關(guān)鍵詞：大氣污染物；擴(kuò)散；氣象條件；地理環(huán)境；空氣質(zhì)量中圖分類號：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500(2025)07-0215-03DOI: 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.062

Impact of Meteorological and Geographical Conditions on the Diffusion of Air Pollutants

YANGHaixia (Zouping Ecological Environment Monitoring Center，Zouping2562Oo，China)

Abstract:Meteorologicalconditionsand geographicalenvironmentarekeyfactorsaffcting thedifusionofatmospheric polutants.The study analyzed the mechanisms by which meteorological elements such as wind field characteristics， temperature stratification，precipitationandhumidity，aswellasgeographicalconditionssuchastopography，underlying surface features，andurbanbuildings，affectthedifusionofpolutants.Theresults indicatethatwindfieldcharacteristics determine theabilitytotransportanddilutepollutants，temperaturestratificationfectsverticaldifusionintensitytin andunderlyingsurfacecharacteristicsalterlocalairflowfields，andurbanbuildingsafectthediffusionofatmospheric polutantsthroughstreetvalleyandheatislandefects.Thecoupling effctofmeteorologicalandgeographicalconditions furtheraffects the transportand diffsionprocessofpollutants.Based onthis，corresponding preventionand control measures are proposed to provide scientific basis for air quality management.

Keywords:air pollutants;diffusion; meteorological conditions;geographical environment;air quality

大氣污染物的擴(kuò)散過程受多種自然因素的影響，其中氣象條件和地理環(huán)境起著決定性作用。隨著城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)化水平的提高，大氣污染問題日益嚴(yán)重，深入理解氣象及地理因素對大氣污染物擴(kuò)散的影響機(jī)制具有重要的意義和價值。氣象條件主要通過風(fēng)場特征、大氣穩(wěn)定度等影響大氣污染物的輸送與擴(kuò)散，地理環(huán)境通過地形地貌、下墊面特征等影響局部地區(qū)氣象條件，進(jìn)而影響大氣污染物的擴(kuò)散過程。

1氣象條件對大氣污染物擴(kuò)散的影響

1.1 風(fēng)場特征的影響

風(fēng)場特征是影響大氣污染物擴(kuò)散的最主要氣象因素，對大氣污染物的輸送、稀釋和擴(kuò)散起著決定性作用[。風(fēng)速的大小直接決定大氣污染物的水平輸送能力和稀釋效果。在強(qiáng)風(fēng)條件下，大氣污染物隨氣流快速輸送并被充分稀釋，濃度隨風(fēng)速增加呈指數(shù)衰減；當(dāng)風(fēng)速小于 2m/s 時，大氣污染物易在局地積累形成高濃度污染。風(fēng)向控制著大氣污染物的輸送路徑和影響范圍，持續(xù)的單一風(fēng)向?qū)е孪嘛L(fēng)向大氣區(qū)域污染物累積。復(fù)雜地形條件下，風(fēng)向變化引起大氣污染物遷回輸送。湍流擴(kuò)散是大氣污染物稀釋的重要機(jī)制，大氣湍流強(qiáng)度與風(fēng)速、地表粗糙度及大氣穩(wěn)定度密切相關(guān)，加強(qiáng)了大氣污染物的垂直和水平混合。

1.2溫度層結(jié)的影響

大氣溫度垂直分布特征通過影響大氣穩(wěn)定度控制大氣污染物的垂直擴(kuò)散能力。大氣穩(wěn)定度直接影響大氣污染物的垂直擴(kuò)散范圍和速率。不穩(wěn)定層結(jié)條件下大氣垂直混合較強(qiáng)，有利于大氣污染物向高空擴(kuò)散；穩(wěn)定層結(jié)條件下，垂直運(yùn)動受抑制，大氣污染物易在近地面層積累。逆溫層如“大氣蓋”，阻礙污染物向上擴(kuò)散，主要形成機(jī)制包括輻射降溫、平流輸送和下沉運(yùn)動。城市區(qū)域建筑物的熱儲存效應(yīng)和人為熱排放改變局地溫度層結(jié)特征，影響垂直擴(kuò)散過程。

1.3降水和濕度的影響

降水和濕度通過濕沉降作用和化學(xué)轉(zhuǎn)化過程影響大氣污染物濃度水平。濕沉降包括雨滴對氣溶膠的碰撞收集和氣態(tài)污染物的溶解吸收，降水強(qiáng)度和持續(xù)時間決定了大氣污染物清除效率。濕度條件通過影響氣溶膠的吸濕增長和氣態(tài)污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化，改變污染物理化特性，在高濕度條件下，硫酸鹽、硝酸鹽等二次氣溶膠生成速率加快，顆粒物粒徑譜分布發(fā)生變化。濕度還影響大氣氧化性，進(jìn)而影響光化學(xué)反應(yīng)中大氣污染物的轉(zhuǎn)化速率。

2地理條件對大氣污染物擴(kuò)散的影響

2.1地形地貌的影響

山谷地形對大氣污染物擴(kuò)散產(chǎn)生顯著影響，山谷走向與主導(dǎo)風(fēng)向的夾角決定大氣污染物輸送路徑。白天山坡受太陽輻射加熱產(chǎn)生上坡風(fēng)，有利于大氣污染物向高空輸送；夜間冷空氣下沉形成下坡風(fēng)，大氣污染物在谷底聚積。狹長的山谷形成“通道效應(yīng)”，大氣污染物沿谷底輸送。平原地區(qū)的擴(kuò)散條件較簡單，但地表起伏影響污染物輸送。海岸地區(qū)受海陸氣流交替影響，白天形成海風(fēng)環(huán)流，夜間形成陸風(fēng)環(huán)流，使大氣污染物在海陸間往復(fù)輸送。

2.2下墊面特征的影響

地表粗糙度直接影響近地層湍流強(qiáng)度和大氣污染物擴(kuò)散效率。城市建成區(qū)地表粗糙度大，增加機(jī)械湍流強(qiáng)度，促進(jìn)大氣污染物垂直混合[2。高大建筑群會降低近地面風(fēng)速，形成渦流區(qū)和靜風(fēng)區(qū)，導(dǎo)致大氣污染物在局部區(qū)域積累。植被覆蓋區(qū)域通過改變地表摩擦作用影響大氣污染物擴(kuò)散，森林等高大植被會增加機(jī)械湍流，促進(jìn)垂直擴(kuò)散。

下墊面熱力特性通過影響地氣熱交換過程改變局地大氣穩(wěn)定度。不同地表類型的熱容量和反照率差異導(dǎo)致加熱冷卻速率不同，產(chǎn)生熱力環(huán)流。城市下墊面的熱儲存效應(yīng)和人為熱排放增強(qiáng)了熱島效應(yīng)，改變了邊界層結(jié)構(gòu)。水體比熱容較大，溫度變化緩慢，對周邊區(qū)域大氣穩(wěn)定度產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。植被通過蒸散作用影響近地面溫濕度場，進(jìn)而影響大氣污染物擴(kuò)散條件。

2.3城市建筑的影響

街谷效應(yīng)是城市大氣污染物擴(kuò)散的典型特征。街道兩側(cè)高層建筑形成的峽谷空間改變了氣流結(jié)構(gòu)，當(dāng)風(fēng)向與街道走向垂直時，會在街谷內(nèi)形成回旋環(huán)流。建筑物高度與街道寬度的比值（高寬比）影響街谷內(nèi)大氣污染物的擴(kuò)散效率。當(dāng)高寬比較大時，街谷內(nèi)易形成分離流和二次環(huán)流，降低大氣污染物擴(kuò)散速率。交通污染源釋放的污染物在街谷效應(yīng)作用下易在近地面積累建筑物的布局和形態(tài)影響街谷內(nèi)風(fēng)場結(jié)構(gòu)，錯落有致的建筑群可增強(qiáng)湍流混合，促進(jìn)大氣污染物擴(kuò)散。

城市熱島效應(yīng)通過改變邊界層結(jié)構(gòu)影響大氣污染物擴(kuò)散。城市建筑材料的熱儲存效應(yīng)和人為熱排放導(dǎo)致城區(qū)溫度高于郊區(qū)，形成局地溫度梯度。熱島環(huán)流改變了大氣污染物的輸送路徑，城市上空的輻合氣流有利于大氣污染物向城市中心聚集。

3氣象與地理條件的耦合作用

3.1地形誘導(dǎo)局地環(huán)流

地形誘導(dǎo)局地環(huán)流是大氣污染物擴(kuò)散的關(guān)鍵動力機(jī)制[3]。山地地形通過加熱和摩擦作用改變氣流場結(jié)構(gòu)，形成復(fù)雜的三維環(huán)流系統(tǒng)。白天山坡受太陽輻射加熱，近地面空氣增溫上升形成上坡風(fēng)，同時谷底產(chǎn)生上游風(fēng)，構(gòu)成閉合環(huán)流。夜間山坡輻射冷卻，冷空氣沿坡面下沉，產(chǎn)生下坡風(fēng)和下游風(fēng)。山谷風(fēng)環(huán)流的強(qiáng)度和范圍受地形坡度、谷地走向和大尺度天氣背景影響。在盆地地形中，四周山體對氣流產(chǎn)生阻擋和抬升作用，盆地中心易形成氣流輻合區(qū)。盆地內(nèi)溫度層結(jié)穩(wěn)定時，大氣污染物垂直擴(kuò)散受抑制，水平輸送因山體阻擋而減弱，導(dǎo)致大氣污染物持續(xù)積累。地形誘導(dǎo)環(huán)流的日變化特征影響大氣污染物的擴(kuò)散，白天上升氣流有利于污染物向高空輸送，夜間下沉氣流使污染物在近地面層聚集。

3.2城市熱環(huán)境效應(yīng)

城市熱環(huán)境效應(yīng)體現(xiàn)了氣象條件與城市下墊面特征的耦合作用。城市建筑群改變地表能量平衡，人為熱源排放和建筑材料蓄熱作用增強(qiáng)熱島強(qiáng)度。熱島效應(yīng)產(chǎn)生的溫度梯度驅(qū)動局地?zé)崃Νh(huán)流，城市上空形成輻合氣流，郊區(qū)出現(xiàn)輻散氣流，這種環(huán)流結(jié)構(gòu)使大氣污染物在城市上空積累。城市邊界層結(jié)構(gòu)因熱環(huán)境效應(yīng)改變，混合層高度增加，湍流強(qiáng)度增強(qiáng)。建筑群產(chǎn)生的機(jī)械湍流與熱力湍流疊加，加強(qiáng)大氣污染物垂直混合。城市冠層內(nèi)，建筑物遮蔽效應(yīng)減弱地表輻射冷卻，抑制夜間逆溫層形成，改變大氣污染物日變化特征。熱島環(huán)流的強(qiáng)度受城市規(guī)模和下墊面特征影響，大型城市群的熱環(huán)流系統(tǒng)更為復(fù)雜。建筑密集區(qū)的“峽谷效應(yīng)”與熱島效應(yīng)相互作用，形成獨特的城市微環(huán)境。

3.3復(fù)雜地形區(qū)大氣污染物輸送特征

復(fù)雜地形區(qū)大氣污染物輸送表現(xiàn)出氣象要素與地理條件的多重耦合特征。在山地－盆地中，地形起伏改變氣流場結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生局地環(huán)流，大氣污染物輸送呈現(xiàn)顯著時空分異。山地阻擋作用使氣流產(chǎn)生迎風(fēng)抬升和背風(fēng)下沉，大氣污染物在迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡呈非對稱分布。地形抬升導(dǎo)致氣流輻合和輻散，改變大氣污染物水平輸送路徑。復(fù)雜地形區(qū)逆溫層的形成和演變受地形影響顯著，山地-盆地之間冷空氣沉降和熱力環(huán)流相互作用，形成復(fù)雜逆溫結(jié)構(gòu)。沿海山地地區(qū)，海陸風(fēng)環(huán)流與山谷風(fēng)環(huán)流相互耦合，形成三維環(huán)流系統(tǒng)。地形引起的氣壓梯度變化會改變局地風(fēng)場，影響大氣污染物擴(kuò)散效率。復(fù)雜地形區(qū)域的動力和熱力作用使大氣污染物的輸送路徑呈現(xiàn)多尺度特征，增加了污染防控的難度。

4防治對策

4.1基于氣象條件的防治措施

基于氣象條件的污染防治措施需充分考慮氣象要素的時空變化特征。在靜穩(wěn)天氣條件下，應(yīng)加強(qiáng)對高架源排放的管控，適當(dāng)降低煙囪排放高度，避免大氣污染物在逆溫層下方積累。針對不同季節(jié)的主導(dǎo)風(fēng)向，優(yōu)化工業(yè)園區(qū)布局，高污染企業(yè)應(yīng)布設(shè)在城市主導(dǎo)下風(fēng)向區(qū)域。重污染天氣過程中，結(jié)合氣象預(yù)報信息實施差異化管控措施，重點管控?fù)]發(fā)性有機(jī)物排放源。在采暖季節(jié)，基于氣象條件預(yù)報合理調(diào)控供熱系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，降低能源消耗。工業(yè)企業(yè)應(yīng)建立與氣象條件聯(lián)動的大氣污染物排放調(diào)控機(jī)制，在不利氣象條件下主動采取減排措施。

4.2基于地理特征的規(guī)劃建議

基于地理特征的規(guī)劃建議應(yīng)充分考慮地形地貌對大氣污染物擴(kuò)散的影響。在山谷地區(qū)，工業(yè)園區(qū)選址應(yīng)避開閉合地形，利用山谷風(fēng)環(huán)流特征進(jìn)行合理布局規(guī)劃。城市建設(shè)過程中應(yīng)保護(hù)和利用自然通風(fēng)廊道，以免高密度建筑群阻礙大氣污染物擴(kuò)散。在復(fù)雜地形區(qū)域，基于大氣污染物輸送規(guī)律優(yōu)化城市功能分區(qū)，建設(shè)項目選址應(yīng)充分考慮局地環(huán)流特征。針對街谷污染問題，道路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃應(yīng)與主導(dǎo)風(fēng)向相協(xié)調(diào)，通過建筑高度控制和間距設(shè)計改善通風(fēng)條件。在沿海城市群規(guī)劃中，充分利用海陸風(fēng)環(huán)流特征，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)廊道系統(tǒng)。工業(yè)區(qū)與居住區(qū)之間設(shè)置合理的防護(hù)距離和綠化隔離帶，發(fā)揮植被對大氣污染物的阻滯和吸附作用。

4.3監(jiān)測預(yù)警體系建設(shè)

基于氣象和地理因素建設(shè)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測預(yù)警體系。第一，建設(shè)立體化的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，在不同地形單元、不同高度設(shè)置監(jiān)測點位，實現(xiàn)對大氣污染物濃度分布的精細(xì)化監(jiān)測。第二，完善氣象要素監(jiān)測系統(tǒng)，加強(qiáng)對邊界層結(jié)構(gòu)、局地環(huán)流等關(guān)鍵參數(shù)的觀測。第三，發(fā)展基于人工智能的污染預(yù)報預(yù)警模型，提升對不同氣象地理條件下污染過程的預(yù)報能力。第四，建立多部門聯(lián)動的預(yù)警信息發(fā)布機(jī)制，及時向公眾發(fā)布空氣質(zhì)量預(yù)報信息。第五，構(gòu)建重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)體系，根據(jù)污染程度和氣象條件及時啟動相應(yīng)級別的應(yīng)急措施。

5結(jié)論

氣象條件和地理環(huán)境通過多種途徑和機(jī)制影響大氣污染物的擴(kuò)散過程，二者之間存在密切的相互作用和耦合關(guān)系。深入認(rèn)識這些影響因素及其作用機(jī)制，對于制定有效的大氣污染防治措施、優(yōu)化城市規(guī)劃布局、建立環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)具有重要的指導(dǎo)意義。未來，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對復(fù)雜氣象地理條件下大氣污染物擴(kuò)散規(guī)律的研究，發(fā)展更為精細(xì)的模擬預(yù)測方法，為大氣環(huán)境管理提供更可靠的科學(xué)依據(jù)。

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