張穎龍,熊傳芳,李 莉,吳偉超

(嘉興市生態(tài)環(huán)境局, 浙江 嘉興 314000)

1 引言

近年來,隨著城市化進(jìn)程的加快,大氣污染問題顯著,特別是在2013年后,京津冀及周邊地區(qū)大范圍的污染過程頻發(fā)[1],引起了社會(huì)廣泛關(guān)注[2]。京津冀地區(qū)顆粒物污染多發(fā)生于秋冬季,且具有時(shí)間長、范圍廣的特征[3]。細(xì)顆粒物(PM2.5)可以通過呼吸進(jìn)入肺部,對(duì)人體身體健康有較大危害[4，5]。

目前國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)大氣污染天氣已經(jīng)開展了很多研究[6，7],如在氣象變化影響、顆粒物化學(xué)組分、污染時(shí)空分布和區(qū)域乃至長距離的輸送方面,但針對(duì)嘉興污染過程少有分析和報(bào)道。

2021年1月15日晚嘉興遭遇了一次短時(shí)重度的污染天氣過程,浙江省內(nèi)多市都經(jīng)歷了這次污染過程。本研究針對(duì)2021年1月13～17日期間的空氣質(zhì)量情況變化過程,對(duì)天氣形勢、氣象要素和污染變化進(jìn)行分析,以期為嘉興市大氣污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料和方法

本文利用PM2.5、氣象數(shù)據(jù)(溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向)等分析近期污染趨勢及原因,并通過特征雷達(dá)圖分析各小時(shí)污染類型。特征雷達(dá)數(shù)據(jù)計(jì)算公式如下:

(1)

式(1)中:Zij為i時(shí)間第j種污染物歸一化成分譜;cij為i時(shí)間第j種污染物原始質(zhì)量濃度,μg/m3。特定時(shí)間污染物特征值公式為:

(2)

本研究使用hysplit模型對(duì)觀測期間到達(dá)嘉興的氣團(tuán)后向軌跡進(jìn)行了模擬和聚類[8]。聚類分析是根據(jù)氣團(tuán)移動(dòng)速度和方向?qū)Υ罅寇壽E進(jìn)行分組,得到不同的軌跡分類,可以較為直觀地判斷氣團(tuán)的來源地和途徑地以及軌跡來源方向。后向軌跡使用的氣象數(shù)據(jù)由美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心全球資料同化系統(tǒng)(GDAS)提供, 數(shù)據(jù)間隔為6 h,分別為00:00、06:00、12:00和18:00(UTC),下載鏈接為ftp://arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/gdas1。

3 結(jié)論與討論

3.1 天氣形勢及PM2.5變化趨勢

2021年1月13～17日,嘉興市空氣質(zhì)量以良為主,15日開始出現(xiàn)一次重度污染過程,首要污染物為PM2.5(圖1)。本次污染過程可分為3個(gè)階段:1月13～15日17時(shí)為本地本地積累階段,空中為槽前西南暖濕氣流控制,有利于地面減壓增濕,地面由高壓后部轉(zhuǎn)為低壓區(qū)控制,水平和垂直方向大氣擴(kuò)散條件不利,PM2.5濃度緩升,污染物以本地累積為主;1月15日18時(shí)～16日0時(shí)為上游輸送階段,嘉興市風(fēng)速驟增,風(fēng)向驟變,相對(duì)濕度保持高值,PM2.5濃度也隨之驟增,至15日夜間達(dá)到小時(shí)重度污染水平(20時(shí),峰值濃度177 μg/m3),重污染持續(xù)累積4 h;16日1時(shí)～17日為污染清除階段,持續(xù)偏北風(fēng)導(dǎo)致嘉興本地大氣擴(kuò)散條件改善,PM2.5小時(shí)濃度迅速下降,空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)為優(yōu)良,污染過程結(jié)束。

3.2 特征雷達(dá)圖分析

為了充分地利用環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)污染成因進(jìn)行分析,通過數(shù)據(jù)算法得到特征雷達(dá)數(shù)據(jù),對(duì)多種污染物進(jìn)行百分比成分譜化,并除以一定時(shí)期(或一定區(qū)域)的平均值,從而得到標(biāo)準(zhǔn)化特征譜,以消除污染物濃度變化的影響以及不同污染物間濃度值差異的影響。13～15日17時(shí)主要是以偏綜合型為主,15日18時(shí)至16日6時(shí)為偏二次型,16日7時(shí)開始,PM2.5濃度下降明顯,后轉(zhuǎn)為偏粗顆粒型和其它類型等,說明本地污染積累以綜合型為主,傳輸時(shí)二次生成為主(圖2)。

圖1 PM2.5濃度、相對(duì)濕度和風(fēng)向風(fēng)速小時(shí)變化

圖2 特征雷達(dá)圖小時(shí)序列

3.3 后向軌跡

根據(jù)氣流24 h反向軌跡(圖3),前期清潔時(shí)段嘉興市主要受偏西南部方向氣流影響,進(jìn)入污染期間氣團(tuán)由西南向西北回旋,且氣團(tuán)移動(dòng)緩慢,易于污染物累積;加之偏西北方向污染氣團(tuán)影響增大,明顯受上游污染傳輸影響,污染程度進(jìn)一步加重。之后,持續(xù)偏北風(fēng)導(dǎo)致嘉興本地大氣擴(kuò)散條件改善,加之上游污染傳輸結(jié)束,污染濃度出現(xiàn)快速下降。

圖3 污染期間嘉興市24 h后向軌跡

4 結(jié)論

(1)2021年1月13～17日,嘉興市空氣質(zhì)量以良為主,15日出現(xiàn)一次輕度污染過程,20時(shí)達(dá)PM2.5小時(shí)濃度峰值(177 μg/m3),重度污染持續(xù)累積4 h,首要污染物為PM2.5。

(2)從氣象及傳輸條件分析,嘉興經(jīng)歷一次大氣擴(kuò)散條件逐漸轉(zhuǎn)差然后好轉(zhuǎn)改善的天氣過程,前期地面風(fēng)速較小,天氣靜穩(wěn),擴(kuò)散條件極為不利,污染以本地累積為主,后期伴隨偏北方向外來傳輸影響,導(dǎo)致PM2.5濃度進(jìn)一步升高,隨后持續(xù)偏北風(fēng)導(dǎo)致嘉興本地大氣擴(kuò)散條件改善,加之上游污染傳輸結(jié)束,污染濃度出現(xiàn)快速下降。

(3)嘉興市本地積累階段以偏綜合型為主,上游輸送階段為偏二次型,消散階段PM2.5濃度下降明顯,轉(zhuǎn)為偏粗顆粒型和其它類型等,說明本地污染積累以綜合型為主,傳輸時(shí)以二次生成為主。