高媛 龔曉麗 侯興祥
摘? ?要:本文利用環(huán)境監(jiān)測(cè)資料和常規(guī)氣象資料,分析2018年5月25~26日的青銅峽市一次大風(fēng)揚(yáng)沙天氣過(guò)程中PM2.5和PM10的變化特征。分析風(fēng)前、風(fēng)中、風(fēng)后3個(gè)階段PM10和PM2.5的平均濃度變化規(guī)律,可以得出風(fēng)對(duì)顆粒物具有擴(kuò)散稀釋作用,但是不同粒徑的顆粒物在大風(fēng)前后的變化率不同。根據(jù)PM2.5濃度和風(fēng)速的相關(guān)性分析中,風(fēng)速與PM2.5濃度呈正相關(guān)。通過(guò)分析大風(fēng)過(guò)境期間大氣顆粒物的變化規(guī)律,為未來(lái)空氣污染預(yù)報(bào)預(yù)警提供了參考意義。
關(guān)鍵詞:風(fēng)速? 顆粒物? 相關(guān)性
1? 引言
寧夏回族自治區(qū)青銅峽市大風(fēng)過(guò)境天氣出現(xiàn)頻繁,容易形成揚(yáng)沙天氣給公眾生產(chǎn)生活帶來(lái)不利影響。因此有越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始研究沙塵天氣[1]。沙塵天氣分為浮沉、揚(yáng)沙、沙塵暴和強(qiáng)沙塵暴4類,由于沙塵暴和強(qiáng)沙塵暴天氣特征明顯,造成的危害也更大[2],所以國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)沙塵的研究主要集中在沙塵暴和強(qiáng)沙塵暴兩種,對(duì)揚(yáng)沙或浮沉天氣研究較少[3-4]。2018年5月25~26日,青銅峽市出現(xiàn)了今年強(qiáng)度最大的大風(fēng)揚(yáng)沙天氣。本文基于這次大風(fēng)揚(yáng)沙過(guò)程,分析大氣顆粒物濃度隨風(fēng)速發(fā)生過(guò)程的變化特征,所得結(jié)論對(duì)今后根據(jù)風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)空氣質(zhì)量具有重要的借鑒作用。
2? 資料和方法
本文采用2018年5月25~26日期間青銅峽市國(guó)家氣象觀測(cè)站常規(guī)觀測(cè)資料,包括能見(jiàn)度、風(fēng)速、平均氣溫和相對(duì)濕度,時(shí)間分辨率為1min;顆粒物濃度資料取自青銅峽市生態(tài)環(huán)境局大氣成分監(jiān)測(cè)站資料,監(jiān)測(cè)站位于生態(tài)環(huán)境局大樓樓頂,樓頂距離地面高度約20m,顆粒物濃度時(shí)間分辨率為5min。
3? 空氣污染氣象條件分析
2018年5月25日6:00~26日21:00,青銅峽市區(qū)天氣狀況為多云,無(wú)降水。其中25日14:00~26日13:00,風(fēng)向穩(wěn)定為西北風(fēng),風(fēng)速均值在2.5m/s以上,該階段定義為風(fēng)中階段;風(fēng)中階段往前推8h,即25日06:00~13:00,定義為風(fēng)前階段;風(fēng)中階段往后延遲8h,即26日14:00~21:00定義為風(fēng)后階段。
根據(jù)青銅峽市青秀園監(jiān)測(cè)站點(diǎn)同步監(jiān)測(cè)到的風(fēng)速、溫度、能見(jiàn)度和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1)可以粗略看出,風(fēng)中平均氣溫和能見(jiàn)度較其他兩個(gè)階段減小,相對(duì)濕度增大。
氣象要素是大氣污染物地面濃度分布的主要影響因子之一[5],污染物濃度變化和氣象要素的變化有關(guān)[6]。以PM2.5為代表,選取平均風(fēng)速參量進(jìn)行相關(guān)分析,相關(guān)分析見(jiàn)圖1。從擬合函數(shù)可以看出風(fēng)速對(duì)PM2.5質(zhì)量濃度有明顯相關(guān)性,另外Li[7]等和Zhang[8]等人的研究結(jié)果也表明顆粒物濃度受氣象條件影響。
如圖1所示,隨著日平均風(fēng)速的降低,PM2.5濃度呈上升趨勢(shì)。這是因?yàn)轱L(fēng)對(duì)PM2.5的水平擴(kuò)散有著很大的影響,風(fēng)速越大越可以有效輸送擴(kuò)散PM2.5。
4? 風(fēng)前、風(fēng)中、風(fēng)后階段大氣顆粒物平均濃度變化
PM2.5、PM10濃度在三個(gè)階段的變化情況如表2。
由表2可知,PM2.5和PM10均表現(xiàn)為大風(fēng)過(guò)程前和大風(fēng)過(guò)程后濃度較高,大風(fēng)過(guò)程中濃度較低,因?yàn)榇箫L(fēng)過(guò)程中風(fēng)速較大,空氣污染物擴(kuò)散條件較好,使得顆粒物隨風(fēng)遷移到下風(fēng)方向,本地顆粒物濃度降低。
由于顆粒物粒徑不同,PM2.5屬于細(xì)粒子,PM10粒徑相對(duì)較大,在大風(fēng)過(guò)程中地面上的灰塵、沙粒等粗粒子會(huì)被卷積到空氣中,所以相比PM2.5,PM10在大風(fēng)過(guò)程中的變化率稍低。PM2.5由于質(zhì)量較小,不容易在風(fēng)后迅速沉降,所以風(fēng)后濃度仍迅速增大;PM10質(zhì)量較大,相比起來(lái)容易沉降,所以在風(fēng)后濃度增長(zhǎng)較慢。
5? 結(jié)語(yǔ)
在沒(méi)有降水的大風(fēng)天氣過(guò)程中,通過(guò)分析大風(fēng)期間風(fēng)速與PM2.5濃度的關(guān)系,可以得出風(fēng)對(duì)PM2.5的水平擴(kuò)散有著很大的影響,風(fēng)速越大越可以有效輸送擴(kuò)散PM2.5,致使PM2.5濃度下降。
通過(guò)分析大氣污染物監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)和風(fēng)速數(shù)據(jù)可以看出:大風(fēng)可以有效降低顆粒物濃度,但是不同粒徑的顆粒物在風(fēng)前、風(fēng)中、風(fēng)后的變化率并不相同。由于大風(fēng)過(guò)程中地面上的灰塵、沙粒等粗粒子會(huì)被卷積到空氣中,所以PM10變化率稍低于PM2.5;風(fēng)后PM2.5由于質(zhì)量較小,不容易迅速沉降,而PM10質(zhì)量較大,相比起來(lái)沉降速度更快,所以PM10在風(fēng)后濃度增長(zhǎng)低于PM2.5。
上述結(jié)果可以對(duì)大風(fēng)天氣過(guò)程期間空氣污染條件的模式預(yù)報(bào)預(yù)警有借鑒參考意義[9],有利于預(yù)判大風(fēng)過(guò)程期間的污染物濃度變化,對(duì)空氣污染的防治具有一定的參考價(jià)值。
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科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)2020年3期