氣象及地理條件對大氣污染物擴散的影響

關鍵詞：大氣污染物；擴散；氣象條件；地理環境；空氣質量中圖分類號：X51 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500(2025)07-0215-03DOI: 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.062

Impact of Meteorological and Geographical Conditions on the Diffusion of Air Pollutants

YANGHaixia (Zouping Ecological Environment Monitoring Center，Zouping2562Oo，China)

Abstract:Meteorologicalconditionsand geographicalenvironmentarekeyfactorsaffcting thedifusionofatmospheric polutants.The study analyzed the mechanisms by which meteorological elements such as wind field characteristics， temperature stratification，precipitationandhumidity，aswellasgeographicalconditionssuchastopography，underlying surface features，andurbanbuildings，affectthedifusionofpolutants.Theresults indicatethatwindfieldcharacteristics determine theabilitytotransportanddilutepollutants，temperaturestratificationfectsverticaldifusionintensitytin andunderlyingsurfacecharacteristicsalterlocalairflowfields，andurbanbuildingsafectthediffusionofatmospheric polutantsthroughstreetvalleyandheatislandefects.Thecoupling effctofmeteorologicalandgeographicalconditions furtheraffects the transportand diffsionprocessofpollutants.Based onthis，corresponding preventionand control measures are proposed to provide scientific basis for air quality management.

Keywords:air pollutants;diffusion; meteorological conditions;geographical environment;air quality

大氣污染物的擴散過程受多種自然因素的影響，其中氣象條件和地理環境起著決定性作用。隨著城市化進程的加快和工業化水平的提高，大氣污染問題日益嚴重，深入理解氣象及地理因素對大氣污染物擴散的影響機制具有重要的意義和價值。氣象條件主要通過風場特征、大氣穩定度等影響大氣污染物的輸送與擴散，地理環境通過地形地貌、下墊面特征等影響局部地區氣象條件，進而影響大氣污染物的擴散過程。

1氣象條件對大氣污染物擴散的影響

1.1 風場特征的影響

風場特征是影響大氣污染物擴散的最主要氣象因素，對大氣污染物的輸送、稀釋和擴散起著決定性作用[。風速的大小直接決定大氣污染物的水平輸送能力和稀釋效果。在強風條件下，大氣污染物隨氣流快速輸送并被充分稀釋，濃度隨風速增加呈指數衰減；當風速小于 2m/s 時，大氣污染物易在局地積累形成高濃度污染。風向控制著大氣污染物的輸送路徑和影響范圍，持續的單一風向導致下風向大氣區域污染物累積。復雜地形條件下，風向變化引起大氣污染物遷回輸送。湍流擴散是大氣污染物稀釋的重要機制，大氣湍流強度與風速、地表粗糙度及大氣穩定度密切相關，加強了大氣污染物的垂直和水平混合。

1.2溫度層結的影響

大氣溫度垂直分布特征通過影響大氣穩定度控制大氣污染物的垂直擴散能力。大氣穩定度直接影響大氣污染物的垂直擴散范圍和速率。不穩定層結條件下大氣垂直混合較強，有利于大氣污染物向高空擴散；穩定層結條件下，垂直運動受抑制，大氣污染物易在近地面層積累。逆溫層如“大氣蓋”，阻礙污染物向上擴散，主要形成機制包括輻射降溫、平流輸送和下沉運動。城市區域建筑物的熱儲存效應和人為熱排放改變局地溫度層結特征，影響垂直擴散過程。

1.3降水和濕度的影響

降水和濕度通過濕沉降作用和化學轉化過程影響大氣污染物濃度水平。濕沉降包括雨滴對氣溶膠的碰撞收集和氣態污染物的溶解吸收，降水強度和持續時間決定了大氣污染物清除效率。濕度條件通過影響氣溶膠的吸濕增長和氣態污染物的化學轉化，改變污染物理化特性，在高濕度條件下，硫酸鹽、硝酸鹽等二次氣溶膠生成速率加快，顆粒物粒徑譜分布發生變化。濕度還影響大氣氧化性，進而影響光化學反應中大氣污染物的轉化速率。

2地理條件對大氣污染物擴散的影響

2.1地形地貌的影響

山谷地形對大氣污染物擴散產生顯著影響，山谷走向與主導風向的夾角決定大氣污染物輸送路徑。白天山坡受太陽輻射加熱產生上坡風，有利于大氣污染物向高空輸送；夜間冷空氣下沉形成下坡風，大氣污染物在谷底聚積。狹長的山谷形成“通道效應”，大氣污染物沿谷底輸送。平原地區的擴散條件較簡單，但地表起伏影響污染物輸送。海岸地區受海陸氣流交替影響，白天形成海風環流，夜間形成陸風環流，使大氣污染物在海陸間往復輸送。

2.2下墊面特征的影響

地表粗糙度直接影響近地層湍流強度和大氣污染物擴散效率。城市建成區地表粗糙度大，增加機械湍流強度，促進大氣污染物垂直混合[2。高大建筑群會降低近地面風速，形成渦流區和靜風區，導致大氣污染物在局部區域積累。植被覆蓋區域通過改變地表摩擦作用影響大氣污染物擴散，森林等高大植被會增加機械湍流，促進垂直擴散。

下墊面熱力特性通過影響地氣熱交換過程改變局地大氣穩定度。不同地表類型的熱容量和反照率差異導致加熱冷卻速率不同，產生熱力環流。城市下墊面的熱儲存效應和人為熱排放增強了熱島效應，改變了邊界層結構。水體比熱容較大，溫度變化緩慢，對周邊區域大氣穩定度產生調節作用。植被通過蒸散作用影響近地面溫濕度場，進而影響大氣污染物擴散條件。

2.3城市建筑的影響

街谷效應是城市大氣污染物擴散的典型特征。街道兩側高層建筑形成的峽谷空間改變了氣流結構，當風向與街道走向垂直時，會在街谷內形成回旋環流。建筑物高度與街道寬度的比值（高寬比）影響街谷內大氣污染物的擴散效率。當高寬比較大時，街谷內易形成分離流和二次環流，降低大氣污染物擴散速率。交通污染源釋放的污染物在街谷效應作用下易在近地面積累建筑物的布局和形態影響街谷內風場結構，錯落有致的建筑群可增強湍流混合，促進大氣污染物擴散。

城市熱島效應通過改變邊界層結構影響大氣污染物擴散。城市建筑材料的熱儲存效應和人為熱排放導致城區溫度高于郊區，形成局地溫度梯度。熱島環流改變了大氣污染物的輸送路徑，城市上空的輻合氣流有利于大氣污染物向城市中心聚集。

3氣象與地理條件的耦合作用

3.1地形誘導局地環流

地形誘導局地環流是大氣污染物擴散的關鍵動力機制[3]。山地地形通過加熱和摩擦作用改變氣流場結構，形成復雜的三維環流系統。白天山坡受太陽輻射加熱，近地面空氣增溫上升形成上坡風，同時谷底產生上游風，構成閉合環流。夜間山坡輻射冷卻，冷空氣沿坡面下沉，產生下坡風和下游風。山谷風環流的強度和范圍受地形坡度、谷地走向和大尺度天氣背景影響。在盆地地形中，四周山體對氣流產生阻擋和抬升作用，盆地中心易形成氣流輻合區。盆地內溫度層結穩定時，大氣污染物垂直擴散受抑制，水平輸送因山體阻擋而減弱，導致大氣污染物持續積累。地形誘導環流的日變化特征影響大氣污染物的擴散，白天上升氣流有利于污染物向高空輸送，夜間下沉氣流使污染物在近地面層聚集。

3.2城市熱環境效應

城市熱環境效應體現了氣象條件與城市下墊面特征的耦合作用。城市建筑群改變地表能量平衡，人為熱源排放和建筑材料蓄熱作用增強熱島強度。熱島效應產生的溫度梯度驅動局地熱力環流，城市上空形成輻合氣流，郊區出現輻散氣流，這種環流結構使大氣污染物在城市上空積累。城市邊界層結構因熱環境效應改變，混合層高度增加，湍流強度增強。建筑群產生的機械湍流與熱力湍流疊加，加強大氣污染物垂直混合。城市冠層內，建筑物遮蔽效應減弱地表輻射冷卻，抑制夜間逆溫層形成，改變大氣污染物日變化特征。熱島環流的強度受城市規模和下墊面特征影響，大型城市群的熱環流系統更為復雜。建筑密集區的“峽谷效應”與熱島效應相互作用，形成獨特的城市微環境。

3.3復雜地形區大氣污染物輸送特征

復雜地形區大氣污染物輸送表現出氣象要素與地理條件的多重耦合特征。在山地－盆地中，地形起伏改變氣流場結構，產生局地環流，大氣污染物輸送呈現顯著時空分異。山地阻擋作用使氣流產生迎風抬升和背風下沉，大氣污染物在迎風坡和背風坡呈非對稱分布。地形抬升導致氣流輻合和輻散，改變大氣污染物水平輸送路徑。復雜地形區逆溫層的形成和演變受地形影響顯著，山地-盆地之間冷空氣沉降和熱力環流相互作用，形成復雜逆溫結構。沿海山地地區，海陸風環流與山谷風環流相互耦合，形成三維環流系統。地形引起的氣壓梯度變化會改變局地風場，影響大氣污染物擴散效率。復雜地形區域的動力和熱力作用使大氣污染物的輸送路徑呈現多尺度特征，增加了污染防控的難度。

4防治對策

4.1基于氣象條件的防治措施

基于氣象條件的污染防治措施需充分考慮氣象要素的時空變化特征。在靜穩天氣條件下，應加強對高架源排放的管控，適當降低煙囪排放高度，避免大氣污染物在逆溫層下方積累。針對不同季節的主導風向，優化工業園區布局，高污染企業應布設在城市主導下風向區域。重污染天氣過程中，結合氣象預報信息實施差異化管控措施，重點管控揮發性有機物排放源。在采暖季節，基于氣象條件預報合理調控供熱系統運行參數，降低能源消耗。工業企業應建立與氣象條件聯動的大氣污染物排放調控機制，在不利氣象條件下主動采取減排措施。

4.2基于地理特征的規劃建議

基于地理特征的規劃建議應充分考慮地形地貌對大氣污染物擴散的影響。在山谷地區，工業園區選址應避開閉合地形，利用山谷風環流特征進行合理布局規劃。城市建設過程中應保護和利用自然通風廊道，以免高密度建筑群阻礙大氣污染物擴散。在復雜地形區域，基于大氣污染物輸送規律優化城市功能分區，建設項目選址應充分考慮局地環流特征。針對街谷污染問題，道路網絡規劃應與主導風向相協調，通過建筑高度控制和間距設計改善通風條件。在沿海城市群規劃中，充分利用海陸風環流特征，構建區域生態廊道系統。工業區與居住區之間設置合理的防護距離和綠化隔離帶，發揮植被對大氣污染物的阻滯和吸附作用。

4.3監測預警體系建設

基于氣象和地理因素建設環境空氣質量監測預警體系。第一，建設立體化的環境空氣質量監測網絡，在不同地形單元、不同高度設置監測點位，實現對大氣污染物濃度分布的精細化監測。第二，完善氣象要素監測系統，加強對邊界層結構、局地環流等關鍵參數的觀測。第三，發展基于人工智能的污染預報預警模型，提升對不同氣象地理條件下污染過程的預報能力。第四，建立多部門聯動的預警信息發布機制，及時向公眾發布空氣質量預報信息。第五，構建重污染天氣應急響應體系，根據污染程度和氣象條件及時啟動相應級別的應急措施。

5結論

氣象條件和地理環境通過多種途徑和機制影響大氣污染物的擴散過程，二者之間存在密切的相互作用和耦合關系。深入認識這些影響因素及其作用機制，對于制定有效的大氣污染防治措施、優化城市規劃布局、建立環境空氣質量預警系統具有重要的指導意義。未來，需要進一步加強對復雜氣象地理條件下大氣污染物擴散規律的研究，發展更為精細的模擬預測方法，為大氣環境管理提供更可靠的科學依據。

參考文獻

1 王佳博，伊力亞斯·阿布都熱衣木，閆琪.2017一2021年新疆伊寧市氣象因素對大氣污染物的影響及污染物變化趨勢研究[J].職業與健康，2024（4）:500-503.

2 楊斌，汪萬軍，張珊.氣象與地理因素對化工園區大氣污染指數的影響研究[J].粘接，2023(8）:115-118.

3 曹春華.氣象與地理條件對大氣污染濃度的影響[J].黑龍江科技信息，2015（6）：22.