張 昊 張佳意 馮景瑜 徐昌龍

（延邊朝鮮族自治州氣象局，吉林延吉 133000）

1 引言

隨著國(guó)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快以及民用汽車保有量的逐年增加，城市空氣質(zhì)量日益惡化[1]。研究表明，嚴(yán)重的空氣污染現(xiàn)象不僅影響大氣能見度，為人們的出行帶來(lái)不便，對(duì)人類呼吸系統(tǒng)、心腦血管系統(tǒng)疾病也有極大的影響[2-3]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)各地區(qū)環(huán)境空氣污染變化特征以及和氣象要素的關(guān)系等方面開展了大量研究工作[4-6]。張寶貴等[7]重點(diǎn)研究了秦皇島市空氣污染與氣象要素的關(guān)系；張存厚等[8]發(fā)現(xiàn)呼和浩特冬季AQI與氣象因素存在顯著的相關(guān)性；肖建能等[9]發(fā)現(xiàn)影響廈門市AQI的主要?dú)庀笠蛩貫闅鉁睾蜌鈮骸?/p>

吉林省中部地區(qū)地處東北平原，屬溫帶季風(fēng)氣候，冬季漫長(zhǎng)寒冷。下墊面易冷卻形成逆溫層，為污染天氣的形成提供了有利的氣象條件。加之東北地區(qū)重工業(yè)城市發(fā)展粗放，人口密集，污染物排放量激增，使城市大氣污染天數(shù)增多。

2 資料與方法

大氣污染監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的長(zhǎng)春、吉林、遼源2017—2019年的逐日大氣污染監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；氣象數(shù)據(jù)為2017—2019年逐日高空、地面氣象觀測(cè)資料。運(yùn)用SPSS22.0、Origin 2019、Excel2019等軟件統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，對(duì)以上3個(gè)城市2017—2019年的空氣質(zhì)量指數(shù)（Air Quality Index，以下簡(jiǎn)稱AQI）時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。歸納總結(jié)出利于污染天氣出現(xiàn)的高空和地面天氣形勢(shì)，并計(jì)算AQI與同期各氣象要素的相關(guān)性，探討空氣質(zhì)量與氣象要素之間的關(guān)系，從而對(duì)吉林省中部地區(qū)的空氣污染氣象成因進(jìn)行研究。AQI等級(jí)劃分依照《環(huán)境空氣指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定》（HJ633-2012）。

3 AQI時(shí)空分布特征

3.1 AQI月均變化特征

根據(jù)2017—2019年吉林省中部地區(qū)長(zhǎng)春市、吉林市、遼源市3個(gè)城市的月平均AQI變化趨勢(shì)（圖1）可以看出，3個(gè)城市的AQI月變化趨勢(shì)基本一致，1月是AQI最高的月份；其次為2月、3月和12月；8月和9月AQI最低。從10月采暖期開始后，AQI明顯升高，氣溫最低的12月和1月最高。從氣象角度看，春季風(fēng)速較大，AQI開始降低；進(jìn)入夏季，氣溫升高，降水增多，受雨水的濕沉降作用，直至9月，AQI一直保持較低的水平。

圖1 2017—2019年長(zhǎng)春（a）、吉林（b）、遼源（c）AQI月變化

3.2 空氣質(zhì)量級(jí)別分布特征

根據(jù)中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部第三次修訂的 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012），對(duì)2017—2019年吉林省中部3個(gè)城市的空氣質(zhì)量指數(shù)類別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如表1。

表1 吉林省中部3個(gè)城市空氣質(zhì)量類別統(tǒng)計(jì) d

通過(guò)對(duì)比3個(gè)城市污染天數(shù)可以看出，吉林市污染天數(shù)最多，3年共出現(xiàn)196d，污染天數(shù)占比為17.9%；長(zhǎng)春和遼源相差不大，分別為178d和177d，占比分別為16.3%和16.2%。重度污染及嚴(yán)重污染天數(shù)從多到少依次為吉林、長(zhǎng)春、遼源，3年共出現(xiàn)重度以上污染分別為28d、18d和10d。整體來(lái)看，遼源空氣質(zhì)量明顯優(yōu)于長(zhǎng)春和吉林。

3.3 空氣污染季節(jié)變化特征

從2017—2019年吉林省中部地區(qū)各季節(jié)空氣質(zhì)量等級(jí)分布情況（表2）可以看出，長(zhǎng)春、吉林、遼源2017—2019年空氣污染日數(shù)季節(jié)分布均表現(xiàn)為冬季＞春季＞夏季＞秋季。長(zhǎng)春、吉林、遼源夏季和秋季空氣質(zhì)量最好，空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良等級(jí)日數(shù)占比均在90%以上。3個(gè)城市春季的空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良等級(jí)日數(shù)與夏季、秋季相比有所減少，優(yōu)良等級(jí)日數(shù)占比在75%～85%；冬季的空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良等級(jí)日數(shù)占比在70%左右，重度污染等級(jí)以上污染日數(shù)要明顯多于其他季節(jié)，特別是長(zhǎng)春和吉林，2017—2019年冬季重度污染等級(jí)以上污染日數(shù)占重度以上等級(jí)污染總?cè)諗?shù)的63.2%和73.1%。

表2 吉林省中部3個(gè)城市2017—2019年四季空氣質(zhì)量統(tǒng)計(jì) d

從吉林省氣候特征來(lái)看，夏季是全年降水量最多的季節(jié)，雨水對(duì)大氣污染物的沖刷作用可明顯降低污染物濃度，提升空氣質(zhì)量。而且夏季無(wú)需采暖，所以污染物排放量較冬季大大減少。進(jìn)入采暖期后，空氣污染物濃度迅速增加，加之冬季降水量最少，對(duì)污染物的清潔作用最小。同時(shí)冬季大氣層結(jié)相對(duì)穩(wěn)定，逆溫現(xiàn)象較多，在一定程度上抑制了污染物的擴(kuò)散。

4 AQI與氣象要素的關(guān)系

4.1 天氣形勢(shì)對(duì)空氣質(zhì)量的影響

利用2017—2019年逐日高空天氣形勢(shì)資料和08時(shí)、20時(shí)地面天氣形勢(shì)資料，統(tǒng)計(jì)分析了不同高空、地面天氣形勢(shì)對(duì)吉林省中部地區(qū)空氣質(zhì)量的影響（表3），結(jié)果表明，當(dāng)吉林省上空500 hPa受高壓脊、平直西風(fēng)帶、高空槽后部這3類天氣形勢(shì)控制，地面受高壓、均壓場(chǎng)、低壓前部3類天氣形勢(shì)控制時(shí)，吉林省中部地區(qū)的空氣質(zhì)量明顯偏差。

表3 2017—2019年吉林省中部地區(qū)污染天氣高空和地面天氣形勢(shì)類型

由2017—2019年吉林省中部地區(qū)污染天氣高空和地面形勢(shì)可知，在有利的大尺度天氣背景下，當(dāng)風(fēng)力極小、逆溫較強(qiáng)、相對(duì)濕度較高時(shí)，出現(xiàn)污染天氣的可能性極高。其天氣形勢(shì)特點(diǎn)為：海平面氣壓場(chǎng)較弱，底層風(fēng)速小且溫度低，大氣層結(jié)相對(duì)穩(wěn)定，容易出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象，不利于空氣污染物的稀釋、擴(kuò)散和清除。在大氣污染物排放量高、污染物排放源復(fù)雜的情況下，大尺度高空天氣形勢(shì)和地面天氣形勢(shì)成為形成持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣和污染程度高的空氣重污過(guò)程的主要驅(qū)動(dòng)因素。

4.2 AQI與氣象要素的相關(guān)性分析

根據(jù)長(zhǎng)春市AQI與氣象要素的相關(guān)性分析可以看出，AQI與日平均氣壓的關(guān)系受季節(jié)影響比較明顯，夏季日平均氣壓與AQI呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這是因?yàn)橄募居炅砍渑?，氣壓偏低，氣溫偏高且?duì)流活動(dòng)旺盛，有利于空氣污染物的擴(kuò)散；而秋季平均氣壓與AQI呈顯著正相關(guān)關(guān)系，是因?yàn)檫M(jìn)入到秋季，氣壓逐漸升高，氣溫逐漸降低，且雨量驟減，空氣污染物易聚集，引起污染天氣的發(fā)生。

冬季日平均氣溫與AQI呈顯著正相關(guān)關(guān)系，這與冬季氣溫低、大氣層結(jié)相對(duì)穩(wěn)定、易有逆溫層出現(xiàn)有關(guān)。秋季和冬季風(fēng)速與AQI均呈極顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明風(fēng)速越大越有利于城市中污染物的稀釋、擴(kuò)散和清除。一年四季中日降水量與AQI均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這是由于大氣的濕沉降作用，使得大氣污染物濃度降低，從而使AQI降低。春季相對(duì)濕度與AQI相關(guān)性不顯著；夏季、秋季相對(duì)濕度與AQI呈顯著負(fù)相關(guān)；冬季相對(duì)濕度與AQI呈顯著正相關(guān)。吉林省夏季雨量充沛，秋季雨量驟減，冬季干冷少雪。一般情況，相對(duì)濕度大易使顆粒物聚集，使得AQI增大，但有關(guān)研究表明，當(dāng)相對(duì)濕度較高，并伴有降水時(shí)，由于吸濕增長(zhǎng)的影響，會(huì)降低空氣中顆粒物濃度，從而AQI也會(huì)隨之下降。

風(fēng)向?qū)諝馕廴疚锏膩?lái)源、聚集和擴(kuò)散有很大影響。由圖2可知，2017—2019年吉林省中部地區(qū)污染天氣風(fēng)頻以西南風(fēng)、西南偏南風(fēng)和南風(fēng)為主；優(yōu)質(zhì)天氣風(fēng)頻以西風(fēng)和西南偏西風(fēng)為主，整體風(fēng)向的分布具有一致性。表明偏南風(fēng)利于空氣污染天氣的發(fā)生，而偏西風(fēng)相反。

圖2 2017—2019年長(zhǎng)春市（a）、吉林市（b）、遼源市（c）污染天數(shù)風(fēng)向分布及長(zhǎng)春市（d）、吉林市（e）、遼源市（f）優(yōu)質(zhì)天數(shù)風(fēng)向分布

5 結(jié)語(yǔ)

（1）2017—2019年吉林省中部地區(qū)的空氣質(zhì)量指數(shù)總體呈下降趨勢(shì)，空氣質(zhì)量逐漸得到改善。分月來(lái)看，1月污染天數(shù)最多，空氣質(zhì)量指數(shù)也最高，污染最嚴(yán)重。分析長(zhǎng)春、吉林、遼源3個(gè)城市污染天數(shù)可知，空氣污染天數(shù)相差不大，空氣質(zhì)量最好的城市是遼源市。吉林市污染天數(shù)最多，污染天數(shù)占比為17.9%；長(zhǎng)春和遼源的污染天數(shù)相差不大，污染天數(shù)占比分別為16.3%和16.2%。重度污染及嚴(yán)重污染天數(shù)從多到少依次為吉林、長(zhǎng)春、遼源。

（2）長(zhǎng)春市、吉林市、遼源市2017—2019年空氣污染日數(shù)季節(jié)分布均表現(xiàn)為冬季＞春季＞夏季＞秋季。長(zhǎng)春市、吉林市、遼源市夏季和秋季空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良等級(jí)日數(shù)占比均在90%以上；春季的空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良等級(jí)日數(shù)占比在75%～85%；冬季的空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良等級(jí)日數(shù)占比在70%左右。重度污染等級(jí)以上污染日數(shù)冬季要明顯多于其他季節(jié)。

（3）2017—2019年吉林省中部地區(qū)空氣污染天氣易發(fā)生在高壓脊、平直西風(fēng)帶和高空槽后3種大尺度背景下，對(duì)應(yīng)的地面形勢(shì)為高壓控制、均壓場(chǎng)和低壓前部。地面風(fēng)速小、濕度大，下墊面較冷，逆溫層易出現(xiàn)且不易被破壞，不利于空氣污染物的稀釋、擴(kuò)散和清除，空氣污染天氣極易發(fā)生。此外，長(zhǎng)春市AQI與氣象要素之間存在顯著的相關(guān)性，說(shuō)明氣象條件對(duì)空氣質(zhì)量有顯著的影響，但季節(jié)差異比較明顯。