吳昊錦 王 博(西安高新第一中，西安 710075)

一次大范圍霧霾及雨雪對(duì)西安市空氣質(zhì)量的
短期影響

吳昊錦 王 博
(西安高新第一中，西安 710075)

隨著城市極端天氣的頻繁發(fā)生，城市空氣質(zhì)量對(duì)人類(lèi)健康和城市生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著重要調(diào)節(jié)作用。在此背景下本實(shí)驗(yàn)通過(guò)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)的調(diào)查和整理利用環(huán)保部等部門(mén)公布相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)探究大范圍霧霾及雨雪對(duì)西安市空氣質(zhì)量的影響。研究表明7、9到12月平均PM2.5、PM10及AQI呈穩(wěn)定上升趨勢(shì)，溫度出現(xiàn)季節(jié)性下降，但三季節(jié)的整體平均值(代表全年)及大范圍霧霾的加入表明西安空氣質(zhì)量為中度污染狀態(tài)，但沒(méi)有霧霾天氣的全年平均溫度為輕度污染狀態(tài)，而短暫的降雪或日常雨雪可以迅速改善城市空氣質(zhì)量。

西安市；城市生態(tài)系統(tǒng)；空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)

1 引言

城市空氣質(zhì)量的特征反映了空氣污染程度，它是依據(jù)空氣中污染物濃度的高低來(lái)判斷的。空氣污染是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象，在特定時(shí)間和地點(diǎn)空氣污染物濃度受到許多因素影響。來(lái)自固定和流動(dòng)污染源的人為污染物排放大小是影響空氣質(zhì)量的最主要因素之一，其中包括城市車(chē)輛的尾氣、工業(yè)生產(chǎn)排放、居民生活等，城市的發(fā)展密度、植被等是調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量的重要因素。

1.1 空氣污染物

可吸入顆粒物是指懸浮在空氣中，空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑≤10微米的顆粒物。可吸入顆粒物的濃度以每立方米空氣中可吸入顆粒物的毫克數(shù)表示。顆粒物的直徑越小，進(jìn)入呼吸道的部位越深。10微米直徑的顆粒物通常沉積在上呼吸道，5微米直徑的可進(jìn)入呼吸道的深部，2微米以下的可100%深入到細(xì)支氣管和肺泡。

1.2 我國(guó)城市空氣質(zhì)量

2012年，325個(gè)地級(jí)及以上城市按照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)，達(dá)標(biāo)城市比例僅為40.9%；113個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)城市比例為88.5%，按環(huán)境空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)，達(dá)標(biāo)城市比例僅為23.9%。

1.3 空氣污染指數(shù)

我國(guó)當(dāng)前采用的空氣污染指數(shù)(AQI)分為五級(jí)，AQI值小于等于50，說(shuō)明空氣質(zhì)量為優(yōu)，相當(dāng)于達(dá)到國(guó)家空氣質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，符合自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其它需要特殊保護(hù)地區(qū)的空氣質(zhì)量要求。AQI值大于50且小于等于100，表明空氣質(zhì)量良好，相當(dāng)于達(dá)到國(guó)家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。AQI值大于100且小于等于200，表明空氣質(zhì)量為輕度污染，相當(dāng)于達(dá)到國(guó)家空氣質(zhì)量三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；長(zhǎng)期接觸，易感人群病狀有輕度加劇，健康人群出現(xiàn)刺激癥狀。AQI值大于200，表明空氣質(zhì)量較差，超過(guò)國(guó)家空氣質(zhì)量三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，一定時(shí)間接觸后，對(duì)人體危害較大

1.4 研究進(jìn)展

關(guān)于空氣污染等方面研究表明西安空氣質(zhì)量有著明顯的季節(jié)變化特征，并且夏季優(yōu)于冬季，介紹了西安地區(qū)清潔能源的使用情況，在此基礎(chǔ)上提出了西安市大氣環(huán)境質(zhì)量改善措施(張建濤等，2003)。而張國(guó)勛(2003)及肖以華等(2011)和陳添探究了氣象因素和植被對(duì)地區(qū)空氣質(zhì)量的調(diào)節(jié)作用，而張艷2010年通過(guò)探究區(qū)域大氣波動(dòng)探究其對(duì)上海市空氣質(zhì)量影響特定，而劉俊(2009)在此基礎(chǔ)上結(jié)合極端空氣現(xiàn)象霧霾，來(lái)探究霧霾天氣對(duì)區(qū)域空氣質(zhì)量的影響特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上我們?cè)诳偨Y(jié)前人研究的基礎(chǔ)上來(lái)探究西安城市生態(tài)系統(tǒng)空氣質(zhì)量波動(dòng)特征。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)連續(xù)觀測(cè)西安市7月份、9月份及12月份每天9點(diǎn)的空氣質(zhì)量，并結(jié)合7月8日-9日，7月12日到13日兩次連續(xù)空氣質(zhì)量對(duì)西安城市空氣質(zhì)量波動(dòng)特征進(jìn)行探究，并且對(duì)全年中常見(jiàn)天氣進(jìn)行持續(xù)觀察和統(tǒng)計(jì)，旨在更好的闡述西安市城市空氣質(zhì)量特征，從而服務(wù)于人民。

由輸電塔的前12階模態(tài)分析可以看出：整個(gè)鋼管塔在中橫擔(dān)以下部位變形較小,中橫擔(dān)以上部位變形較大,地線橫擔(dān)及上橫擔(dān)較易發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形,地線橫擔(dān)的變形尤為嚴(yán)重.因此，在鋼管塔抗震分析時(shí),中橫擔(dān)以上的部位應(yīng)重點(diǎn)研究.

2.2 實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)分析

通過(guò)中國(guó)氣象局、中國(guó)天氣網(wǎng)、中國(guó)氣象頻道軟件及各城市公布的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行2013年7、9、12月西安市的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)獲取，并對(duì)各個(gè)城市7月8日和12日全天空氣質(zhì)量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

通過(guò)Microsoft Excel軟件進(jìn)行西安市的空氣質(zhì)量原始數(shù)據(jù)的記錄，并利用 Microsoft Excel和Sigma plot軟件進(jìn)行相關(guān)圖標(biāo)的制作。|

3 結(jié)果與分析

3.1 西安城市生態(tài)系統(tǒng)空氣質(zhì)量月波動(dòng)特征

通過(guò)收集2013年7月、9月季12月份的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)代表一年匯中夏季、秋季和冬季空氣波動(dòng)特征，西安市整體空氣質(zhì)量是以溫度、PM2.5、PM10及AQI為重要波動(dòng)指標(biāo)。7月份空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)表明：PM2.5、PM10及AQI隨著時(shí)間的變化而成上升趨勢(shì)，而NO2、O3、CO、SO2等指標(biāo)基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)；9月份這些指標(biāo)趨于穩(wěn)定波動(dòng)但明顯高于月特征；進(jìn)入冬季12月份的空氣特征處于上升趨勢(shì)。整體三個(gè)季節(jié)的空氣質(zhì)量指標(biāo)隨著溫度減少而大幅度上升(圖1)。

圖1 西安市2013年7、9及12月空氣質(zhì)量動(dòng)態(tài)(包含一次大范圍霧霾數(shù)據(jù))

注：1-14、15-29、30-46分別為7、9、12月隨機(jī)空氣質(zhì)量測(cè)定值的代表值圖2 西安市2013年7、9及12月空氣質(zhì)量動(dòng)態(tài)(不包含一次大范圍霧霾數(shù)據(jù))

3.2 西安市一次大范圍霧霾天氣特征

2013年12月17日西安市迎來(lái)了歷史上影響最大歷時(shí)最長(zhǎng)的霧霾天氣。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)觀察記錄和分析發(fā)現(xiàn)：在無(wú)風(fēng)狀態(tài)下空氣質(zhì)量在8小時(shí)內(nèi)迅速?gòu)妮p度污染達(dá)到重度污染程度，并且在此后無(wú)風(fēng)的六天中，西安AQI空氣質(zhì)量指數(shù)維持在400-800之間(圖3)，完全超過(guò)了全球絕大多數(shù)城市空氣質(zhì)量。在此期間，城市的各項(xiàng)工作基本無(wú)法展開(kāi)，盡管西安高新區(qū)采用了超強(qiáng)距離噴霧器進(jìn)行高空噴水項(xiàng)目，其對(duì)空氣質(zhì)量指數(shù)沒(méi)有任何影響，而藥店等場(chǎng)所PM口罩瞬間售罄，老年人和兒童呼吸道疾病驟升。然而26日的一陣清風(fēng)一夜間還給西安人民晴天萬(wàn)里(在8小時(shí)內(nèi)AQI從500左右驟減于60內(nèi)達(dá)到優(yōu)良天氣)。

圖3 西安大范圍霧霾天氣空氣質(zhì)量波動(dòng)圖

3.3 冬季小雪對(duì)空氣質(zhì)量的調(diào)節(jié)

通過(guò)對(duì)冬季特有降雪天氣的調(diào)查與分析發(fā)現(xiàn)：降雪能夠快速降低AQI、PM10及PM2.5等空氣中懸浮的微小顆粒，而對(duì)于溫室氣體等基本沒(méi)有影響。

圖4 冬季(1月份)小雪對(duì)城市空氣質(zhì)量的短期調(diào)節(jié)

3.4 西安城市生態(tài)系統(tǒng)空氣質(zhì)量特征

通過(guò)對(duì)2013年各個(gè)時(shí)期的調(diào)查，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)平均分析發(fā)現(xiàn)，7、9及12月平均空氣指數(shù)中PM2.5、PM10及AQI呈急劇上升趨勢(shì)，但三季節(jié)的平均值(代表全年)呈現(xiàn)優(yōu)良空氣狀態(tài)，并且隨著季節(jié)變化溫度出現(xiàn)和季節(jié)相適應(yīng)的下降。由于12月的一次大范圍霧霾天氣的影響，整個(gè)西安市全年空氣質(zhì)量從良(AQI小于100)升至116(中度污染)，但沒(méi)有大范圍霧霾的數(shù)據(jù)顯示全年空氣質(zhì)量為輕度污染(AQI低于100)且發(fā)現(xiàn)調(diào)查期間的短期雨雪天氣可以快速改善空氣質(zhì)量(圖5)。

圖5 西安2013年平均空氣質(zhì)量特征(包含一次大范圍霧霾天氣數(shù)據(jù))

圖6 西安2013年平均空氣質(zhì)量特征(包含一次大范圍霧霾天氣數(shù)據(jù))

4 討論與結(jié)論

空氣污染是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象，在特定時(shí)間和地點(diǎn)空氣污染物濃度受到許多因素影響。來(lái)自固定和流動(dòng)污染源的人為污染物排放大小是影響空氣質(zhì)量的最主要因素之一隨著城市極端天氣的頻繁發(fā)生，城市空氣質(zhì)量對(duì)人類(lèi)健康和城市生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著重要調(diào)節(jié)作用。在此背景下本實(shí)驗(yàn)通過(guò)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)的調(diào)查和整理利用環(huán)保部等部門(mén)公布相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，探究大范圍霧霾及雨雪對(duì)西安市空氣質(zhì)量的影響。研究得出以下結(jié)論和建議：

4.1 西安市空氣質(zhì)量波動(dòng)特征及原因

7、9及12月平均空氣指數(shù)中PM2.5、PM10及AQI呈上升趨勢(shì)，但三季節(jié)的平均值(代表全年)呈現(xiàn)輕度污染空氣狀態(tài)。經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析我們發(fā)現(xiàn)冬季12月份的一次特大霧霾天氣對(duì)全年的平均空氣質(zhì)量的貢獻(xiàn)非常大，完全可以將全年的輕度污染程度擴(kuò)大至中度污染天氣，且在隨后也發(fā)現(xiàn)了冬季雨雪天氣能夠在短期內(nèi)降低空氣中懸浮顆粒從而能在降雪24小時(shí)后快速凈化空氣。

4.2 市民出行鍛煉建議

根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)我們認(rèn)為盡管早上8點(diǎn)的空氣質(zhì)量和下午16點(diǎn)的空氣質(zhì)量都比較良好，但我們建議早上晨練的老人和兒童應(yīng)該在陽(yáng)光下的8點(diǎn)進(jìn)行晨練或者在每日下午16點(diǎn)左右進(jìn)行基本的有氧鍛煉，并且在霧霾天氣佩戴口罩并減少戶外相關(guān)活動(dòng)，盡管雨雪天氣可以很快緩解城市中空氣質(zhì)量，但本研究建議應(yīng)該雨雪天一天后進(jìn)行戶外活動(dòng)。

[1]張建濤，孟小絨，樊慧麗等.西安地區(qū)大氣質(zhì)量分布特點(diǎn)和能源使用概述[J].陜西氣象，2003，27-28.

[2]劉俊，袁鸞，劉衍君.珠江三角洲一次大范圍灰霾天氣下的空氣污染特征分析[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)，2009，28(4)：78-82.

[3]陳添.氣象條件對(duì)北京市空氣質(zhì)量的影響[J].環(huán)境保護(hù)，2008，5B，46-49.

The Short Effect of One Large-scale of Fog and Rain or Snow on the AQI of Xi′an City

WU Jinhao WANG Bo
(Xi′an Gao Xin No.1 High School，Xi′an 710075)

The AQI have the negative on the life or healthy to human，especially with the extreme weather such as large-scale of fog with AQI beyond 300. This experiment focus on The short effect of one large-scale of fog and rain or snow on the AQI of Xi′an city with the data from admonition of weather or APP.The result show PM2.5、PM10and AQI of July and September or December of the whole year had the increased tread which mean the bad weather with temperature decreased by season，while the average AQI of season below 100 which mean good weather.The key of the experiment is the short time of snow and rain decreased the AQI finally with short time of increased.

Xi′an city；the city ecosystem；AQI

吳昊錦，本文為高中大氣環(huán)境議題的研究性學(xué)習(xí)成果

X21

A

1673-288X(2017)01-0126-03

引用文獻(xiàn)格式：吳昊錦 等.一次大范圍霧霾及雨雪對(duì)西安市空氣質(zhì)量的短期影響[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(1)：126-128.