杜怡心，胡 琳，王 琦，張 俠，吳素良

(陜西省氣候中心，西安 710014)

近些年來，中國華北地區(qū)大氣污染受到廣泛關(guān)注。陜西省關(guān)中平原一帶的大氣污染問題也顯現(xiàn)出來。關(guān)中地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較快，工業(yè)發(fā)展以及交通運輸產(chǎn)生的大氣污染物較多。西安市地處關(guān)中平原中部，南有秦嶺山區(qū)，北有黃土高原，南北兩側(cè)地勢較高，風在不同程度上會受到地形阻擋而減弱，大氣污染物擴散能力弱，垂直擴散能力也只有在對流旺盛的春夏季隨著對流加深才有明顯的清除作用。西安地區(qū)空氣污染問題已引起政府部門高度重視，西安市“十三五”規(guī)劃中明確提出大力推進治污減霾工作[1]。當污染源狀況保持相對穩(wěn)定時，氣象條件對大氣污染物的擴散就有著重要的影響。本文通過與2015年進行對比分析，評價西安市2016年氣象條件的變化及對大氣污染的影響，為有效控制大氣污染提供科學依據(jù)。

1 資料來源

氣象資料選取2015—2016年西安市涇河站氣溫、降水、風速逐日觀測資料；空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采用西安市環(huán)境監(jiān)測站2015—2016年全市平均逐日AQI資料。

2 西安空氣質(zhì)量與2015年比較

2016年，西安優(yōu)良天數(shù)194 d，較2015年減少60 d，各污染級別日數(shù)均明顯高于2015年[2](表1)。PM10年平均質(zhì)量濃度為138 μg/m3，PM2.5年平均質(zhì)量濃度為70 μg/m3，較2015年分別上升9.3%和23%。西安污染日的主要污染物為PM2.5、PM10和O3。PM2.5和PM10作為首要污染物的污染日數(shù)分別為92 d和43 d，較2015年分別增加47 d和1 d；O3作為首要污染物的污染日數(shù)為37 d，較2015年增加17 d。PM2.5和PM10污染主要出現(xiàn)在秋冬季，O3污染主要出現(xiàn)在夏季。

表1 西安市2015—2016年空氣質(zhì)量級別統(tǒng)計表 d

3 大氣環(huán)境氣象條件與2015年對比分析

3.1 降水日數(shù)、有效降水日數(shù)和年降水量

2016年降水日數(shù)、有效降水日數(shù)(日降水量≥2.0 mm)和年降水量較2015年分別減少15 d、2 d和100.9 mm(表2)。其中3月、4月和9月降水量減少最多，分別減少36.7 mm、67.2 mm和77.6 mm，導致有效降水日數(shù)也分別降低4 d、6 d和6 d，污染日數(shù)增加了12 d、9 d和10 d。表明2016年降水對于污染物的清除作用明顯減弱。

表2 西安市2015—2016年降水情況

降水對污染物具有沖刷作用，研究表明降水強度越大、持續(xù)時間越長，對污染物的沖刷作用越明顯[3-9]。2016年5月西安出現(xiàn)5次降水過程，伴隨著每次降水過程，AQI值均有明顯下降。其中5月7日降水5.6 mm后，AQI值從113降至72；5月13—14日持續(xù)降水34.4 mm后，AQI值從195降至47。11月兩次降水過程也分別帶來明顯的空氣質(zhì)量由中重度污染轉(zhuǎn)為優(yōu)良的變化。11月6—7日持續(xù)降水14.5 mm后AQI值從210降至68，21—22日持續(xù)降水18.9 mm后AQI值從173降至42。冬季降雪對污染物清除也起著非常重要的作用。2016年1月31日冷空氣活動帶來大范圍降雪，西安降水量6.8 mm，對污染物沖刷作用明顯，空氣質(zhì)量迅速從30日12時的重度污染(AQI值221)轉(zhuǎn)為31日11時的優(yōu)(AQI值45)(圖1)。

圖1 西安市2016年1月風速、氣溫、降水與AQI指數(shù)日變化

3.2 秋冬季大氣水平擴散能力

風速代表大氣水平擴散能力，大風有利于污染物的擴散，從而降低污染物質(zhì)量濃度，尤其在PM2.5和PM10污染嚴重而降水較少的秋冬季，但在春季，大風有可能造成揚塵，增加大氣中較大顆粒物的質(zhì)量濃度，形成沙塵天氣[7，9-11]。

2016年年平均風速和2015年相當，均為2.3 m/s，小風日數(shù)(日平均風速<1.5 m/s)有一定減少(表3)?？紤]到每年的重度及以上污染基本都出現(xiàn)在1—2月、10—12月，此時風速對以PM2.5為主的污染物擴散有很大作用，對這5個月進行統(tǒng)計分析后，可明顯看出風速所代表的大氣水平擴散能力的變化。2016年秋冬季平均風速為2.0 m/s，較2015年2.2 m/s有明顯偏小，較全年平均風速也明顯偏小，說明大氣水平擴散能力在秋冬季較差。

2016年11—12月污染日數(shù)52 d，遠多于2015年同期的27 d，其中重度及以上污染日數(shù)達27 d，2015年僅11 d。在2016年12月7—21日中度及以上污染持續(xù)時間最長的過程中，涇河站日平均風速持續(xù)偏小，18日最小，僅0.7 m/s，較常年12月平均風速(2.0 m/s)明顯偏小，導致18—20日出現(xiàn)持續(xù)3 d嚴重污染天氣，AQI最大值達458。受冷空氣過程影響，21日風速明顯增大，22日 AQI值下降至100，空氣質(zhì)量由嚴重污染轉(zhuǎn)為良。

表3 西安市2015—2016年平均風速和小風日數(shù)

3.3 冷空氣活動

冷空氣活動頻繁時，會帶來降水和大風天氣，有利于污染物的清除和水平擴散，從而降低污染物濃度。從冷空氣活動次數(shù)來看，2016年出現(xiàn)8次，較2015年減少5次(表4)。從冷空氣強度來看，2016年出現(xiàn)降溫幅度達4～6 ℃的中等強度冷空氣活動5次，超過6 ℃的強冷空氣活動3次，較2015年中等強度的冷空氣活動減少8次，強冷空氣增加3次。2016年1—3月西安出現(xiàn)5次中等強度及以上冷空氣過程，其中1月1次，2月3次，3月1次，與2015年比冷空氣活動次數(shù)(9次)偏少，污染日數(shù)偏多17 d。2016年雖然強冷空氣次數(shù)有所增加，但整體活動次數(shù)偏少，造成降水偏少，風速偏小，靜穩(wěn)天氣增多，不利于污染物擴散，污染物累積效應持續(xù)增強。

表4 2015—2016年1—3月、11—12月西安市冷空氣活動情況

3.4 臭氧污染

已有研究表明，近地面大氣中的臭氧污染主要是由氮氧化合物和揮發(fā)性有機物經(jīng)光化學反應產(chǎn)生。溫度越高，紫外線輻射量越多，濕度越低，越有利于臭氧污染的形成和積累[12-13]。

臭氧作為首要污染物第一次出現(xiàn)的日期為2016年為4月30日，較2015年5月23日提前較多。2016年臭氧作為首要污染物的日數(shù)為37 d，較2015年增加17 d。5月降水較多，空氣較潔凈，通透性好，太陽輻射逐漸增強，有利于光化學反應生成臭氧。隨著陜西省治污減霾工作力度的不斷加大，空氣中顆粒物大幅減少，對紫外線的吸收作用降低，紫外線強度增加，臭氧質(zhì)量濃度隨之上升。

6月西安11—13日、17—20日、28—29日出現(xiàn)3次臭氧作為首要污染物的持續(xù)污染過程，較2015年6月增加了12 d，其中17—20日出現(xiàn)持續(xù)中度污染，空氣相對濕度28%～46%，平均氣溫31.1 ℃，最高氣溫37.6 ℃，天氣晴朗，云量少，太陽輻射強，有利于臭氧生成(表5)。

4 結(jié)論

(1)2016年，西安空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)194 d，較2015年減少60 d，空氣質(zhì)量較差。PM2.5和PM10作為首要污染物的污染日數(shù)分別為92 d和43 d，O3為37 d。PM2.5和PM10作為首要污染物主要出現(xiàn)在秋冬季，O3主要出現(xiàn)在夏季。

(2)2016年降水日數(shù)、有效降水日數(shù)和年降水量較2015年減少，其中3月、4月和9月降水量和有效降水日數(shù)減少最多，導致污染日數(shù)共增加了31 d。表明2016年降水對于污染物的清除作用明顯減弱。

表5 西安市2015—2016年5—9月臭氧污染和氣象要素情況

(3)2016年年平均風速和2015年相當，但重度及以上污染主要出現(xiàn)的1—2月、10—12月的平均風速較2015年同期明顯偏小，比2016年全年平均風速也明顯偏小，說明大氣水平擴散能力在秋冬季較差。2016年冷空氣強度雖然有所增加，但活動次數(shù)偏少，造成降水偏少，風速偏小，靜穩(wěn)天氣增多，不利于污染物擴散，污染物累積效應持續(xù)增強。

(4)臭氧作為首要污染物第一次出現(xiàn)的日期較2015年提前較多，6月和9月相對濕度偏低、溫度偏高、日照偏強有利于臭氧生成，造成臭氧作為首要污染物的日數(shù)增加較多。隨著大氣顆粒物減少，太陽輻射增加，氣溫偏高、降水偏少，臭氧已經(jīng)成為日照充足的春夏季除顆粒物之外的第二大污染源，需要引起足夠重視。

[1] 西安市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要[EB/OL].[2016-03-09].http://www.xa.gov.cn/ptl/def/def/index_1121_6774_ci_trid_2001820.html.

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