汉中市空气污染特征及其气象条件分析

胡江波，王云鹏，杨利霞，彭诗军

(1.汉中市气象局，陕西汉中 723000；2.汉中市环境监测中心站，陕西汉中 723000)



汉中市空气污染特征及其气象条件分析

胡江波1，王云鹏1，杨利霞1，彭诗军2

(1.汉中市气象局，陕西汉中 723000；2.汉中市环境监测中心站，陕西汉中 723000)

利用2015年汉中市空气质量资料和同期的地面气象观测资料，统计分析了2015年汉中市空气质量与气象条件之间的关系。结果表明：2015年汉中市空气质量状况总体较好，以优良天气为主，达标率78%；空气质量指数和空气污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5及CO质量浓度变化趋势基本一致，均表现为夏季最低，冬季最高，O3变化规律正好相反；降水能够有效清除空气污染物，净化空气，对于0～50 mm的降水，降水量级越大，对空气污染物的清除作用越明显；汉中主导风向为偏东风和偏南风时，空气质量较差，为偏北风时，空气质量较好；风速对空气质量具有双重影响。

空气质量；污染；气象条件；汉中

空气污染与污染源的类型、分布状况，地形地貌，气象条件等密切相关[1]。然而，对于某一特定区域而言，由于地形地貌及污染源状况在一定时间范围和经济条件下相对稳定，气象条件对空气污染物的浓度分布有着重要影响。研究表明[2-3]，在不同的气象条件下，同一污染源排放所造成的地面污染物浓度可相差几十倍乃至几百倍。汉中市是著名的历史文化名城，随着近年城市化的快速发展，空气污染问题日益严重，尤其是每年的秋冬季节，受不利气象条件影响，污染物浓度较高，常常出现空气污染的状况。本文对汉中市空气污染物分布特征及其气象条件进行了分析，旨在为当地有效控制污染、改善生态环境和探索综合治理空气污染的途径提供科学依据。

1 资料来源

空气质量数据采用汉中市环境监测中心站2015年1月1日—12月31日期间SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO的逐日质量浓度资料。气象资料为汉中市国家基本气象站同期的降水、风速及风向等地面气象观测资料。

2 空气质量的分布与变化

2.1 空气质量等级分布状况

利用汉中市2015年1月1日—12月31日环境监测资料统计分析汉中市空气质量等级分布情况。空气质量达Ⅰ级(优)的有83 d，占全年总日数的22.8%；Ⅱ级(良)有202 d，占比最高，达55.3%；Ⅲ级(轻度污染)有46 d，占比达12.6%；Ⅳ级(中度污染)较少，有14 d，仅占全年的3.8%；Ⅴ级(重度污染)和Ⅵ级(严重污染)分别为19 d和1 d，占比分别为5.2%和0.3%。可见，2015年汉中市空气质量以优良天气为主，达到优良的日数有285 d，达标率78%，污染天气(轻度污染及以上)仅占全年总日数的22%。

2.2 空气质量指数(AQI)的季节变化特征

从图1 可以看出，汉中市空气质量呈现明显的季节变化特点，夏季(6—8月)和秋季(9—11月)空气质量最好，春季(3—5月)次之，冬季(12—2月)空气质量最差。夏秋季气温较高，大气对流活动旺盛，有利于空气污染物的扩散和稀释，同时夏秋季降水多，降水对空气污染物沉降作用显著；冬季气温低，降水稀少，大气层结较为稳定，往往有逆温层存在，再加上受汉中冬季燃煤取暖及道路扬尘等影响，空气质量为一年中最差；春季冷暖空气活动频繁，多浮尘天气，导致颗粒物污染浓度增加，AQI上升，空气质量变差。

图1 汉中市2015年空气质量指数月变化

2.3 六种污染物质量浓度季节变化

汉中市空气污染物质量浓度存在明显的季节变化特征，从表1可以看出，SO2、NO2、PM10、PM2.5及CO质量浓度变化规律与AQI的变化趋势基本一致，均为冬季浓度最高，夏季浓度最低，主要由于汉中市冬季燃煤取暖导致污染物排放量增大，SO2、NO2等污染物的浓度明显升高，另外，汉中冬季大气处于静稳态，对流活动不旺盛，不利于污染物的扩散[2]；而夏季对流活动旺盛，再加上雨水的清除作用，气象条件非常有利于空气污染物的扩散。O3质量浓度变化规律表现为春夏浓度高，秋冬季节浓度低。春夏太阳辐射强，气温升高，CO、NOx等污染物易发生光化学反应产生了O3，从而导致O3浓度明显升高[4]。

表1 2015年汉中市各种污染物质量浓度季节变化 μg/m3

3 气象条件对空气质量的影响

3.1 降水对空气污染物浓度的影响

降水能有效冲刷、稀释空气中各种污染物，降低污染物在空气中的浓度，故雨后一般空气质量较好[5-8]。由图2可看出，在无降水时，汉中市各种污染物质量浓度均处于最高水平；在降水量为小雨(0.1～9.9 mm)时，降水对各污染物均具有一定清除效果，其中对PM10、PM2.5的效果最明显，说明小雨天气过程就可以明显降低空气中污染物的质量浓度，改善空气质量；在降水量为中雨(10～24.9 mm)时，各种污染物质量浓度继续降低，其中，PM2.5平均质量浓度由无降水日的70.74 μg/m3下降到25.44 μg/m3，PM10由无降水日的95.12 μg/m3下降到33.44 μg/m3。在降水量为大雨(25～49.9 mm)时，各种污染物质量浓度均降低至最低水平，其中，PM2.5平均质量浓度较无降水日下降了84.5%，PM10下降了83.18%，SO2下降了77.17%，NO2下降了62.11%，说明大雨天气过程对空气质量的改善作用最明显。可见，对于0～50 mm的降水，降水量级与空气污染物平均质量浓度大致呈负相关趋势，即降水量级越大，空气污染物平均质量浓度越小。说明降水可有效清除空气污染物，尤其是对主要污染物PM10、PM2.5效果更为明显，这也是汉中夏秋季空气质量相对较好的原因之一。另外，在降水量为暴雨及以上(≥50 mm)时，各种污染物质量浓度较无降水日明显下降，但对各种污染物的清除作用不及中雨和大雨，主要是由于2015年汉中市出现暴雨及以上(≥50 mm)的降水仅一次，而且暴雨出现在春季(4月1日)，而中雨和大雨主要集中在夏、秋季，因此，分析结果代表性不强，待资料累积后再作进一步分析。

图2 汉中市不同等级降水量对应的污染物平均质量浓度

3.2 风速对空气质量的影响

风是边界层内影响污染物扩散的重要动力因子[9]。由表2可知，在日最大风速<4 m/s时，AQI与风速呈相反趋势，即风速越大对污染物的扩散稀释作用越显著。当日最大风速3～4 m/s时，AQI比日最大风速<2 m/s时下降了41.0%。当日最大风速4～5 m/s时，AQI比风速3～4 m/s时明显上升，主要是因为风速增大到一定程度会引起浮尘、扬沙等，从而导致污染物浓度增加，因此风速对空气质量具有双重影响。

表2 汉中市不同范围日最大风速的平均AQI

3.3 风向对空气质量的影响

风向对污染物的输送和扩散有重要影响[10-11]。

表3为汉中市不同主导风及其相应的空气质量等级分布状况，可以看出，汉中市2015年的主导风向主要为偏南风，约占全年的46.3%；其次是偏东风，占全年的42.2%；出现最少的是偏北风，仅占11.5%。在不同主导风向中，当风向为偏东风和偏南风时，空气质量较差，尤其是偏南风时，出现的污染日最多，且中度以上污染天气较多；当主导风向为偏北风时，汉中市空气质量较好，偶尔有污染天气出现。这主要是由于偏南风或偏东风往往带来充沛的水汽，空气湿度大，有利于大气中的颗粒物吸湿增长，使污染物质量浓度增加。另外，空气湿度大，容易形成雾罩，空气污染物不易扩散。偏北风往往伴随北方的干冷空气而来，有利于空气质量的改善。

表3 汉中市不同主导风及其相应的空气质量等级分布状况

4 结论与讨论

(1)2015年汉中市空气质量状况总体较好，以优良天气为主，达标率78%，污染天气仅占全年总日数的22%。

(2)空气质量指数和空气污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5及CO质量浓度变化规律的变化趋势基本一致，均表现为夏季最低，冬季最高；O3变化规律正好相反。

(3)降水可有效清除空气污染物，净化空气，对于0～50 mm的降水，降水量级越大，对空气污染物的清除作用越明显。小雨可以明显降低空气污染物的质量浓度，改善空气质量；大雨对空气质量的改善效果最明显。

(4)汉中市主导风向为偏东风和偏南风时，空气质量较差；偏北风时，汉中市空气质量较好。风速对空气质量具有双重影响。

(5)本研究因只有一年资料，分析结果有一定的局限性，特别是暴雨样本太少，代表性不强。因此待今后资料累积后，污染物与气象条件的关系须作进一步分析。

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1006-4354(2016)06-0031-04

2016-04-18

胡江波(1979—)，男，陕西西安人，硕士，高工，从事农业气象工作。

汉中市气象局2015年度科研项目(2015HZ-03)

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