福州大氣污染日與氣象條件關(guān)系的探究論文
隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，各類環(huán)境問(wèn)題日益凸顯[1]。大氣的嚴(yán)重污染不僅造成環(huán)境惡化，而且給人類健康帶來(lái)重大影響[2-3]，已日益成為社會(huì)公眾關(guān)心的熱點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，影響城市空氣質(zhì)量的主要因子除了污染物的排放和輸送外，氣象條件的變化對(duì)城市空氣質(zhì)量的影響也相當(dāng)明顯[4]。氣象條件既可能有利于城市大氣污染物的擴(kuò)散，也可能造成大氣污染物的局部堆集，故大氣污染，是由于人類污染的排放與天氣條件的綜合作用導(dǎo)致的。本文利用2008—2012年福州城市的環(huán)境監(jiān)測(cè)資料、氣象資料，對(duì)造成城市空氣質(zhì)量達(dá)到污染日等級(jí)以上的天氣現(xiàn)象進(jìn)行分析，旨在專門探索可能出現(xiàn)福州大氣污染日的天氣形勢(shì)及大氣垂直分布特征，以期為污染日預(yù)報(bào)和預(yù)防，為環(huán)保部門發(fā)布重污染天氣預(yù)警提供理論支持。
1 資料來(lái)源與研究方法
1.1資料收集和污染日等級(jí)確定
城市空氣質(zhì)量資料取自2008—2012年福州環(huán)境監(jiān)測(cè)站的大氣污染物觀測(cè)資料，主要分析對(duì)象為PM10、SO2和NO2等。城市空氣質(zhì)量的每日監(jiān)測(cè)結(jié)果API取自每日福州國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。根據(jù)環(huán)境保護(hù)部2008年發(fā)布的《城市空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)和預(yù)報(bào)技術(shù)規(guī)定》城市空氣污染指數(shù)（API）技術(shù)規(guī)定：API大于100，為污染日，API大于300為重污染日。2008－2012年福州市大氣污染日共有41天，重污染日有2天。
氣象資料選取2008—2012年福州大氣污染日地面氣象要素，08時(shí)及20時(shí)海平面氣壓場(chǎng)、850 hPa、500 hPa高度圖以及氣象探空資料。
為便于統(tǒng)計(jì)分析，我們選取天氣圖中 20～35°Ｎ、110～125°E 為關(guān)鍵區(qū)（圖略）。
2 結(jié)果與分析
2.1 福州污染日的時(shí)間分布特點(diǎn)
福州各季節(jié)大氣污染日天數(shù)分布情況為：春季 19 天、占總數(shù) 44%；夏季 2 天，占總數(shù) 4.7%；秋季 1 天，占總數(shù) 2.3%；冬季 21 天，占總數(shù) 49%。圖 1 為福州各月大氣污染日出現(xiàn)天數(shù)占大氣污染日總天數(shù)百分比分布圖，圖中顯示福州 3 月大氣污染日天數(shù)占大氣污染日總天數(shù)百分比最大，占 25.6%；1 月次之，占 18.6%；4 月和 12 月為 16.3%；2 月為 14.3%；6 月為 4.7%；5 月和 11 月為 2.3%； 7-10 月沒(méi)有大氣污染日。
福州冬春季逆溫現(xiàn)象出現(xiàn)頻繁且逆溫層較厚，空氣層結(jié)穩(wěn)定，特別是福州 3、4 月冷空氣勢(shì)力較弱時(shí)，低層大氣多屬靜穩(wěn)大氣，大氣擴(kuò)散條件相對(duì)較差，而且地面多為偏北風(fēng)，會(huì)帶來(lái)北面工業(yè)污染，導(dǎo)致大氣污染日天數(shù)相對(duì)較多。而夏秋兩季逆溫現(xiàn)象少，大氣層結(jié)穩(wěn)定性差，低層湍流交換強(qiáng)，午后多雷陣雨，易于污染物擴(kuò)散。同時(shí)，風(fēng)力較大，且多為源自洋面的潔凈東南氣流。另外，5、6 月份降水多，雨量大，能起到不斷凈化空氣的作用，因此大氣污染較少。
2.2 污染日與天氣形勢(shì)關(guān)系
2.2.1 500 hPa 大氣環(huán)流背景
通過(guò) 2008-2012 年福州大氣污染日 500 hPa 大氣環(huán)流的背景分析可得，大氣污染日我國(guó) 35°N 以南中低緯度的 500 hPa 環(huán)流系統(tǒng)均為緯向分布，環(huán)流平直，華南多為偏西氣流和西南氣流控制，且中低緯度等高線稀疏。35°N 以北可以是緯向環(huán)流，也可以是經(jīng)向環(huán)流，但為經(jīng)向環(huán)流時(shí)，冷空氣主要在高緯度活動(dòng)，路經(jīng)偏北、偏東。這說(shuō)明福州大氣污染日發(fā)生時(shí)，500 hPa 關(guān)鍵區(qū)處在弱暖平流控制或冷空氣活動(dòng)較弱的天氣背景下。
2.2.2 海平面氣壓場(chǎng)天氣形勢(shì)
近地層空氣活動(dòng)與大氣污染關(guān)系密切。本研究以海平面氣壓場(chǎng)為主，結(jié)合 850 hPa 高度場(chǎng)，對(duì)海平面氣壓場(chǎng)天氣形勢(shì)與大氣污染日的關(guān)系進(jìn)行分析。出現(xiàn)大氣污染日的海平面氣壓場(chǎng)主要有以下 6 種天氣形勢(shì)：大陸高壓脊型、變性冷高壓前部型、變性冷高壓底部型或后部型、鋒前暖區(qū)型、均壓場(chǎng)型、地面倒槽暖區(qū)型。與同期無(wú)污染日同形天氣形勢(shì)相比較，前 5種天氣形勢(shì)出現(xiàn)大氣污染日時(shí)，850 hPa 關(guān)鍵區(qū)等高線稀疏，天氣系統(tǒng)活動(dòng)較弱，冷空氣勢(shì)力不強(qiáng)，如圖 2 中 850 hPa 高度場(chǎng)。而地面倒槽暖區(qū)型出現(xiàn)時(shí)，倒槽內(nèi)的低壓主體沿長(zhǎng)江東移，或少動(dòng)，福州處在地面倒槽暖區(qū)東側(cè)邊緣地帶。
2.3 污染日氣象要素的垂直結(jié)構(gòu)特征分析
2.3.1 風(fēng)的垂直結(jié)構(gòu)特征分析
風(fēng)是邊界層內(nèi)影響污染物擴(kuò)散的`重要?jiǎng)恿σ蜃�。風(fēng)向決定著大氣中污染物的輸送方向，風(fēng)速則影響著大氣中污染物的擴(kuò)散稀釋快慢，特別是低層風(fēng)向、風(fēng)速的變化直接影響空氣污染物的聚散及各處的濃度分布[5]。分析福州 2008 年到 2012 年大氣污染日探空觀測(cè)風(fēng)的垂直分布資料，93%近地層存在風(fēng)向突變。風(fēng)向突變是指大氣風(fēng)向隨高度迅速變化，也可以看成兩氣團(tuán)交界面。福州市區(qū)所在地屬于典型的河口盆地，盆地四周被群山峻嶺所環(huán)抱，海撥高度 1000m 左右，圍住下層氣團(tuán)。下層氣團(tuán)不易隨上層氣團(tuán)一起移動(dòng)。近地層下層氣團(tuán)內(nèi)風(fēng)速都不大，925 hpa 以下氣層 58%的平均風(fēng)小于 2 m/s，最大平均風(fēng)速不超過(guò) 5.7 m/s，08 時(shí)靜風(fēng)風(fēng)頻為 30%。大氣污染日地面平均風(fēng)速 1.9 m/s，大大小于常年平均風(fēng)速 2.6 m/s。群山圍繞著近地層下層氣團(tuán)內(nèi)產(chǎn)生的污染物，垂直與水平擴(kuò)散受阻，污染物就近堆積，從而造成大氣污染日天氣。近地層風(fēng)向突變情況、風(fēng)速大小可作為福州污染日天氣預(yù)報(bào)的參考因素。
2.3.2 溫度的垂直結(jié)構(gòu)特征分析
層結(jié)穩(wěn)定度與空氣污染物擴(kuò)散呈反相關(guān)。逆溫是決定大氣稀釋擴(kuò)散能力的重要因子。當(dāng)逆溫生成時(shí)，湍流運(yùn)動(dòng)受到抑制，尤其湍流垂直運(yùn)動(dòng)難以發(fā)展，大氣擴(kuò)散能力減弱，污染物被向下卷夾，造成近地層污染物的大量積累[6]。2008-2012 這五年福州大氣污染日近地層，100%存在逆溫層或等溫層。且大部分逆溫層或等溫層底部都是出現(xiàn)在 925 hPa 以下，污染源產(chǎn)生的污染物無(wú)法向上擴(kuò)散，導(dǎo)致大氣污染物在近地層堆積，從而造成污染日天氣。因此逆溫層，等溫層可作為福州大氣污染日天氣預(yù)報(bào)的參考因素之一。
3 結(jié)論與討論
(1) 福州大氣污染日多發(fā)生在500 hPa高度場(chǎng)關(guān)鍵區(qū)在弱暖平流控制或冷空氣活動(dòng)較弱的天氣背景下。
(2) 850 hPa 高度場(chǎng)關(guān)鍵區(qū)高線稀疏，天氣系統(tǒng)很弱。
(3) 易發(fā)生大氣污染日海平面主要?dú)鈮簣?chǎng)類型有：大陸高壓脊型、變性冷高壓前部型、變性冷高壓底部型或后部型、鋒前暖區(qū)型、均壓場(chǎng)型、地面倒槽暖區(qū)型。
(4) 大氣污染日時(shí)福州近地層存在逆溫層和風(fēng)向突變層，近地層與上層氣流交流不暢。近地層大氣氣溫較高，一般為靜風(fēng)或風(fēng)速較小，是靜穩(wěn)大氣，污染物的水平與垂直擴(kuò)散能力都較低。逆溫層、風(fēng)向突變層可作為福州大氣污染日天氣預(yù)報(bào)的參考因素。
(5)近地層濕層的存在有利于污染天氣形成。
總之，以上幾點(diǎn)結(jié)論對(duì)福州大氣污染日預(yù)報(bào)提供了一些基本思路及參考因素，易于操作，實(shí)用性強(qiáng)，并為環(huán)保部門發(fā)布重污染天氣預(yù)警提供一定理論依據(jù)。但由于資料有限，本文僅作些粗淺探討，對(duì)福州外來(lái)大氣污染影響等考慮甚少，同時(shí)，城市間空氣污染的相互影響及外來(lái)影響主要天氣型在應(yīng)用過(guò)程中還有待不斷歸納、總結(jié)。
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