邱 杰 胡景波 吳 彬 陳峰云

（湖州市氣象局 浙江湖州 313000）

引言

大氣顆粒物是大氣中存在的各種固態(tài)和液態(tài)顆粒的總稱。通常所指的大氣顆粒物為可吸入顆粒物，分為PM10、PM2.5和PM1。雖然大氣氣溶膠顆粒只是地球大氣成分中含量很少的部分，但它對(duì)空氣質(zhì)量和人體健康有重要影響，而且顆粒物越小對(duì)人體健康的危害越大，除對(duì)人體健康的影響外，顆粒物還會(huì)對(duì)能見度、太陽(yáng)輻射、云和降水等造成重要影響。大氣中的顆粒物濃度不但與污染源排放有關(guān)，也受氣象條件影響。唐家翔[1]、孫蓉花[2]、孫歡歡[3]、呂麗莉[4]分別研究了?？?、烏魯木齊、成都和蘭州地區(qū)顆粒物濃度的變化趨勢(shì)以及與氣象因素的相關(guān)性。研究發(fā)現(xiàn)，在污染源相對(duì)穩(wěn)定的前提下，氣象要素如降水、相對(duì)濕度、風(fēng)速和氣溫等是影響大氣污染物濃度變化的重要因子，其中降水是最主要的因素之一，同時(shí)也是大氣污染物去除的重要途徑。

近年來如何有效降低氣溶膠濃度已是當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。很多部門希望通過人工降雨來減少顆粒物濃度，達(dá)到降低污染的目的。但是降水過程本身對(duì)氣溶膠具體清除作用有多大，對(duì)哪些粒徑的氣溶膠有明顯清除作用，目前還缺乏系統(tǒng)的分析和普遍共識(shí)。吳進(jìn)[5]、韓力慧[6]、蘇正軍[7]分析了北京地區(qū)降水對(duì)氣溶膠粒子的影響.劉靜[8]、李芳[9]、王妮[10]、周彬[11]分別分析了阜新、西安、重慶、無錫降水對(duì)大氣污染物的清除效果。董群[12]分析了降雨對(duì)不同粒徑氣溶膠粒子碰撞清除能力。

湖州位于浙江北部，太湖南岸，與蘇州、無錫隔太湖相望。湖州東部為水鄉(xiāng)平原，湖州西部以山地、丘陵地形為主，旅游資源豐富。本地政府對(duì)人影作業(yè)改善空氣質(zhì)量期望值很高，作為人影作業(yè)的具體操作者，很有必要研究湖州地區(qū)的降水對(duì)顆粒物濃度的降低效果及凈化過程的影響因素，將研究結(jié)論應(yīng)用到實(shí)際的操作中，這樣有利于人影作業(yè)時(shí)間和用彈量的選擇。本文利用湖州站的大氣成分?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合常規(guī)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過降雨前后氣溶膠濃度的變化情況，分析降雨過程中氣象要素對(duì)氣溶膠清除作用的影響。

1 觀測(cè)數(shù)據(jù)

1.1 觀測(cè)地點(diǎn)和觀測(cè)儀器

湖州國(guó)家基本氣象站建于1956年1月，位于東經(jīng)120度03分、北緯30度52分，站內(nèi)除常規(guī)觀測(cè)要素以外，2008年開始酸雨觀測(cè)，觀測(cè)儀器為上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司的雷磁牌PH計(jì)和電導(dǎo)率儀，本站每年參加國(guó)家局組織的酸雨考核，從未出現(xiàn)不合格的情況。2014年3月開始觀測(cè)大氣成分，觀測(cè)地點(diǎn)距離觀測(cè)場(chǎng)50米，儀器型號(hào)為Grimm180，主要上傳PM10、PM2.5、PM1數(shù)據(jù)，探測(cè)環(huán)境良好，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

1.2 數(shù)據(jù)來源和完整性

由于國(guó)家級(jí)臺(tái)站月報(bào)表里20時(shí)至次日08時(shí)不記錄降水的具體時(shí)間，因此無法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)降水的起止時(shí)間。本文統(tǒng)計(jì)的降水起止時(shí)間來自酸雨月報(bào)表，酸雨月報(bào)表里的夜間降水起止時(shí)間是值班員根據(jù)當(dāng)天夜間的氣象要素變化情況、降水自動(dòng)觀測(cè)結(jié)果等多方面因素判斷得出，與實(shí)際情況比較接近。風(fēng)向、風(fēng)速和降水量均取自對(duì)應(yīng)時(shí)段的國(guó)家站數(shù)據(jù)。湖州站的大氣成分?jǐn)?shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為5分鐘，本文中把降水起止時(shí)間最接近的大氣成分?jǐn)?shù)據(jù)作為顆粒物濃度開始和結(jié)束的數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 近4年降水過程前后顆粒物濃度變化情況

本文分析的時(shí)間段為2014年4月至2018年3月，在這期間湖州站一共觀測(cè)到273次降水過程，再結(jié)合降水起止時(shí)段的顆粒物濃度數(shù)據(jù)分析，其中PM10上升了73次，PM2.5上升了82次，PM1上升了85次，至少一種顆粒物濃度指標(biāo)上升的過程共有88次。

2.2 初始濃度對(duì)顆粒物濃度影響效果

將 PM10、PM2.5、PM1 的初始濃度以 50μg/m3和 100μg/m3為界限分成三個(gè)區(qū)域分別分析上升和下降情況，分析結(jié)果如表1所示，三者在不同初始濃度下上升的比例有明顯差異，但總體變化趨勢(shì)一致，均是初始濃度越大，降水之后上升的比例越小，說明降水在高顆粒物濃度情況下“去污”作用越明顯。

表1 不同初始濃度下顆粒物濃度上升情況

2.3 降水強(qiáng)度對(duì)顆粒物濃度影響效果

將每次降水過程的總降水量除以降水的持續(xù)小時(shí)數(shù)，求得這次過程的小時(shí)平均降水量，這個(gè)指標(biāo)有利于分析一次降水過程的平均強(qiáng)度。統(tǒng)計(jì)所有顆粒物濃度上升的降水過程，發(fā)現(xiàn)有68次平均小時(shí)降水量不超過1.0mm，超過1.0mm的只有20次，說明較小的平均小時(shí)雨量會(huì)增大顆粒物濃度上升的概率。

2.4 風(fēng)向風(fēng)速對(duì)顆粒物濃度影響效果

圖1 顆粒物濃度上升的降水過程平均風(fēng)向玫瑰圖

利用湖州站記錄的風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)，將降水時(shí)段內(nèi)的風(fēng)向取平均，在求平均過程中考慮了風(fēng)向“過零”的情況，求得的平均風(fēng)向是真實(shí)的。如圖1，夏半年，顆粒物濃度上升的最多的是西南風(fēng)，冬半年中西北風(fēng)情況下濃度上升情況出現(xiàn)較多，這也可能與北方的污染物隨風(fēng)南移有關(guān)。平均風(fēng)速的分析結(jié)果與風(fēng)向類似，在夏半年，降水過程中的平均風(fēng)速越大，濃度降低越明顯，在冬半年西北風(fēng)的情況下，風(fēng)速與顆粒物濃度下降程度的正比關(guān)系不明顯，較大的風(fēng)速本身“去污”能力較強(qiáng)，但帶來的污染物可能也較多。

2.5 固態(tài)降水對(duì)顆粒物濃度影響效果分析

近4年中湖州站一共有6次固態(tài)降水過程，顆粒物最終濃度上升的有3個(gè)，在降水過程中濃度有過上升變化的有5個(gè)。

圖2 2018年24日至28日降雪過程中顆粒物濃度變化曲線

如圖2為2018年24日至28日降雪過程的變化曲線。24日14時(shí)05分開始降中到大雪，顆粒物濃度有個(gè)短暫的上升，隨后開始下降，到26號(hào)凌晨降雪停止，26號(hào)晚上降雪天氣恢復(fù)，但強(qiáng)度稍弱。顆粒物濃度降雪停止時(shí)在低值區(qū)波動(dòng)，恢復(fù)降雪后開始大幅上升，然后持續(xù)在高位波動(dòng)，直至降雪停止。上述例子說明降水過程中顆粒物濃度上升與降水形態(tài)有很大關(guān)系。

2.6 近4年人工增雨效果分析

2014年4 月至2018年3月湖州共進(jìn)行了20次人工增雨作業(yè)，其中6次顆粒物濃度不降反升。具體分析這6次降水過程，有5次是在12-2月，1次在3月，基本都發(fā)生在冬半年。還有共同點(diǎn)就是起始顆粒物濃度均在50左右，平均小時(shí)降水量都小于0.5mm。綜合以上分析，在湖州地區(qū)人工增雨的效果最好的是春夏兩季，秋冬季節(jié)效果較差。

近幾年湖州及周邊地區(qū)大型活動(dòng)要求的人影保障工作基本都集中在秋季，結(jié)合以上分析，為了更好的控制顆粒物濃度，要求人影作業(yè)在規(guī)模上要擴(kuò)大，要增加作業(yè)隊(duì)伍和用彈量，甚至要升級(jí)作業(yè)設(shè)備，比如大批量使用“燃?xì)馀凇痹O(shè)備，增強(qiáng)對(duì)低空云系的作業(yè)效果，才能達(dá)到有效降低顆粒物濃度的目的。

結(jié)語(yǔ)

（1）以50μg/m3和100μg/m3為界限分成三個(gè)區(qū)域分別分析上升和下降情況，顆粒物濃度初始值越大、降水強(qiáng)度越大的降水過程“去污”效果越明顯。

（2）風(fēng)向風(fēng)速與顆粒物濃度變化也有一定關(guān)系。冬半年的降水過程還要考慮北方污染物的輸送強(qiáng)弱，當(dāng)有固態(tài)降水時(shí)，顆粒物濃度的變化與降水相態(tài)的變化有一定關(guān)系。

（3）我們?cè)谶x擇人工影響天氣作業(yè)時(shí)機(jī)的時(shí)候應(yīng)該參考上述結(jié)論，選擇出適合作業(yè)的天氣過程，制定相應(yīng)的作業(yè)計(jì)劃，重點(diǎn)需要考慮作業(yè)規(guī)模與用彈量，這樣才能將人影作業(yè)在凈化空氣方面的效果最大化。