2021年大柴旦连续4次空气污染过程及气象条件分析.pdf

辛萍萍等：2 0 2 1年大柴旦连续4 次空气污染过程及气象条件分析2021年大柴旦连续4 次空气污染过程及气象条件分析辛萍萍1祁玉佳傅永超3 赵海霞1（1.青海省海西州大柴旦行委气象局，大柴旦8 14 0 0 0；2.青海省格尔木市气象局，格尔木816000;3.青海省祁连县气象局，祁连8 10 4 0 0）摘要：利用大柴旦地区逐日环境监测资料、高空及地面气象观测资料，对2 0 2 1年3 月大柴旦地区连续出现4 次空气污染天气，分析其过程与气象条件的相关性。结果表明，PM1o是这4 次空气污染过程的首要污染物。天气污染过程发生时，大柴旦地区受西北气流控制，地面为冷高压，水汽不饱和，风速较小，抑制空气污染的疏散及沉降；存在逆温层时，大气处于稳定状态，污染物浓度在垂直方向上得不到扩散，当逆温层削弱或消失时，有利于污染物消散，空气质量转好；相对湿度与污染物浓度呈正相关，湿度越大，越有利于污染物的生成转换，空气质量指数升高；地面风速以微风和静风为主，空气污染物被抑制无法扩散；量级较小，对污染物的冲刷作用很小,从而有利于污染物的形成。关键词：空气污染；气象条件；空气质量指数(AQI)大、多沙尘天气，工矿企业较集中，有必要研究该地1引言污染物浓度与气象因子的关系。因此，以大柴旦地区大气污染是目前国内外的研究热点，空气中的有害气体和细颗粒物直接影响到人体健康。近年来，青山绿水的生态环境保护也逐步纳人国家政策。以空气污染与气象条件相关性的研究有：张夏琨叫等利用石家庄市近4 0 a的气象资料和2 a的大气污染监测资料，分析指出石家庄市冬、春、秋的主导风向对空气污染物有加剧作用，风速在1.3 2.0 ms 之内空气污染浓度易超标；董磊磊2 等分析西充县2 0 18年环境空气自动监测数据SO2、NO 2 和PM1o的季节差异及日变化，发现冬季和春季的SO2、NO 2、PM1o 平均浓度较高，夏季和秋季的平均浓度较低；王畅3 等认为PM2.5、PMi o 和NOz的浓度与气温、风速及降水量呈显著的负相关，而0 3 的浓度与气温、风速呈正相关，但与降水量无关。大柴旦地区春季气温起伏较2021年3 月连续出现4 次空气污染天气为样本，分析其天气过程与气象条件的特征，为做好空气污染天气预报提供理论依据和参考。2资料及方法2.1资料来源自动监测站位于大柴旦行委生态环境局办公室楼顶，距地2 5 m左右，选取的污染物浓度参数为：SO2、PM2.5、PMi o 和O3，空气质量指数（AQI)数据均来源于大柴旦行委环保局；地面气压、相对湿度、降水量、日最高气温、风向及风速等气象数据来源于青海省气象局信息中心；高空气象资料分别为0 8 时和20时,均来源于Micaps4.5。1作者简介：辛萍萍（19 9 3 年5 月一）,女，本科，工程师，主要从事地面综合气象观测工作。E-mail:。-71-青海气象2.2方法运用统计和天气学方法分析污染物和气象要素的特征，使用皮尔逊相关系数反映两个变量的线性相关程度4,运用SPSS软件判定污染物浓度与气象因子之间的相关关系。当两个变量呈“正相关”时该系数大于零，当两个变量呈“负相关时该系数小于零,且系数越大,相关性越强。皮尔逊系数的值在-1至1之间。-1表示完全负相关，0 表示无关，1表示完全正相关。在相关系数数值右上方使用*标示空气质量空气质量指数指数级别050一级51 100二级101 150三级151 200四级201300五级300六级空气质量指数类别及表示颜色优绿色空气质量令人满意，基本无空气污染良黄色空气质量可接受，但某些污染物可能对极少数异常敏感人群健康有较弱影响轻度污染橙色易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状中度污染红色进一步加剧易感人群症状，可能对健康人群心脏、呼吸系统有影响重度污染紫色心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群普遍出现症状严重污染褐红色健康人群运动耐受力降低，有明显强烈症状,提前出现某些疾病防灾减灾时,表示显著水平为5%，在相关系数右上角使用*标示时,标示显著性水平为1%,即为极显著。2.3空气质量指数与分级标准空气质量指数与分级指标是国家统一制定的参考标准，空气质量指数即AQI,是定量描述空气质量状况的无量纲指数。AQI的数值越大、级别越高，则空气污染状况越严重，对人体的健康危害也就越大。详见表1。表1空气质量指数分级标准表对健康影响情况小，2 0 日下降到10 3，为轻度污染；2 12 4 日AQI值有所下降，2 5 日为12 2,轻度污染,2 6 日之后AQI值3污染物浓度变化特征3.1AQI变化特征日平均AQI(图1)表现为波动形势，峰值达到100以上的连续出现4 次，16 日达到110 的峰值，为轻度污染；19 日为2 4 5，达到重度污染，随之逐渐减30020010001图12021年3 月13 1日大柴旦日平均AQI变化-72-迅速下降，污染得到缓解。3.2主要污染物浓度的变化特征从图2 中主要污染物日平均波动的曲线可以看出,PMio与O3浓度变化趋势与日均AQI值变化趋势450-SO2400350300o250200150100500611日PM1o1621-PM2.52631O316图22021年3 月1一3 1日大柴旦地区主要污染物浓度日平均变化1116日期212631第4 期2022年12 月整体一致，其中轻度污染过程中，16 日PMio浓度为170ug/m,0，浓度为8 4 ug/m;20日PMio浓度为156ug/m,0，浓度为112 ug/m;25日PMio浓度为193ug/m，0；浓度为9 2 ug/m。重度污染过程，19 日PMio浓度为3 8 1ug/m,0；浓度为112 ug/m。由此可见，不同等级污染过程中PMio均表现更为突出，为首要污染物。青海气象Journal of Qinghai Meteorology4气象条件对污染过程的影响4.1环流背景对空气污染过程的影响天气形势是影响气象要素分布及演变的主要背景场，大尺度环流形势是影响污染物生成、积累和扩散的主要因素。从环流形势分析2 0 2 1年3 月16 日轻度污染、19 一2 0 日重度污染两次空气污染过程中NO.4Dec.2022图3 3 月16 日0 8 时、2 0 时5 0 0 hPa高空图AQI值的日变化。从3 月16 日0 8 时5 0 0 hPa高空图（图3），我省基本处在偏西气流中，全省T-Td7，水汽不饱和，湿度小，空气干燥，无明显冷暖平流，等高线稀疏，高空风速也较小。在16 日2 0 时5 0 0 hPa高空图（图3）,我省依旧处在偏西气流中，全省T-Td5，湿度较小，高空风速小，茫崖一大柴旦有若干冷平流。图4 3 月19 日2 0 日0 8 时、2 0 时5 0 0 hPa高空图-73-青海气象从3 月19 日0 8 时5 0 0 hPa高空图（图4），贝湖底部一新疆北部有横槽存在，低压槽与冷温槽基本上重合，系统离大柴旦远，但较为稳定。茫崖T-Td=2,水汽饱和,大柴旦地区上空风向与等温线有交角，为湿冷平流；2 0 时横槽略有南压，大柴且地区上空等高线与等温线基本上重合，形势稳定，无明显冷暖平流，不利于污染物的扩散。从3 月2 0 日0 8 时高空图（图4)，横槽南压，大柴旦地区处于横槽前底部，受西北气流控制；2 0 时高空图上横槽已南压至青海省北部，大柴旦受西北气流控制，从茫崖T-Td来看水汽不饱和，空气进一步变干，风速较大，有利于污染物扩散。4.2影响污染形成的气象要素特征4.2.1逆温层特征逆温层的存在使得污染物无法有效地在垂直方向上进行扩散，逆温厚度越厚，强度越强，大气对污hPa.802002503004005006007008509251000-80hpa.80-702002503004005006km600700850925100-801060-70-60-50-40-306050-5756-7060-50防灾减灾染物扩散能力越弱，且逆温层数越多，污染物越不容易扩散。从3 月16 日0 8 时T-nP图（图5)来看整层较干，7 0 0 一6 0 0 hPa风向随高度逆时针旋转，有冷平流,6 0 0 hPa以上风向随高度顺时针旋转，有暖平流；低层7 0 0 hPa存在逆温层，不利于空气污染物向上扩散。2 0 时5 0 0 hPa以下中低层较干，状态曲线和层结曲线之间“下喇叭口”形状明显，逆温层消失，低层风速较大，有利于空气污染物扩散，AQI值随即变小，空气质量逐渐变好。3月19 日0 8 时T-1nP图（图6)显示湿层仅在500hPa左右，低层也无明显逆温层，低层干冷，风向随高度变化微小，无明显冷暖平流。2 0 时整层较干，且高空风速较小，不利于空气污染物扩散,风向随高度顺时针旋转，但风速极小，所以暖平流强度也很弱。从3 月2 0 日0 8 时T-lnP图（图7)看出，低层650hPa有明显逆温层,风向随高度顺时针旋转，有暖50404042-403030-3020-1020-20-10图53月16 日0 8 时、2 0 时崖探空图2010101010201020品度对数压力40元2009:S18821年单0 月日0 8 时25030040050020ccl60070085092510001020304020度对酸压力302002年8 月场日#时250300400-20CCL105006007008509251000304030hpa80200250300400500600700850.9251000807060 504030 2010hPa.-702002503004006km5006007002km8509251000807060504030-20-7060-5060506640-30-20-1010100.01010201020旗对数压力酒2002年0 月13 日2 0 时25030040050030600700#50925100010202030温度对数压力烟200213月16 日2 0 时56:518250300cCl-30400-20YDC50010600TFC700850925100030403040图63月19 日0 8 时、2 0 时茫崖探空图-74-第4 期2022年12 月hpa.80-702002503009km4005006km6007007km8509251000-80一显(相对显度8 0 6)青海气象Journal of Qinghai MeteorologyhPa-80-60-5054-5949-70-60-50NO.4Dec.2022-40-3033329-40-30-20-10图73月2 0 日0 8 时、2 0 时茫崖探空图-20-10160102030.40C01020温度对数压力圖20021年0 3 月2 0 日0 8 时测站：里(5 18 8 日-30-2030cC600700850925100040250AA300M400500业7A-70200250300400500km6007008501000925-80-70-6060-5058487-50-40-30-20-1040-30-2096101001020304020富魔对数压力相21年0 3 月2 0 日2 0 时贴站：5 18 8 025044CCL30040030YDC20%50060070085092510003040200平流，但整层较干无明显湿层，因0 8 时有逆温层的存在，污染物的扩散能力较弱，导致空气污染过程从19日持续到2 0 日。2 0 时T-InP来看，逆温层消失，整层更干，风向随高度无明显变化，说明冷暖平流不明显，低层风速较大，易于污染物扩散，此次空气污染过程也趋于结束。4.2.2AQI值与气象因子的相关性分析由表2 可知：皮尔逊相关分析显示相对湿度、平均风速及最大风速与AQI值呈正相关，其中平均风速与AQI值呈极显著相关关系，最大风速与AQI值呈显著相关关系；平均温度、最高温度和平均气压与AQI值呈负相关。4.2