桥梁博士刘林春
【期刊名称】《《内蒙古气象》》
【年(卷),期】2019(000)005
【总页数】新语文活页5页(P29-33)
【关键词】空气污染; AQI; 气象条件; 相关分析
【作 者】刘林春
【作者单位】内蒙古气象台 内蒙古 呼和浩特 010051
【正文语种】中 文
社会经济【中图分类】X16
引言
近年来，伴随着城市的快速发展，我国大气环境污染日趋严重，霾天气现象增多，严重威胁着社会生产及人体健康。空气污染不仅受排放源及污染物变化过程影响，同时还与气象条件密切相关[1-7]。污染物的排放为大气污染事件的发生提供了丰富的物质基础，不利于污染物扩散的气象条件加剧了局地的污染程度[8]。研究表明，在污染物一定的条件下，气象条件变化对污染物浓度起决定性的作用[9-10]。王莉莉等[11]研究指出天气形势和气象要素与污染物的排放、扩散、传输、转化和沉降有着非常密切的关系；赵敬国 等[12]分析发现，气象条件中的降水和风速等重要气象条件对改善空气质量有较大影响。范洋 等[13]研究发现降水对SO2有明显的去除作用，但对NO2效果不明显。邹旭东 等[14]研究指出气候暖化及风速降低是空气污染加重的重要原因。 呼和浩特市属于煤烟型大气污染较为严重的城市，尤其是冬季采暖期污染最为严重[15]。近年来，有关呼和浩特市空气污染气象条件的研究中，李小平等[16]研究发现在静风和小风及＜1.0mm降水情况下空气质量较差；吴宜航 等[17]基于KZ滤波方法定量评估了气象条件对呼和浩特市空气质量长期变化趋势的影响；斯琴 等[18]指出冷空气势力弱、逆温层维持时间较长是2015年11月雾霾持续出现及异常加强的重要原因；张存厚 等[19]利用相关分析法研究了不同季节影响空气质量的主要气象因子。本文利用呼和浩特市冬季空气质量数 据与同期气象资料，分析2013—2017年冬季空气污染特征及影响污染的主要气象条件，以期为空气污染气象服务及大气污染防控提供科学依据。
1 资料和方法
1.1 资料来源
空气污染资料来源于中国空气质量在线监测分析平台历史数据，包括2013—2017年冬季（当年12月及次年1、2月）呼和浩特市PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3等污染物逐日平均质量浓度值数据，PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2污染物浓度为24h平均值，O3为8h滑动平均值；气象资料来源于呼和浩特市地面气象观测资料，包括2013—2017年冬季呼和浩特市逐日平均风速（2min平均）、日最大风速、日平均气温、日降水量及日平均相对湿度数据。
1.2 分析方法
参照《环境空气质量标准》（GB3095-2012）、《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ633-2012），根据各类污染物质量浓度计算空气质量分指数（Individual A单循环赛
ir Quality Index，简称IAQI），判断逐日首要污染物，并计算得到逐日空气质量指数（AQI），反映呼和浩特市空气质量的状况。采用公式（1）求出要素之间的皮尔逊相关系数，进行相关性分析。
2 结果与分析
2.1 空气污染特征
2013—2017年呼和浩特市冬季平均AQI及空气污染日数变化(图1)。年平均AQI为92，空气质量总体状况良好，其中2015年AQI最高，为99，2017年最低，仅为77。近5a来冬季平均AQI呈下降趋势，空气污染程度有所减缓。空气质量未达标（AQI＞100）日数为153d，其中，主要以轻度污染日数为主，共出现99d，平均每年冬天出现20d，占冬季日数的22%；其次为中度污染日数，出现37d，平均每年冬天出现7d，占冬季日数的8%；重度污染日数15d，平均每年冬天出现3d，占冬季日数的3%；严重污染日数仅出现2d。近5a中，空气质量未达标日数2015年最多，为36d，2017年最少，仅为19d；轻度污染日数2016年最多，达23d，2017年最少，仅为14d；中度污染日数2013年最多，达11d，2014年和2017年最少，为4d；重度污染日数2015年最多，达7d，2016、2017年最少，仅出现1d；严重污染 日数仅在2013年和2016年分别出现1d，均为最少。空气质量未达标日数总体呈减少趋势，平均每年减少2.8d，特别是轻度和中度污染日数下降趋势最显著，平均每年分别减少1.2d和0.9d。2013—2017年冬季呼和浩特市PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3污染物平均质量浓度及以这6种污染物作为首要污染物出现的日数分布(表1)，CO平均质量浓度最高，达2000μg·m-3，其次为PM10，质量浓度为112μg·m-3，其余污染物质量浓度分别为PM2.5为61μg·m-3、SO2 为 64μg·m-3、NO2 为 50μg·m-3、O3为47μg·m-3。首要污染物以PM10为主，共出现359d，平均每年冬天出现72d，占冬季日数的80%；其次为NO2，共出现47d，平均每年冬天出现9d，占冬季日数的10%；CO首要污染物出现32d，平均每年冬天出现6d，占冬季日数的7%；O3首要污染物出现6d；以PM2.5为首要污染物的天气未出现。
图1 2013—2017年冬季呼和浩特市平均AQI及空气污染日数变化
表1 2013—2017年呼和浩特市冬季首要污染物平均质量浓度及出现日数首要污染物 PM2.5 PM10 SO2 CO NO2 O3平均质量浓度/（μg·m-3） 61 112 64 2000 50 47出现日数/d 0 359 6 32 47 6
2.2 气象条件及影响
形位公差2.2.1 风速、风向
风速和风向是描述风的两个重要要素，空气污染物的迁移运动由风向决定，是风对空气整体输送；风速决定了污染物稀释的程度，即对污染物的稀释作用[20-22]。分析风速对冬季空气质量的影响（表2）可见，2013—2017年冬季呼和浩特市日平均风速以2.0～4.0m·s-1为主，其次风速为4.0～6.0m·s-1，≤2.0m·s-1小风日数及＞6.0m·s-1大风日数较少。风速越大，污染日数出现频率越小，≤2.0m·s-1风速条件下污染日数出现频率高达 55.1%，风速在 2.0m·s-1＜u≤ 4.0m·s-1和4.0m·s-1＜u≤6.0m·s-1时污染日数出现频率分别为37.9%和13.0%，＞6.0m·s-1风速下未出现污染。风速越大，平均AQI越小，≤2.0m·s-1风速条件下平均AQI达127，平均空气质量为轻度污染，其他风速条件下平均AQI均在100以下，平均空气质量状况达标，＞6.0m·s-1风速条件下空气质量最好，平均AQI仅为56.4。逐日风速与逐日AQI相关系数为-0.31，呈显著的负相关关系（P＜0.01），可见，呼和浩特市冬季风速对空气质量的影响较大，由于风速越小，空气的水平扩散作用越弱，污染物不易稀释，空气质量就越差。
投机倒把罪
统计不同风向出现频率、污染日数出现频率及平均AQI分布（图2），呼和浩特市冬季风向以NW为主，占45.3%，其次为NNW，占31.8%，N风向占10.9%，NNE、NE、S、SSW、SW、W、WNW风向均不足 5%，其余风向未出现。平均AQI在S风向上最大，达132，其次为SSW风向，平均AQI为118；NW风向上平均AQI也较大，为102，其余风向上平均AQI均不足100，平均空气质量较好。各风向中，S、SSW风向上污染日数出现频率较高，分别为33%和29%，且污染日数中中度以上污染出现频率大，分别达到100%和80%；NW、SW、NNE风向上污染日数出现频率较高，均在30%以上，但污染日数中中度以上污染出现频率较小；其余风向上污染日数出现频率及污染日数中中度以上污染出现频率均较小。可见，呼和浩特市冬季在S、SSW风向上AQI易超标、污染日数出现概率较高，易出现中到重度空气污染；其余风向发生污染的概率较小。
表2 2013—2017年呼和浩特市冬季不同风速条件下污染日数分布频率注：风速数据有4d缺测，*表示通过0.05水平显著性检验，**表示通过0.01水平显著性检验，下同。风速/(m·s-1)总日数/d 污染日数频率/% AQI 风速与AQI相关系数2.0＜u≤4.0 298 37.9 96.0 4.0＜u≤6.0 77 13.0 71.3＞6.0 22 0.0 56.4 u≤2.0 49 55.1 127.0-0.31**
2.2.2 气温
分析气温条件对冬季空气质量的影响(表3)， 2013—2017年冬季呼和浩特市日平均气温以-10.0～0.0℃为主，其次为-20.0～-10.0℃，≤-20.0℃及＞0.0℃气温较少。气温越高，污染日数出现频率越大，＞0.0℃气温条件下污染日数出现频率高达52.7%，气温在-10.0～0.0℃和-20.0～-10.0℃时污染日数出现频率分别为42%和16.2%，≤-20.0℃气温下未出现污染。气温越高，平均AQI也越大，＞0℃和-10.0～0.0℃气温条件下平均AQI分别为127.2和 101.6，平均空气质量均为轻度污染，其他气温条件下平均AQI均在100以下，平均空气质量状况达标，≤-20.0℃气温条件下空气质量最好，平均AQI仅为54.5。逐日平均气温与逐日AQI相关系数为0.36，呈显著的正相关关系，可见呼和浩特市冬季气温也对空气质量有较大影响，由于气温越高，越容易形成逆温，不利于空气的垂直运动，近地面大气中的空气污染物扩散速度小于聚集速度，容易形成严重的污染天气[23]，因而空气质量越差。
图2 2013—2017年呼和浩特市冬季不同风向条件下污染日数分布频率（a.不同风向出现频率；b.平均AQI分布；c.污染日数出现频率；d.中度以上污染日数出现频率）
表3 2013—2017年冬季呼和浩特市不同气温条件下污染日数分布频率注：气温数据有1d缺测。气温/℃ 总日数/d污染日数频率/-20.0＜t≤-10.0 142 16.2 72.1-10.0＜t≤0.0 284 42.0 101.6 t＞0.0 19 52.7 127.2%AQI气温与AQI相关系数t≤-20.0 4 0.0 45.3 0.36**
