邵阳市气象因子对大气污染物的影响分析
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摘要：通过对邵阳市2016—2017年大气中PM10和PM2.5浓度资料以及AQI数据和同期气象资料，运用统计分析方法，分析得出影响PM10和PM2.5浓度的稀释、扩散和降水吸附3种典型天气机制及作用规律;3种机制相互作用下形成的PM10和PM2.5浓度的季节变化规律;PM10和PM2.5极值浓度的气象成因;冬季大气污染物浓度最大的成因。本研究结果只代表邵阳市城区，要进行准确的大气污染物预报则还需开展更深一步的研究。
关键词：邵阳市;气象因子;大气污染物;影响分析
1资料来源和研究方法
研究的大气污染物样本资料为国家环境保护部网络平台的2016年1月1日到2017年12月31日两年逐日监测值资料;邵阳市环保局2016年和2017年空气质量月报以及空气质量年报;气象资料为邵阳市气象局气象观测站的2016和2017年邵阳市高低空气象常规资料。上述大气污染资料为质控后的小时均值，运用时间序列和统计分析方法研究了2016年1月1日到2017年12月31日邵阳市PM10、PM2.5、SO2和O3等主要污染物浓度变化以及相关对应的气象因子特征，运用相关性分析方法探讨了风速、降水、雾霾与大气污染物之间的相关关系。
2邵阳市主要污染气体污染状况
2.1邵阳市主要污染气体的浓度介绍
邵阳市大气污染物主要来源于本地污染源排放和上游污染源的平流输送。邵阳市的能源结构是煤炭、电力和液化石油气，以煤炭为主。因此，邵阳市大气污染类型为煤烟型。邵阳市大气污染的主要污染物为PM10和PM2.5。两年中，PM2.5浓度占的全年污染天数分别为180天和181天，PM10浓度占的全年污染天数分别为27天和28天，2016年和2017年空气质量优良率差异较小。2016年至2017年，邵阳市环境空气中的二氧化硫和二氧化氮年均浓度均优于二级标准;其可吸入颗粒物年均浓度均超过国家二级标准;细颗粒物年均浓度均超过二级标准，一氧化碳和臭氧无年均浓度评价标准，不予评价。
2.2 PM10浓度的变化
PM10浓度的季节变化非常明显。2016年和2017年春季（3—5月），平均浓度分别为65和70;夏季（6—8月）最低，分别为47和57;秋季（9—11月）增高，浓度分别为86和75;冬季（12—2月）最高，浓度分别为113和107;2016年和2017年PM10浓度的月平均浓度最低值分别为42和52，分别出现在6月和7月，都处于夏季;2016年和2017年PM10浓度的月平均浓度最高值分别为128和120，都出现在12月。
2.3 PM2.5浓度的变化
PM2.5浓度的季节变化和PM10浓度的季节变化基本重叠。2016年和2017年春季（3—5月），平均浓度分别为43和48;夏季（6—8月）最低，分别为30和35;秋季（9—11月）增高，浓度分别为56和52;冬季（12—2月）最高，浓度分别为92和80;2016年和2017年PM2.5浓度的月平均浓度最低值分别为28和31，都出现在7月，处于夏季;2016年和2017年PM2.5浓度的月平均浓度最高值分别为107和92，分别出现在1月和12月，处于冬季。
3邵阳市主要污染物浓度和气象因子的关系
3.1 邵阳市城市大气污染物和风
风是边界层内影响污染物扩散的重要动力因子。近年邵阳市的风向一直以E风为主，冬季（12月～来年2月）以NE风为主导，夏季（6～8月）以SW风为主导，其全年静风频率高达28.5%，日均风速1.3米/秒，夏季平均靜风频率为22.9%。其它季节在31%左右。风对大气污染物浓度的影响在PM10和PM2.5排放量不变以及不考虑降水吸附的情况下，大气中PM10和PM2.5浓度减小的机制是稀释（外部新鲜空气注入）和扩散（污染物向高空扩散）。在风力等级大的情况下，有利于污染物扩散，而风力等级小或无风的条件下，对污染物扩散是相对不利的。通过对邵阳市区2016和2017年风向风速的统计可得，NE风向出现的频率最多，ENE风向出现的频率次之。风向频率超过6.0%的还有NNE、E，此外，两年的静风频率为9.85%，可见邵阳市区2016年主导风向为NE。邵阳市区2016年和2017年平均风速以NNE方向的风速为最大，达到2.7m/s，超过2.1m/s 的风向有S（2.5m/s）和NE（2.2 m/s）。
3.2降水对大气污染物浓度的影响
2017年6月24日到7月1日20时全市出现连续性强降水，全市平均降水量276.4mm，达到特大暴雨级别。我们用2017年6月16日到2017年7月1日的同月份无降水和有不同降水过程AQI浓度变化情况进行比较，可以清晰的看出中雨级别以上的降水天气过程对污染物的稀释影响巨大（AQI为当日24小时平均值），在这16天里，邵阳市环境空气质量指数都处于优的共9天，良的共7天。比较月度降水量，2016年1月邵阳市降水量为100.3mm，比历年偏多32.7mm，而2017年1月降水量为49.9mm，比历年偏少17.7mm，所以2016年1月比2017年1月空气质量好很多。 3.3 雾霾对大气污染物浓度的影响
邵阳市处于雾霾灾害风险中度威胁等级;邵阳市雾霾月份主要集中在冬半年，雾以辐射雾为主，多数集中在02-10时，加之冬季上游北方沙尘暴等污染源扩散的影响，浮尘和雾霾双管齐下导致冬季成为大气污染物浓度最高，一年中第12月份出现雾霾次数均达到60次以上。2016和2017这两年，连续10天PM10和PM2.5浓度最高的时段均出现在2016年12月和2017年12月。资料显示：当出现雾霾天气现象时，大气污染物浓度极高。为了分析霾的影响，选取2017年除夕和初一霾过程中PM2.5和PM10进行比较。2017年1月27日除夕当天，邵阳空气质量为中度污染。2017年1月28日大年初一，空气质量明显转差，邵阳转为严重污染。污染物逐时浓度变化规律显示，除夕日19：00后，烟花爆竹燃放量开始逐步增加，PM10、PM2.5值相应呈上升趋势;大年初一00：00是“辞旧岁，迎新年”的关键时间点，也是烟花爆竹燃放最集中的时段，PM10在2h内就从249μg/m3骤升至最大峰值727μg/m3，升幅数值达到近
3倍，这一系列数据表明烟花爆竹燃放是春节期间污染物剧增的重要因素，因此如果政府在法律法规层面对烟花爆竹禁止燃放将会让空气质量得到相当大的改善。
3.4 寒潮對大气污染物浓度的影响
据1971-2000年气象资料统计，邵阳寒潮总次数在30～60次之间，平均每年有1.3次左右。造成邵阳寒潮过程的500hPa（在400N以北、500～1400E范围内）环流型（见表3）乌山阻高和中亚阻高造成的寒潮过程比较多，共占38.2%，乌山阻高型多余中亚阻高型;一脊一槽型与两槽一脊型的次数比较接近，共占35.3%;而以纬向环流型下的寒潮过程最多占26.5%;两脊一槽型下，短期内无寒潮过程。邵阳市寒潮次数最多的月份和污染物浓度最大的月份是成正比的，都处于12月和1月，虽然寒潮带来了持续降水和风速加大，但也导致上游污染源的平流输送持续加大，加之冬季全国大范围的供热系统开启，导致大气污染物的剧增，让大气污染物浓度雪上加霜，特别是寒潮前期和后期，邵阳市大气污染物都呈现增多的趋势。
4结语
从近两年的监测数据来看，PM2.5和PM10是邵阳市大气环境的主要污染物，其次是O3和SO2，最后是CO;从邵阳市的年风向风速玫瑰图可以得出，我市常年处于NE风并且风速低，静风频率高导致容易形成相持的静稳气象条件，不利于污染物的扩散;风向风速、降水对空气质量都有较大的影响，风速小、无降雨的天气形势下极易发生大型污染物集聚现象，4级以上风速以及中雨量级以上天气过程对污染物的扩散有很大作用;当出现微量降雨时或雾霾天气时，大气污染物则会进一步加剧;数据显示连续的大型降水对大气污染物的清除效率最高;冬季是全年大气污染物高峰期，主要由于寒潮导致上游污染源的平流输送加大。我们只有通过深入分析邵阳市大气污染物产生的根源，了解气象要素和大气污染物的关系，探讨大气污染物的发展规模，积极宣传大气污染物的科普知识，才能为防止大气污染、保护城市生态环境做出贡献。
参考文献
[1]黄世芹，彭科曼，陈海凤.贵阳市近4a 空气质量特征分析[J].贵州气象，2017，41（4）：52-56.
[2]孙嵩焘.APEC 会议期间北京地区大气污染物的分析研究[J].贵州气象，2017，41（2）：32-39.
第一作者简介：戴俊（1981-）男，汉族，湖南邵阳人，本科学历，工程师，主要从事气象综合科研和装备管理工作。
（作者单位：1.邵阳市气象局;2.邵阳市邵东县气象局）
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