，新的污染物又不斷進入大氣，因此大氣質量處于動態平衡。大氣中很多污染氣體或溶于水，或在大氣條件下變成氣溶膠粒子。大氣清除過程可分為干清除與濕清除過程兩大類。干清除過程指污染物粒子重力沉降，風場在清除污染物的過程中，將被污染的空氣搬運到清洗區，同時將經過沉降及清洗后的干凈空氣送往污染區。而濕清除過程主要指云雨不停吸收與沖刷大氣中可溶氣體及氣溶膠，云雨帶氣流上升，低層四周氣流向云中輻合，從而將低層四周的氣溶膠輸送到云雨區清洗。

人工增雨指在自然冰晶不足的冷云中播撒干冰、碘化銀等催化劑，產生大量人工冰晶，促進降水發生。同時由于冰晶凝華潛熱的釋放，可以使云體溫度提高，促進上升氣流的發展，進一步加強成云降雨的過程［6］。由于降水對大氣污染濃度有較大影響，人工增雨可以提高云層的降水效率，增加降雨量和降雨時間，從而使降落的雨滴能更持久地對大氣污染物進行清洗。因此，人工增雨將成為改善空氣質量的重要手段之一。本文結合宜昌地區氣象及空氣污染資料，選取主要大氣污染物PM2.5，PM10，O3，NO2，SO2，CO為研究對象，分析降水與空氣污染之間的關系及宜昌24 h降水對空氣污染指數的關系和影響，以及實施人工增雨作業對城市空氣質量的改善情況。

1 資料來源

1.1 研究區域概況

宜昌市位于湖北省西南部、長江中下游分界處，“上控巴蜀，下引荊襄”，地跨東經110°15′～112°04′、北緯29°56′～31°34′，國土面積為2.1萬km2，是典型的亞熱帶季風濕潤氣候，四季分明，水量豐富。2022年，全市戶籍人口為405.97萬人，實現國民生產總值4 261.4億元，因三峽大壩建設而被譽為“世界水電之都”［7］。由于宜昌市東西高差大，長江穿越其間，形成了自西部山地向東部平原開口的“喇叭口”地形。受此特殊地形影響，宜昌地區主要大氣污染物為PM2.5，PM10和O3［8］。針對這一特點，對2022年1月4日人工增雨對當地環境空氣質量的影響進行研究，探索人工降雨對宜昌城區污染性天氣進行治理的可行性。

1.2 數據來源

2021年12月31日開始，宜昌市空氣質量由優良轉差，連續120 h空氣質量指數（AQI）在100 μg/m3以上，最高達到226 μg/m3，屬重度污染天氣。宜昌市啟動污染天氣應對預案，2022年1月4日宜昌市氣象局實施了一次以改善空氣質量為目的冬季人工增雨作業，本文利用宜昌市空氣質量監測站數據、國家氣象站地面氣象資料、區域自動站降水資料，對此次作業進行了綜合分析，以期為后期開展人工增雨改善空氣質量活動提供參考。

2 作業實施情況

由于2021年12月31日起宜昌市空氣質量持續轉差，2022年1月3日下午，宜昌市大氣重污染應急指揮部啟動了重污染天氣黃色預警，為改善空氣質量，需根據天氣情況適時開展人工增雨作業。宜昌市人工影響天氣辦公室（人影辦）密切關注天氣變化，與氣象臺開展天氣會商分析研判，做出“2022年1月3日夜間至4日夜間，全市有一次降水過程，具備人工增雨作業條件”的預報。根據天氣會商意見，4日市人影辦抓住最佳作業時機利用地面遠程遙控撒播系統先后在夷陵、秭歸、長陽等地開展作業，共消耗焰條30根；夷陵、五峰、宜都、興山、長陽、秭歸等地抓住最佳作業時機利用地面火箭積極開展作業，消耗火箭彈21枚。

3 2022年1月4日降水實況

2022年1月4日夜間至5日夜間，宜昌市北部出現小雨，南部小到中雨，局部中雨。據自動雨量站網統計，1月4日00∶00至5日00∶00，全市累計雨量≥5 mm的有290站，累計雨量≥10 mm的有84站，累計雨量≥15 mm的有22站，最大雨量為19 mm，出現在五峰的清水灣和石柱山。這期間宜昌市累計雨量見圖1。

4 改善效果

2022年1月3～5日宜昌市空氣質量指數AQI分別為202，226，127 μg/m3。此次增雨帶來的降雨時段為1月4日00∶00至5日00∶00，主要集中在1月4日。增雨前（1月3日01∶00至1月4日00∶00），小時AQI在145～295 μg/m3之間，均值196 μg/m3；增雨后（1月4日01∶00至1月5日00∶00），小時AQI在160～291 μg/m3之間，均值為223 μg/m3。從小時AQI看，增雨前空氣質量在逐漸變差，增雨后空氣質量在緩慢改善，但改善速度較慢，至1月4日16∶00才脫離重度污染范圍。增雨前后小時AQI見圖2。

從監測項目來看，PM10和PM 2.5在增雨前迅速上升，其中PM 2.5小時濃度上升至接近嚴重污染級別，增雨后顆粒物濃度緩慢下降（圖3）。其中，PM10于2022年1月4日20∶00開始降至國家二級標準日濃度限值以下，PM 2.5始終維持在二級標準以上。

對比增雨前后宜昌主城區各項環境空氣污染物濃度小時值，取增雨前、后各24 h均值進行比較，發現增雨后，僅臭氧和氮氧化物下降，包括PM 2.5在內的其他污染物均上升或持平（表1）。

5 結 語

本次人工增雨是在宜昌城區出現重污染天氣的時期進行的，增雨前PM 2.5小時濃度上升至接近嚴重污染級別，增雨后PM 2.5濃度緩慢下降，說明降雨對空氣質量的改善明顯。

需要說明的是，受雨量較小以及降雨范圍不均衡等因素的影響，增雨后，空氣質量改善速度較慢，導致增雨后24 h AQI均值（以及PM 2.5等污染物濃度）相較于增雨前高。從較長的一段時間看，增雨結束后，2022年1月5日空氣質量改善為輕度污染（AQI為127 μg/m3），2022年1月6日繼續改善為良（AQI為77 μg/m3）。

參考文獻：

［1］ 呂效譜，成海容，王祖武，等.中國大范圍霧霾期間大氣污染特征分析［J］.湖南科技大學學報：自然科學版，2013，28（3）：104-110.

［2］ 李巖，鄭東旗，龔振彬，等.福州大氣污染日與氣象條件關系的研究［J］.亞熱帶農業研究，2014，10（3）：194-198.

［3］ 王艷秋，楊曉麗.哈爾濱市降水形勢對大氣污染物濃度稀釋的影響［J］.自然災害學報，2007，16（5）：65-68.

［4］ 李瑞，王旭.烏魯木齊市降水對大氣污染的影響［J］.沙漠與綠洲氣象，2007（2）：13-15.

［5］ 陳小敏，李軻.重慶主城區人工增雨對空氣質量的影響分析［J］.西南師范大學學報（自然科學版），2010，35（6）：152-156.

［6］ 李大山，章澄昌，許煥斌，等.人工影響天氣現狀與展望［M］.北京：氣象出版社，2002.

［7］ 李如玥，劉琳，陶世鑫，等.宜昌市大氣污染物變化趨勢及污染特征分析［J］.工業安全和環保，2021，47（5）：58-62.

［8］ 成勤，王青龍，劉俊，等.宜昌地區大氣污染特征及氣象影響分析［J］.綠色科技，2022，24（14）：82-85.