張翠榮，柳戊弼，江 鴻

(武漢公共氣象服務(wù)中心，湖北武漢 430040)

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武漢市空氣質(zhì)量與氣象條件的關(guān)系及氣象預(yù)報(bào)方法研究

張翠榮，柳戊弼，江 鴻

(武漢公共氣象服務(wù)中心，湖北武漢 430040)

利用2013～2014年武漢市空氣質(zhì)量指數(shù)和氣象要素因子，分析了武漢市環(huán)境空氣質(zhì)量分布特征以及氣象要素因子對(duì)空氣質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，武漢市空氣質(zhì)量嚴(yán)重污染天氣占全年的4%；近10年(2005～2014年)武漢市PM10、SO2污染物濃度逐年下降，首要污染物以細(xì)顆粒物為主。武漢市空氣質(zhì)量變化與氣溫、低云量、平均風(fēng)速、降水量等氣象因子相關(guān)性最好，均呈明顯的負(fù)相關(guān)性。利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，選用與空氣質(zhì)量指數(shù)相關(guān)性較好的氣象因子制作逐日空氣質(zhì)量指數(shù)多元回歸預(yù)測(cè)方程，可結(jié)合氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品及時(shí)制作空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。

空氣質(zhì)量指數(shù)；污染；氣象因子；相關(guān)性；多元回歸

城市空氣質(zhì)量的好壞不僅與城市地形和城市建設(shè)有關(guān)，與季節(jié)及氣象條件關(guān)系也十分密切[1]。武漢地處我國(guó)中部，作為近年我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的城市，城市大氣污染物排放量不可避免地不斷增加。但在污染源排放量無明顯變化的情況下，風(fēng)向、風(fēng)速、降雨、氣壓、溫度、云量等氣象條件則直接影響空氣質(zhì)量的好壞。筆者通過對(duì)武漢市2013～2014年空氣質(zhì)量和氣象要素的分析，初步揭示武漢市空氣質(zhì)量分布特征及其與氣象因子的關(guān)系，在不考慮外源污染物輸入的情況下，結(jié)合氣象要素?cái)?shù)值預(yù)報(bào)，從氣象角度研究空氣質(zhì)量的預(yù)報(bào)方法。

1　資料來源與研究方法

采用武漢市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站監(jiān)測(cè)的六要素空氣質(zhì)量小時(shí)、日平均AQI指數(shù)，武漢市氣象局國(guó)家基本觀測(cè)站觀測(cè)的地面氣溫、風(fēng)、降水、氣壓、云量等資料，武漢市氣象局國(guó)家基本觀測(cè)站觀測(cè)的高空高度、風(fēng)、氣溫等資料，對(duì)2013～2014年空氣質(zhì)量和氣象要素進(jìn)行分析，在不考慮外源污染物輸入的情況下，結(jié)合氣象要素?cái)?shù)值預(yù)報(bào)，從氣象角度研究空氣質(zhì)量的預(yù)報(bào)方法。

2　空氣質(zhì)量變化趨勢(shì)分析

2.12013和2014年空氣質(zhì)量分布特征空氣質(zhì)量指數(shù)(air quality index，AQI)[2-3]是用來定量描述空氣質(zhì)量水平的數(shù)值，是一個(gè)取值范圍在0～500的無量綱數(shù)。環(huán)境空氣污染物的種類很多，常見的有二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、臭氧和懸浮顆粒物。懸浮顆粒物中，直徑小于10 μm的稱為PM10，直徑小于2.5 μm的稱為PM2.5。AQI指數(shù)是把每天觀測(cè)的各種不同污染物的濃度折算成一個(gè)統(tǒng)一的指數(shù)，并把其中AQI最大的一種污染物定為首要污染物，這個(gè)最大的AQI指數(shù)定為當(dāng)日的AQI指數(shù)(表1)。

表1　AQI指數(shù)分級(jí)技術(shù)指標(biāo)

武漢市空氣質(zhì)量主要以良和輕度污染天氣為主，2013年武漢市空氣質(zhì)量良天數(shù)達(dá)140 d，輕度污染天數(shù)達(dá)104 d，分別占全年總數(shù)的38%和28%，其次是中度和重度污染天氣，而空氣質(zhì)量?jī)?yōu)的天氣僅有20 d，占全年的5%，嚴(yán)重污染天氣15 d，占全年的4%。2014年空氣質(zhì)量各級(jí)分布情況和2013年類似，但優(yōu)良天氣以及輕度污染天氣較2013年有所增加，分別達(dá)30、152、123 d，所占比例分別為8%、42%、34%。中度污染、重度污染、嚴(yán)重污染天氣有所減少(圖1～2)。

2.2近10年大氣污染物及優(yōu)良率歷年變化趨勢(shì)近10年(2005～2014年)武漢市PM10、SO2污染物濃度逐年下降，NO2呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，PM2.5呈下降趨勢(shì)。2005～2012年，按照GB3095—1996評(píng)價(jià)，空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)和優(yōu)良率逐年上升，2013年執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良天數(shù)明顯減少，優(yōu)良率大幅下降，首要污染物逐漸從可吸入顆粒物為主，轉(zhuǎn)為細(xì)顆粒物為主(圖3、4)。

注：a.2013年，b.2014年。Note：a.The year of 2013；b，The year of 2014.圖1　2013和2014年武漢市空氣質(zhì)量分布Fig.1　Distribution of air quality in Wuhan City in 2013 to 2014

注：a.2013年，b.2014年。Note：a.The year of 2013；b，The year of 2014.圖2　2013和2014年武漢市空氣質(zhì)量分布百分比Fig.2　Percentage of air quality distribution in Wuhan City in 2013 to 2014

圖3　近10年空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率變化趨勢(shì)Fig.3　Change trend of excellence rate of air quality in recent 10 years

圖4　近10年污染物濃度變化趨勢(shì)Fig.4　Change trend of pollutant concentration in recent 10 years

2.3空氣質(zhì)量季節(jié)變化特征選取2013～2014年武漢市空氣質(zhì)量AQI指數(shù)分級(jí)，統(tǒng)計(jì)武漢市各季節(jié)各級(jí)空氣質(zhì)量天數(shù)和所占百分比，結(jié)果見表2。其中，春季指2013年3月1日至5月31日，2014年3月1日至5月31日，共184 d；夏季指2013年6月1日至8月31日，2014年6月1日至8月31日，共184 d；夏季指2013年9月1日至11月30日，2014年9月1日至11月30日，共182 d；夏季指2013年1月1日至2月28日，2013年12月1日到2014年2月28日，2014年12月1日到12月31日，共180 d。

由表2可知，武漢市嚴(yán)重污染天氣主要發(fā)生在秋冬季節(jié)，春夏季節(jié)無嚴(yán)重污染天氣發(fā)生；夏季空氣質(zhì)量最好，優(yōu)良天數(shù)頻率達(dá)73%；從全年看，春季空氣質(zhì)量逐漸轉(zhuǎn)好，夏季最好，從夏季到秋季空氣質(zhì)量又逐漸變差，到冬季空氣質(zhì)量最差。

表2　2013～2014年武漢市空氣質(zhì)量季節(jié)變化

3　氣象條件對(duì)空氣質(zhì)量的影響

3.1氣象因子與空氣質(zhì)量的相關(guān)性選取2013～2014年武漢市逐日地面觀測(cè)氣象要素與武漢市逐日空氣質(zhì)量AQI指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，選取相關(guān)性好的氣象因子。日平均氣溫T與AQI指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.458 36，日最高氣溫Tmax分別為0.360 42，日最低氣溫Tmin為與AQI指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.502 49，日平均低云量S低云量與AQI指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.321 28，日平均風(fēng)速F與AQI指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.243 89，日降水量R與AQI指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.225 92。

3.2氣象因子對(duì)空氣質(zhì)量影響原因分析

3.2.1氣溫對(duì)空氣質(zhì)量的影響。由上述相關(guān)性分析可知，氣溫與空氣質(zhì)量有較好的負(fù)相關(guān)性，這與空氣質(zhì)量的季節(jié)變化規(guī)律一致。氣溫從春天到夏天逐漸升高，之后從夏天到秋天逐漸降低，冬天達(dá)到全年最低氣溫，對(duì)應(yīng)春季空氣質(zhì)量逐漸轉(zhuǎn)好，夏季達(dá)到最好，從夏季到秋季空氣質(zhì)量又逐漸變差，到冬季空氣質(zhì)量最差。

從單個(gè)大氣狀況比較穩(wěn)定的情況下，空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)變過程來看(不涉及天氣形勢(shì)大的轉(zhuǎn)變，如強(qiáng)冷空氣南下，空氣質(zhì)量必定好轉(zhuǎn)，但氣溫也必定降低)，也有一定的參考性，如2013年1月6日到2月3日的持續(xù)污染天氣過程中，空氣質(zhì)量AQI指數(shù)越大，氣溫越低，趨勢(shì)呈明顯的負(fù)相關(guān)(圖5)。

3.2.2低云量對(duì)空氣質(zhì)量的影響。低云量和空氣質(zhì)量呈較好的負(fù)相關(guān)。低云一般指云底高度在2 500 m以下，包括積云、積雨云、層積云、層云和雨層云在內(nèi)5個(gè)云屬，低云多由水滴組成，厚的或垂直發(fā)展旺盛的低云則由水滴、過冷水滴、冰晶混合組成。大部分低云均可能產(chǎn)生降水，雨層云常有連續(xù)性降水，積雨云多有陣性降水，有時(shí)降水量很大。因此，低云一般代表天氣的轉(zhuǎn)折性變化，代表有降水天氣過程發(fā)生，必然會(huì)使空氣質(zhì)量朝著好的方向轉(zhuǎn)變，低云量越多，天氣變化越劇烈，可能對(duì)應(yīng)更強(qiáng)或更持續(xù)的降水天氣，空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)的情況越明顯。

圖5　空氣質(zhì)量和氣溫變化趨勢(shì)Fig.5　Change trend of air quality and temperature

3.2.3風(fēng)速對(duì)空氣質(zhì)量的影響。風(fēng)速越大，代表空氣流動(dòng)性越強(qiáng)，即大氣擴(kuò)散條件越好，越有利于大氣中污染物的擴(kuò)散和稀釋，對(duì)空氣質(zhì)量的改變有明顯作用，呈較好的負(fù)相關(guān)性。由圖6可知，2013年1月1日至1月12日的過程平均

圖6　平均風(fēng)速與空氣質(zhì)量演變趨勢(shì)Fig.6　Evolution trend of average wind speed and air quality

風(fēng)速和空氣質(zhì)量負(fù)相關(guān)性較好，而2013年2月27日至3月11日的過程相關(guān)性略差，會(huì)有滯后性現(xiàn)象出現(xiàn)，特別是轉(zhuǎn)折性天氣出現(xiàn)時(shí)，如3月10日空氣質(zhì)量達(dá)到重度污染，平均風(fēng)速也達(dá)到4級(jí)，第2天3月11日空氣質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)，達(dá)到等級(jí)良。

3.2.4降水對(duì)空氣質(zhì)量的影響。通過統(tǒng)計(jì)2013～2014年逐日降水量和對(duì)應(yīng)空氣質(zhì)量AQI指數(shù)，發(fā)現(xiàn)降水對(duì)空氣質(zhì)量的影響與降水強(qiáng)度的關(guān)系較明顯。降水天氣對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良的比率均在50%以上，合計(jì)達(dá)70%；隨著降水強(qiáng)度的增大，優(yōu)良天氣的比率逐漸增大，當(dāng)降水強(qiáng)度達(dá)到暴雨量級(jí)時(shí)，全部為優(yōu)良等級(jí)天氣；降水天氣過程發(fā)生時(shí)中度污染以上的天氣比率均不足5%；僅有3次嚴(yán)重污染天氣過程，有2次發(fā)生在秋季，1次發(fā)生在冬季(表3)。

在降水過程發(fā)生時(shí)，空氣中污染物濃度增加，空氣質(zhì)量變差，出現(xiàn)嚴(yán)重污染天氣現(xiàn)象，其主要原因是降水強(qiáng)度不夠，未達(dá)到較好的洗刷空氣的效果，反而一些弱降水天氣過程會(huì)因?yàn)橐鸾孛鏀_動(dòng)加強(qiáng)，而使近地面空氣中的懸浮物增多，空氣質(zhì)量相應(yīng)地變差。

表3　各級(jí)降水量對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量

4　空氣質(zhì)量氣象因子多元回歸預(yù)測(cè)方程

4.1年逐日AQI指數(shù)預(yù)測(cè) 利用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)選取的相關(guān)性好的氣象因子做逐日AQI值預(yù)測(cè)方程：AQI=67.43+0.65AQI前一日-5.1T+2.77Tmax+1.44Tmin-2.9S低云量-6.78F-0.25R，方程樣本數(shù)為728個(gè)，復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.81，置信度95%，F(xiàn)=200.76，P=1.3E-164。其中，T、Tmax、Tmin分別為日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫，取氣象臺(tái)每日發(fā)布的公共天氣預(yù)報(bào)24 h預(yù)測(cè)值，S低云量、F、R分別為日平均低云量、日平均風(fēng)速、日降水量，取歐洲細(xì)網(wǎng)格24 h預(yù)報(bào)值。

4.2季逐日AQI指數(shù)預(yù)測(cè)

AQI春=129.02+0.42AQI前一日-6.33T+2.04%max+1.37Tmin-2.45S低云量-2.00F-0.59R-0.64A-3.05SI+0.69K-2.07LI+1.98IC+5.71ITI

AQI夏=58.19+0.47AQI前一日-2.27T +3.77max-2.26Tmin-3.2S低云量-5.4F+0.02R-0.08A+0.51SI-0.02K -0.73LI+0.23IC-75.14ITI

AQI秋=105.98+0.55AQI前一日-0.44T +0.02Tmax-0.24Tmin-6.7S低云量-9.67F-0.36R-0.34A-5.54SI+0.4K+0.44LI+2.34IC-47.85ITI

AQI冬=94.65+0.67AQI前一日-11.77T +5.49Tmax+4.97Tmin-1.84S低云量-10.77F-2.37R-0.22A -3.0SI+0.6K+0.13LI+4.51IC+148.5ITI

4.3強(qiáng)對(duì)流天氣氣象因子對(duì)預(yù)報(bào)方程的訂正利用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)選取的相關(guān)性好的氣象因子所做的逐日AQI值預(yù)測(cè)方程，采用的氣象因子均是日平均資料，對(duì)天氣變化較劇烈的強(qiáng)對(duì)流天氣，如強(qiáng)降水、大風(fēng)等持續(xù)時(shí)間短、影響大的天氣過程，一天之內(nèi)空氣質(zhì)量可能變化特別大，方程在預(yù)報(bào)時(shí)效和預(yù)報(bào)結(jié)果上可能不準(zhǔn)確也無法達(dá)到需求。選取與空氣質(zhì)量變化相關(guān)性好的大風(fēng)和降水量2種氣象因子，分析逐小時(shí)風(fēng)速和降水量對(duì)應(yīng)空氣質(zhì)量指數(shù)變化情況，歸納其變化規(guī)律，可作為強(qiáng)對(duì)流天氣狀況下多元回歸預(yù)測(cè)方程的質(zhì)量控制閾值。

4.3.1風(fēng)速小時(shí)變化域值。風(fēng)速和空氣質(zhì)量有較好的負(fù)相關(guān)性，但在實(shí)際天氣過程中常會(huì)有滯后現(xiàn)象發(fā)生，加之方程所使用的風(fēng)速為平均風(fēng)速，不能及時(shí)地反映風(fēng)速變化對(duì)空氣質(zhì)量的影響，為了提高方程預(yù)測(cè)空氣質(zhì)量的準(zhǔn)確性，對(duì)重污染過程小時(shí)風(fēng)速的變化對(duì)應(yīng)空氣質(zhì)量指數(shù)的變化進(jìn)行分析。

4.3.1.1重污染過程逐小時(shí)風(fēng)速域值。選取2013～2014年武漢市觀象臺(tái)逐小時(shí)風(fēng)速資料和2013～2014年武漢市環(huán)境監(jiān)測(cè)站逐小時(shí)空氣質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。其中，空氣質(zhì)量指數(shù)選取AQI指數(shù)大于200以上的重污染天氣過程。

分析2013～2014年武漢市重污染(空氣污染AQI指數(shù)達(dá)到200以上)過程小時(shí)風(fēng)速資料，可見武漢市重污染過程小時(shí)風(fēng)速集中在3 m/s以下，所占比例達(dá)90%。其中，風(fēng)速在1 m/s以下的重污染次數(shù)(樣本個(gè)數(shù)2 200個(gè))最多，達(dá)945次，所占比例達(dá)43.0%，其次為風(fēng)速2 m/s以下達(dá)693次，所占比例31.5%，風(fēng)速在3 m/s以下的達(dá)341次，所占比例15.5%；而風(fēng)速在3 m/s以上的所占比例不足10%。表明武漢市重污染天氣與對(duì)應(yīng)風(fēng)速成反比，重污染天氣多出現(xiàn)在風(fēng)速較小的情況下，90%以上的重污染天氣過程發(fā)生在風(fēng)速小于3 m/s的情況下，而風(fēng)速達(dá)8 m/s以上時(shí)基本無重污染天氣發(fā)生(表4)。

由此可知，重污染過程小時(shí)風(fēng)速閾值：F≤3 m/s重污染過程持續(xù)，3 m/s8 m/s重污染過程結(jié)束。

表4小時(shí)風(fēng)速重污染過程統(tǒng)計(jì)

Table 4Statistics of serious pollution process of hourly wind speed

風(fēng)速Windspeedm/s重污染過程次數(shù)Timesofseriouspollutionprocess∥次頻次Frequency%194543.0269331.5334115.541305.95512.36241.17120.5830.19.510.0

4.3.1.2重污染過程逐3 h風(fēng)速域值。根據(jù)實(shí)際日常業(yè)務(wù)工作情況，一般氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品的時(shí)間間隔均為3 h，因此，選取2013～2014年武漢市觀象臺(tái)逐3 h風(fēng)速資料和2013～2014年武漢市環(huán)境監(jiān)測(cè)站逐3 h空氣質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。其中，空氣質(zhì)量指數(shù)選取AQI指數(shù)大于200以上的重污染天氣過程。

結(jié)合風(fēng)力等級(jí)的規(guī)定，按照風(fēng)力等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來統(tǒng)計(jì)逐3 h風(fēng)力對(duì)應(yīng)的重污染天氣過程，其中，0～1.5 m/s為靜風(fēng)或1級(jí)風(fēng)，1.6～3.3 m/s為2級(jí)風(fēng)，3.4～5.4 m/s為3級(jí)風(fēng)，5.5～7.9 m/s為4級(jí)風(fēng)，8.0 m/s以上為5級(jí)風(fēng)。由表6可知，隨著風(fēng)力的增大，重污染過程逐漸減少，當(dāng)風(fēng)力達(dá)到3級(jí)以上時(shí)，重污染過程已不足10%，發(fā)生5級(jí)以上大風(fēng)時(shí)，無重污染過程發(fā)生(表5)。

表5　逐3 h風(fēng)速重污染過程統(tǒng)計(jì)

由此可知，重污染過程逐3 h風(fēng)速閾值：F≤1.5 m/s(0～1級(jí)風(fēng))過程持續(xù)或加強(qiáng)，1.6 m/s8.0 m/s(5級(jí))AQI<100(轉(zhuǎn)為優(yōu)良天氣)。

4.3.2降水量小時(shí)變化域值。降水量和空氣質(zhì)量有較好的負(fù)相關(guān)性，但在實(shí)際天氣過程中降水過程一般不是均勻發(fā)生，表現(xiàn)為明顯的時(shí)間分布不均勻，一天內(nèi)不同時(shí)段的降水量差異很大，而方程所使用的降水量為日總量，不能及時(shí)地反映降水量的變化對(duì)空氣質(zhì)量的影響，為了提高方程預(yù)測(cè)空氣質(zhì)量的準(zhǔn)確性，對(duì)重污染過程小時(shí)降水量的變化對(duì)應(yīng)空氣質(zhì)量指數(shù)的變化進(jìn)行分析。

4.3.2.1降水量小時(shí)變化域值。選取2013～2014年武漢市觀象臺(tái)逐小時(shí)降水量資料和2013～2014年武漢市環(huán)境監(jiān)測(cè)站逐小時(shí)空氣質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。其中，空氣質(zhì)量指數(shù)選取AQI指數(shù)大于200以上的重污染天氣過程。

分析2013～2014年武漢市重污染(空氣污染AQI指數(shù)達(dá)到200以上)過程小時(shí)降水量資料，可見武漢市重污染天氣過程基本發(fā)生在無降水發(fā)生的天氣，當(dāng)有降水發(fā)生時(shí)重污染天氣過程明顯減少，小時(shí)降水量在0.1～2.0 mm的小雨過程，武漢市發(fā)生重污染天氣的次數(shù)為114次(總樣本數(shù)2 201次)，頻率為5.2%，而隨著小時(shí)降水量的增大，重污染天氣很少發(fā)生，頻數(shù)不足1%(表6)。

表6小時(shí)降水量重污染過程統(tǒng)計(jì)

Table 6Statistics of serious pollution process of hourly precipitation

降水量Precipitationmm重污染過程次數(shù)Timesofseriouspollutionprocess∥次頻次Frequency%0206693.90.1～2.01145.22.1～5.0150.75.1～10.060.3

由此可知，重污染過程小時(shí)降水量閾值：R=0 mm重污染過程持續(xù)，0.1 mm10 mm重污染過程結(jié)束。

4.3.2.2重污染過程逐3 h降水量域值。根據(jù)實(shí)際日常業(yè)務(wù)工作情況，一般數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的時(shí)間間隔均為3 h，因此，選取2013～2014年武漢市觀象臺(tái)逐3 h降水量資料和2013～2014年武漢市環(huán)境監(jiān)測(cè)站逐3 h空氣質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。其中，空氣質(zhì)量指數(shù)選取AQI指數(shù)大于200以上的重污染天氣過程。

武漢市重污染過程逐3 h降水量統(tǒng)計(jì)情況和逐小時(shí)相差不大，重污染天氣過程基本發(fā)生在無降水發(fā)生的天氣，當(dāng)有降水發(fā)生時(shí)重污染天氣過程明顯減少，3 h降水量在0.1 mm以上的降水過程，武漢市發(fā)生重污染天氣的頻率不足10%，而隨著3 h降水量的增大，重污染天氣大幅減少，降水量超過5 mm以上時(shí)，基本無降水天氣過程發(fā)生(表7)。

表7　逐3 h降水量重污染過程

由此可知，重污染過程逐3 h降水量閾值：R=0 mm 過程持續(xù)，0.1 mm5 mmAQI<100(轉(zhuǎn)為優(yōu)良天氣)。

5　小結(jié)

該研究結(jié)果表明，武漢市空氣質(zhì)量主要以良和輕度污染天氣為主；空氣質(zhì)量嚴(yán)重污染天氣占全年的4%；近10年(2005～2014年)武漢市PM10、SO2污染物濃度逐年下降，NO2呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，PM2.5呈下降趨勢(shì)。首要污染物逐漸從可吸入顆粒物為主，轉(zhuǎn)為細(xì)顆粒物為主。武漢市嚴(yán)重污染天氣主要發(fā)生在秋冬季節(jié)，春夏季節(jié)無嚴(yán)重污染天氣發(fā)生；夏季空氣質(zhì)量最好，優(yōu)良天數(shù)頻率達(dá)73%；從全年看，春季空氣質(zhì)量逐漸轉(zhuǎn)好，夏季最好，從夏季到秋季空氣質(zhì)量又逐漸變差，到冬季空氣質(zhì)量最差。

武漢市空氣質(zhì)量變化與氣溫、低云量、平均風(fēng)速、降水量等氣象因子相關(guān)性最好，均呈明顯的負(fù)相關(guān)性。氣溫從春天到夏天逐漸升高，之后從夏天到秋天逐漸降低，冬天達(dá)到全年最低氣溫，對(duì)應(yīng)春季空氣質(zhì)量逐漸轉(zhuǎn)好，夏季達(dá)到最好，從夏季到秋季空氣質(zhì)量又逐漸變差，到冬季空氣質(zhì)量最差。 在單個(gè)大氣狀況比較穩(wěn)定的情況下，氣溫降低，空氣質(zhì)量將有所好轉(zhuǎn)，趨勢(shì)呈明顯的負(fù)相關(guān)。低云量和空氣質(zhì)量呈較好的負(fù)相關(guān)。低云量越多，天氣變化越劇烈，可能對(duì)應(yīng)更強(qiáng)或更持續(xù)的降水天氣，空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)的情況越明顯。風(fēng)速越大，空氣流動(dòng)性越強(qiáng)，大氣擴(kuò)散條件越好，越有利于大氣中污染物的擴(kuò)散和稀釋，對(duì)空氣質(zhì)量的改變有明顯作用，呈較好的負(fù)相關(guān)性。降水有利于污染物的濕沉降，有利于空氣質(zhì)量的好轉(zhuǎn)。同時(shí)降水對(duì)空氣質(zhì)量的影響與降水強(qiáng)度的關(guān)系比較明顯。隨著降水強(qiáng)度的增大，優(yōu)良天氣的比率逐漸增大，當(dāng)降水天氣過程對(duì)應(yīng)降水強(qiáng)度達(dá)到暴雨量級(jí)時(shí)，全部為優(yōu)良等級(jí)天氣。

該研究結(jié)合常規(guī)天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品和常用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，給出了空氣質(zhì)量氣象因子多元回歸預(yù)測(cè)方程，結(jié)合氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品及時(shí)制作空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。同時(shí)針對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣分析了逐小時(shí)和逐3 h風(fēng)速和降水量對(duì)應(yīng)空氣質(zhì)量指數(shù)的變化情況，歸納其變化規(guī)律，可作為強(qiáng)對(duì)流天氣狀況下多元回歸預(yù)測(cè)方程的質(zhì)量控制氣象因子閾值，當(dāng)3 h風(fēng)速超過8 m/s(5級(jí)風(fēng))，降水量超過5 mm時(shí)，重污染天氣結(jié)束，轉(zhuǎn)為優(yōu)良天氣。

[1] 代玉田,王麗,張優(yōu)琴,等.德州市區(qū)空氣質(zhì)量與氣象條件的關(guān)系[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2016(1):281-284.

[2] 中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部.環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)：HJ633—2012[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2012.

[3] 張書余.城市環(huán)境氣象預(yù)報(bào)技術(shù)[M].北京：氣象出版社，2002：119-121.

Relationship between Wuhan Air Quality and Meteorological Conditions and Meteorological Forecasting Method

ZHANG Cui-rong, LIU Wu-bi, JIANG Hong

(Wuhan Public Weather Service Center, Wuhan, Hubei 430040)

Air quality index and meteorological factors in Wuhan City in 2013-2014 were used to analyze the distribution characteristics of environmental air quality in Wuhan City, as well as the effects of meteorological factors on air quality and meteorological factors. Result showed that the number of seriously polluted days in Wuhan was 4% of a year. In recent 10 years (2005-2014), the concentration of PM10 and SO2pollutants in Wuhan City decreased year by year. The main pollutant was fine particulate. Changes in air quality in Wuhan City had the optimal correlation with temperature, low cloud cover, average wind speed, precipitation and other meteorological factors, showing a significant negative correlation. Mathematical statistics method was adopted. Meteorological factors having relatively good correlation with air quality index were selected to establish the daily AQI multiple regression prediction equation. Air quality forecast was carried out by using meteorological forecast products.

Air quality index; Pollution; Meteorological factors; Correlation; Multiple Regression

湖北省環(huán)境保護(hù)廳環(huán)保科研項(xiàng)目(2014HB06)。

張翠榮(1971-)，女，湖北漢川人，高級(jí)工程師，從事城市環(huán)境氣象預(yù)報(bào)與服務(wù)。

2016-05-11

S 181.3

A

0517-6611(2016)20-184-06