齊海超,周長明,魏 帥,楊 頔
(1.黑龍江省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心,黑龍江 哈爾濱150030;2.黑龍江省龍?zhí)旆览卓萍加邢薰荆邶埥?哈爾濱150030)
近年來,空氣污染成為人民生活日益關(guān)注的話題,雖然“大氣十條”等政策的實(shí)施有效降低了顆粒污染物濃度,重污染天數(shù)顯著降低,但是環(huán)境形勢依然嚴(yán)峻。隨著中國空氣質(zhì)量不斷惡化,國內(nèi)外有關(guān)霾污染方面的研究有很多,有關(guān)霾發(fā)生的致災(zāi)因子相關(guān)研究主要集中在兩方面[1-2]:一方面是根據(jù)霾的定義分析,霾是由于氣溶膠增多或相對濕度增大引起氣溶膠吸濕增長而導(dǎo)致的能見度降低的現(xiàn)象,以能見度和相對濕度來分辨霾的方法,另一方面是根據(jù)空氣質(zhì)量指數(shù)的高低判斷霾天氣發(fā)生的嚴(yán)重程度,并通過與地面氣象要素的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)分析。
綜上所述,不同的學(xué)者采用不同的污染物作為研究對象來研究空氣污染的時空變化特征。然而,空氣質(zhì)量狀況不能由大氣污染物(如:PM2.5、SO2和NO2等)全面衡量??諝赓|(zhì)量預(yù)報(bào)應(yīng)該基于氣象基礎(chǔ)信息,再疊加污染物排放情況,進(jìn)行綜合預(yù)測。目前,環(huán)保部門主要用空氣質(zhì)量指數(shù)AQI值作為界定污染程度的參數(shù),氣象部門主要用霾預(yù)警信號發(fā)布大氣污染預(yù)警,兩者并沒有發(fā)布空氣污染統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),通過開展發(fā)布空氣污染預(yù)警的不同參數(shù)間相關(guān)性基礎(chǔ)研究,有助于建立調(diào)控空氣污染級別方案。
哈爾濱市空氣質(zhì)量指數(shù)數(shù)據(jù)來源于環(huán)保部中國環(huán)境監(jiān)測總站發(fā)布的環(huán)境數(shù)據(jù),主要選取哈爾濱市12個監(jiān)測站點(diǎn)(見表1)六種主要污染物細(xì)顆粒物(PM2.5)、可吸入顆粒物(PM10)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、臭氧(O3)及AQI每個監(jiān)測站點(diǎn)每小時濃度的數(shù)值。
表1 哈爾濱市監(jiān)測點(diǎn)分布表
能見度及相對濕度數(shù)據(jù)來自于2015-2017年哈爾濱氣象自動站 (國家一般氣象站)1-12月全年逐小時資料。
針對環(huán)保與氣象部門發(fā)布空氣污染預(yù)警的不同參數(shù)進(jìn)行相關(guān)關(guān)系分析,選取哈爾濱市2015-2017年監(jiān)測總站觀測的空氣質(zhì)量指數(shù)以及同期觀測的相對濕度和能見度日均數(shù)據(jù),并通過繪制折線圖進(jìn)行對比分析空氣質(zhì)量指數(shù)與能見度、相對濕度之間的關(guān)系。
綜合能見度、相對濕度及AQI值變化相關(guān)擬定濕環(huán)境及干環(huán)境定義指標(biāo)[3],通過不同干濕環(huán)境下能見度與AQI值的相關(guān)關(guān)系,找到不同空氣質(zhì)量指數(shù)區(qū)間段AQI值變化對應(yīng)的能見度變化趨勢,根據(jù)降低調(diào)節(jié)大氣污染物濃度分等級提高大氣能見度,從而演變?yōu)檎烙卫砜諝馕廴緯r制定調(diào)控政策的依據(jù)。
空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)是以空氣中污染物對人體造成的危害為基礎(chǔ)的空氣質(zhì)量評價體系,定量描述空氣質(zhì)量狀況的無量綱指數(shù)。其定義為主要空氣污染物的濃度及污染物所對應(yīng)的空氣質(zhì)量分指數(shù)IAQI中的最大值,AQI值越大,說明空氣質(zhì)量越差,污染越嚴(yán)重。即:
本節(jié)通過統(tǒng)計(jì)分析2017年AQI及六種污染物濃度的月均值,進(jìn)行相關(guān)分析,綜合得到哈爾濱市首要污染物規(guī)律如表2,可以看出經(jīng)過月平均計(jì)算,哈爾濱市的首要污染物是可吸入顆粒物。但選取2017年AQI及六種污染物濃度的日均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì),PM2.5占首要污染物93.3%,PM10占首要污染物4.8%,SO2占首要污染物1.1%,NO2占首要污染物0.8%,由此可以說明PM2.5并不是唯一首要污染物。
表2 2017年月平均空氣質(zhì)量情況表
大氣能見度與空氣中水分子含量、顆粒物等有較大關(guān)系。圖3顯示在不同相對濕度下大氣能見度及AQI值變化曲線圖。由圖3可知,大氣能見度隨著相對濕度的升高而呈線性下降趨勢,相關(guān)系數(shù)為0.996。平均大氣能見度在相對濕度低于20%時約18km,相對濕度在20%-79%之間,隨著相對濕度的升高,AQI值總趨勢是增長趨勢,而相對濕度大于79%時平均大氣能見度<4 m,大氣能見度與AQI值的相關(guān)性最強(qiáng)。綜合以上分析,在相對濕度小于40%時,大氣能見度主要受AQI值變化影響;在相對濕度大于80%時,大氣中水汽含量增加,能見度不斷下降,空氣中懸浮的顆粒物吸收大氣中水汽從而進(jìn)一步降低大氣能見度。
圖3 不同相對濕度下大氣能見度及AQI值變化曲線圖
根據(jù)干濕環(huán)境定義指標(biāo),通過不同干濕環(huán)境下能見度與AQI值的相關(guān)關(guān)系,分析得到:當(dāng)濕環(huán)境(RH>80%)時,能見度隨濕度升高成線性遞減,相對濕度每升高1%,哈爾濱平均能見度降低1.5km。而干情景下(RH<40%),能見度迅速降低的關(guān)鍵因素是AQI值升高,AQI值在0-100區(qū)間段,AQI值每升高10,哈爾濱平均能見度減低0.2km,AQI值在101-200區(qū)間段,AQI值每升高10,哈爾濱平均能見度減低0.3km,AQI值在201-300區(qū)間段,AQI值每升高10,哈爾濱平均能見度減低0.6km,AQI值在300以上,AQI值每升高10,哈爾濱平均能見度減低1.1km。
本文的分析和討論主要利用了2015-2017年監(jiān)測總站觀測哈爾濱市12個監(jiān)測站點(diǎn)的空氣質(zhì)量指數(shù)以及同期觀測的相對濕度和能見度日均數(shù)據(jù),對比分析空氣質(zhì)量指數(shù)與能見度、相對濕度之間的關(guān)系,結(jié)論如下:
(1)哈爾濱市的首要污染物是可吸入顆粒物,但PM2.5并不是唯一首要污染物。
(2)大氣能見度受空氣中水汽含量及顆粒物濃度雙重影響。
(3)通過控制不同濕度條件下,AQI值的升降,從而提升大氣能見度,主要是干環(huán)境(RH<40%)下,不同AQI值區(qū)間段,AQI值每升高10,哈爾濱市平均能見度降低0.2-1.1km。
根據(jù)以上結(jié)論,可以通過降低調(diào)節(jié)大氣污染物濃度分等級提高大氣能見度,從而演變?yōu)榉烙卫砜諝馕廴緯r制定調(diào)控政策的依據(jù)。