羅金芳 魏杰平 吳君濤 鄧凱
摘要 利用 2015—2017年春節(jié)逐時的孝感、武漢、隨州環(huán)境監(jiān)測站空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù),孝感市地面氣象觀測站日、時氣象要素,地面天氣圖、高空天氣圖及武漢探空數(shù)據(jù)。孝感春節(jié)期間氣壓、氣溫的變化對空氣質(zhì)量的影響不是很顯著,中層的逆溫對污染物的擴散影響不明顯;近地層的逆溫如果是由中層暖濕氣流和低層降水共同影響造成的,降水對空氣污染物的清除作用更顯著;近地層的逆溫如果是由于晴空輻射造成的,逆溫將極不利于空氣污染物的稀釋、擴散和清除。
關(guān)鍵詞 春節(jié)空氣質(zhì)量;SO2;相對濕度;風(fēng)向風(fēng)速;降水;逆溫
中圖分類號:X51 文獻標(biāo)識碼:B 文章編號:2095–3305(2021)04–0071–03
分析2015—2017年春節(jié)期間孝感及周邊城市空氣質(zhì)量發(fā)現(xiàn),除夕日上午10:00開始可能會出現(xiàn)空氣污染第一峰值,初一02:00開始陸續(xù)出現(xiàn)第二階段的高峰期。這兩個階段的空氣污染可能與大量燃放煙花爆竹有密切的關(guān)系。SO2是鞭炮燃燒的主要污染物之一,SO2的劇增對鞭炮燃放有一定的指示作用。春節(jié)期間的主要污染物是PM10、PM2.5、SO2[1-3]。
2015—2017年春節(jié)期間,嚴(yán)重污染、重度污染、中度污染時相對濕度變化小,天氣少變。嚴(yán)重污染時地面水平風(fēng)速較小,為1~2級;重度污染、中度污染、輕度污染時,風(fēng)速均以2級為主;空氣質(zhì)量為良時,風(fēng)速以3級為主,風(fēng)速越大,代表空氣流動性越強,即大氣擴散條件越好。春節(jié)期間持續(xù)明顯的降水對污染物的清除有較好的作用。良好的空氣質(zhì)量基礎(chǔ)加上有利的擴散條件,空氣質(zhì)量可以達到良,而在春節(jié)期間不利的擴散條件,空氣質(zhì)量可以達到嚴(yán)重污染。
1 結(jié)果與分析
1.1 空氣質(zhì)量的時空分布特征
空氣質(zhì)量指數(shù)(Air Quality Index,AQI)是定量描述空氣質(zhì)量狀況的無量綱指數(shù),參與空氣質(zhì)量評價的主要污染物為PM10、PM2.5、SO2、NO2、O3、CO這6項。本文主要分析春節(jié)期間AQI、PM10、PM2.5、SO2等的變化。
2015—2017年春節(jié)期間武漢城區(qū)禁鞭,2016—2017年春節(jié)期間隨州城區(qū)禁鞭,2017年春節(jié)期間孝感城區(qū)禁鞭。
對2015—2017年春節(jié)期間除夕、初一、初二這3天AQI等進行分析,并將其與孝感西北方的隨州、東南方的武漢AQI進行對比分析。
2015年除夕至初二,3個城市AQI為雙峰形態(tài)分布,除夕10:00隨州達到第一個峰值,為嚴(yán)重污染;孝感、武漢分別在12:00、14:00達到峰值,為重度污染、中度污染。初一02:00隨州出現(xiàn)第二峰值,為嚴(yán)重污染;孝感、武漢延遲兩小時,即04:00、06:00出現(xiàn)第二峰值,為重度污染、中度污染;初二3個城市AQI均呈波動下降的趨勢,并下降至良的等級。
2016年除夕,隨州城區(qū)禁鞭AQI仍在10:00出現(xiàn)第一峰值,為重度污染,孝感、武漢為良。分析湖北及周邊省市AQI發(fā)現(xiàn),空氣質(zhì)量以良為主,說明湖北空氣污染擴散條件總體上較有利于污染物稀釋、擴散。初一01:00隨州嚴(yán)重污染,02:00AQI爆表,持續(xù)4 h;02:00孝感AQI爆表,持續(xù)3 h;武漢08:00達到嚴(yán)重污染。武漢、孝感、隨州分別于12:00、13:00、15:00下降為重度污染。之后3個城市AQI呈波動下降的趨勢。武漢、孝感、隨州達到嚴(yán)重污染時段,荊門為輕度到中度污染。
2017年除夕隨州、孝感、武漢分別在10:00、13:00、13:00出現(xiàn)第一峰值,均為重度污染,在初一05:00~09:00出現(xiàn)第二峰值,之后呈多峰形態(tài)分布。與2015年、2016年不同的是,初二呈波動上升而不是波動下降的趨勢。
分析2015—2017年春節(jié)期間空氣質(zhì)量發(fā)現(xiàn),除夕10:00開始可能會出現(xiàn)第一峰值(2016年除夕除外),初一02:00開始會陸續(xù)出現(xiàn)第二階段的空氣污染高峰期。這兩個階段的空氣污染可能與大量燃放煙花爆竹有密切的關(guān)系(圖1)。
分析2015—2017年春節(jié)期間SO2發(fā)現(xiàn),2015年、2016年春節(jié)孝感城區(qū)沒有禁鞭,孝感SO2濃度在初一00:00以后都出現(xiàn)了劇增,SO2劇增較PM2.5、PM10陡升提前1~2 h。2017年孝感城區(qū)實施禁鞭,孝感SO2濃度在初一00:00也出現(xiàn)了增長,增長幅度沒有前兩年劇烈。隨州2015年春節(jié)城區(qū)沒有禁鞭,SO2濃度在初一00:00以后出現(xiàn)了劇增,2016年、2017年實行了城區(qū)禁鞭,SO2濃度在初一00:00以后有增長,但增長幅度不劇烈。SO2是鞭炮燃燒的主要污染物之一,SO2的劇增對鞭炮燃放有一定的指示作用。除夕10:00以后的孝感SO2變化沒有初一00:00以后的SO2變化顯著。
2015年春節(jié)期間孝感AQI與PM2.5、PM10變化趨勢一致,CO、NO2、O3在春節(jié)期間變幅不大,說明春節(jié)期間的主要污染物是PM10、PM2.5、SO2。
1.2 天氣形勢分析
2015年春節(jié)期間高空由脊前轉(zhuǎn)受低槽影響,地面由偏東路強冷空氣影響轉(zhuǎn)受地面倒槽影響,天氣由陰轉(zhuǎn)為持續(xù)小雨。2016年春節(jié)期間高空受東亞大槽后西北氣流控制,地面氣壓場由西高東低轉(zhuǎn)變?yōu)槟细弑钡停鞖馇缋省?017年春節(jié)期間天氣形勢與2015年春節(jié)期間相似,高空由沿海槽后轉(zhuǎn)受南支槽影響,地面由偏東路弱冷空氣影響轉(zhuǎn)為受地面倒槽影響,天氣由陰轉(zhuǎn)零星小雨。
2016年初一02:00,孝感AQI短時間內(nèi)由良劇增為爆表,高空 500、700、850 hPa的天氣形勢和配置沒有發(fā)生變化,地面氣壓場由西高東低轉(zhuǎn)變?yōu)榱四细弑钡?,近地層氣象要素出現(xiàn)了變化,變化最顯著的是氣溫的下降。
1.3 影響AQI的主要氣象因子分析
1.3.1 相對濕度 分析2015—2017年春節(jié)期間空氣質(zhì)量與相對濕度發(fā)現(xiàn),嚴(yán)重污染、重度污染、中度污染時空氣相對濕度變化范圍略小,表明天氣變化小,空氣質(zhì)量為輕度污染和良時的空氣相對濕度變化范圍更廣,從27%~95%均可出現(xiàn)。重度污染、中度污染時,相對濕度位于50%~70%的比例占65%左右;輕度污染時,相對濕度分布在50%~80%更廣泛,約65%;空氣質(zhì)量為良時,相對濕度大于80%的比例占66%。
1.3.2 風(fēng)向和風(fēng)速 2015—2017年春節(jié)期間,嚴(yán)重污染時,風(fēng)向以偏E風(fēng)為主,同時也出現(xiàn)了WSW風(fēng),風(fēng)速為1~2級;重度污染時主要以NNE、ESE風(fēng)為主,風(fēng)速以2級為主,其次為3級、1級;中度污染時NNE、ENE、ESE風(fēng)出現(xiàn)頻率較高,風(fēng)速以2級為主,其次為1級、3級;輕度污染時N、NNE風(fēng)出現(xiàn)頻率較高,風(fēng)速以2級為主,其次為1級、3級;空氣質(zhì)量為良時NNE、N風(fēng)出現(xiàn)頻率較高,S風(fēng)次之,風(fēng)速以3級為主,其次為2級、1級。
分析2015—2017年春節(jié)期間空氣質(zhì)量與風(fēng)速發(fā)現(xiàn),嚴(yán)重污染時水平風(fēng)速較小,為1~2級;重度污染、中度污染、輕度污染時,風(fēng)速均以2級為主;空氣質(zhì)量為良時,風(fēng)速以3級為主。風(fēng)速越大,代表空氣流動性越強,即大氣水平擴散條件越好,越有利于大氣中污染物的稀釋、擴散,對空氣質(zhì)量的改變作用明顯。
1.3.3 降水 2015—2017年春節(jié),嚴(yán)重污染、重度污染、中度污染時,無降水;輕度污染時,基本無降水,僅個別時次有弱降水,為降水的初始階段,污染物濃度開始下降;空氣質(zhì)量為良時,部分時次出現(xiàn)了降水。表明春節(jié)期間持續(xù)的明顯降水對污染物的清除有較好的作用。
1.3.4 氣壓和氣溫 2015—2017年春節(jié),嚴(yán)重污染時,海平面氣壓為1 020 hPa左右;重度污染時,海平面氣壓為1 012~1 026 hPa;中度污染、輕度污染、空氣質(zhì)量為良時,海平面氣壓范圍與重度污染時范圍基本一致。
對于2015—2017年春節(jié)期間,各等級污染狀況所對應(yīng)的氣溫變化范圍也較為一致,表明春節(jié)期間氣壓、氣溫的變化對空氣質(zhì)量的影響不是很顯著。
1.3.5 探空逆溫分析 2015年春節(jié)期間高空由干-濕-干結(jié)構(gòu),依次轉(zhuǎn)變?yōu)樯细上聺?、整層為濕層的結(jié)構(gòu)。除夕08:00有多層逆溫,初一08:00開始中層西南暖濕氣流加強,中層增溫增濕,20:00濕度層結(jié)表現(xiàn)為上干下濕,地面受冷空氣和降水影響,接近飽和,同時近地層逆溫達最強階段,約10℃的逆溫。強逆溫出現(xiàn)時段,由于降水對空氣污染物的清除作用較明顯,地面風(fēng)速加大對空氣污染物的水平擴散也有一定的作用,此時孝感的空氣質(zhì)量為良,并持續(xù)至初一。
2016年除夕,08:00有多層逆溫,近地層逆溫約5℃,除夕白天為晴天,近地層升溫,逆溫消失;除夕為西路強冷空氣過境后,我國大部空氣質(zhì)量為良,良好的空氣質(zhì)量基礎(chǔ),較好的擴散條件,使孝感空氣質(zhì)量保持良。除夕夜間至春節(jié)早晨受到晴空輻射影響,近地層出現(xiàn)了強逆溫,至初一08:00,近地層最強逆溫約10℃。初一02:00~12:00達到了嚴(yán)重污染,嚴(yán)重污染時,地面氣壓場為南高北低,孝感為偏東風(fēng)或偏西風(fēng),風(fēng)力微弱,污染物水平擴散有限,污染物的累積與本地及附近的排放及近地層的強逆溫關(guān)系密切。隨著初一白天的太陽輻射,近地層逆溫減弱,污染物濃度下降。但當(dāng)夜間來臨時污染物濃度又有所上升。
2017年春節(jié)期間孝感空氣質(zhì)量在輕度污染到重度污染之間波動變化,與2015年春節(jié)的變化有相似之處,且兩年初一08:00的探空圖的濕度分布、近地層的逆溫強度都極為相似,不同的是,2017年初一的中層還有一較強的逆溫層,高度約4 000 m左右。霾主要集中在近地層,2017年中層的逆溫層對春節(jié)期間的污染物擴散沒明顯影響。
2 結(jié)論
(1)分析2015—2017年春節(jié)期間空氣質(zhì)量發(fā)現(xiàn),除夕上午10:00開始可能會出現(xiàn)第一峰值,初一02:00開始會陸續(xù)出現(xiàn)第二階段的空氣污染高峰期。這兩個階段的空氣污染可能與大量燃放煙花爆竹有密切的關(guān)系。
(2)春節(jié)期間的主要污染物是PM10、PM2.5、SO2。SO2是鞭炮燃燒的主要污染物之一,SO2的劇增對鞭炮燃放有一定的指示作用。
(3)嚴(yán)重污染、重度污染、中度污染時空氣相對濕度變化小,空氣質(zhì)量為輕度污染和良時的空氣相對濕度變化范圍廣,從27%~95%均可出現(xiàn)。
(4)嚴(yán)重污染時水平風(fēng)速較小,為1~2級;重度污染、中度污染、輕度污染時,風(fēng)速均以2級為主;空氣質(zhì)量為良時,風(fēng)速以3級風(fēng)為主。污染嚴(yán)重時天氣少變,相對濕度和風(fēng)速變化均較小。
(5)春節(jié)期間持續(xù)明顯的降水對污染物的清除有較好的作用。
(6)春節(jié)期間氣壓、氣溫的變化對空氣質(zhì)量的影響不是很顯著。
(7)中層的逆溫對污染物的擴散影響不明顯;近地層的逆溫如果是由中層暖濕氣流和低層降水共同影響造成的,降水對空氣污染物的清除作用更顯著;近地層的逆溫如果是由于晴空輻射造成的,逆溫將極不利于空氣污染物的稀釋、擴散和清除。
參考文獻
[1] 李小飛,張明軍,王圣杰,等.中國空氣污染指數(shù)變化特征及影響因素分析[J].環(huán)境科學(xué),2012,33(6):1936-1943.
[2] 吳兌.近十年中國灰霾天氣研究綜述[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2012,32(2):257-269.
[3] 張瑩,賈旭偉,楊旭,等.中國典型代表城市空氣污染特征及其與氣象參數(shù)的關(guān)系[J].氣象與環(huán)境學(xué)報,2017,33(2):70-79.
責(zé)任編輯:黃艷飛