论文部分内容阅读
摘要 利用2004—2012年济宁市API和气象观测资料，研究济宁市空气质量状况分布特征，分析空气污染指数与气象要素的关系，结果表明：近9年济宁市环境空气质量年优良率为92.3%，年平均API整体呈波动上升趋势，季节变化明显；污染指数与降水量、低云量、相对湿度、风速和气温呈负相关，与气压呈正相关；济宁市空气污染日主要受S和WN风影响；不同的污染指数等级所对应的能见度和相对湿度成反比关系，能见度越低，相对湿度越高，能见度越高，相对湿度越低；污染指数等级越高，对应的风速越小，能见度的范围越低。
关键词 空气污染指数（API）；气象要素；山东济宁；2004—2012年
中图分类号 P42；X51 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）18-0167-02
随着经济的高速发展，能源与交通规模明显扩大，城市人口迅速膨胀，大气污染日益严重。大气是无处不在而且只能吸收、不可选择的环境，与人们的身体健康密切相关。研究表明[1]，气象条件对污染物的扩散、稀释和积累有一定作用，在污染源一定的条件下，污染物浓度的大小主要取决于气象条件。对于空气质量与气象要素的关系，我国研究者从不同角度进行过研究：李德平等[2]分析2001—2007年数据表明，影响北京地区三级以上污染的主要气象因子为风向、降水和逆温层；王淑英等[3]分析北京地区PM10污染的气象特征，表明在稳定的天气条件下，PM10浓度与相对湿度呈正相关，与能见度、风速和气压呈负相关；张国勋等[4]指出，杭州市大气污染物浓度与降水量、气温和SSW 风等呈明显的负相关，与静风和逆温呈明显的正相关。
济宁市位于鲁南泰沂低山丘陵与鲁西南黄淮海平原交接地带，地形以平原洼地为主，地势东高西低，地貌复杂。近年来，由于城市工业化、交通运输业的迅速发展，大气污染源和量增多，空气质量不容乐观，本文利用济宁市2004—2012年空气污染指数（API）和气象资料，分析API的时空分布特征，探讨济宁市空气污染指数与气象条件的关系，为济宁市乃至鲁西南空气污染的防治提供依据。
1 资料与方法
2004—2012年济宁市MICAPS地面常规观测资料（包括温度、气压、湿度、风向风速等气象要素），国家环境保护总局提供的2004—2012年济宁市空气污染指数（API）。
2 结果与分析
2.1 济宁市空气质量状况
由表1可以看出，近9年济宁市环境空气质量年优良率为92.36%，其中优占6.84%，良占85.52%，轻度污染占7.57%。空气质量月际变化表现为7—8月的空气质量最好，优良率均达到99%以上，6月、12月和1月空气质量较差，优良率为82%左右。
分析济宁年平均API和月平均API得出：年平均API整体呈波动上升趋势，最高值在2010年达到84.6，接近轻度污染的状态。
综上所述：济宁地区空气污染指数具有逐年升高的趋势；季节变化明显，冬季污染指数较高，夏季污染指数较低。济宁地区属暖温带季风气候，四季分明，冬季（11月、12月和1月）混合层高度低，大气层结在垂直和水平方向上比较稳定，冬季供暖所产生的可吸入性颗粒物、汽车尾气等累积在边界层下层，导致空气污染严重。7—8月济宁市处于汛期，降水较多且多为对流性降水，对空气中悬浮的灰尘和粉尘起冲刷沉降作用。另外，大气对流活动旺盛，使近地层污染物得到扩散稀释。6月空气污染指数较高与当地的秸秆焚烧有一定关系。
2.2 API指数与气象要素的关系
导致空气污染的影响因子众多，主要包括污染源及其强度、气象条件、地形等自然因素以及城市交通等人文因素。其中，气象条件这一自然因子对空气污染的影响最为复杂和多变。
2.2.1 与气象要素的相关性。利用相关统计法分析 2004—2012年济宁市空气污染指数与气象要素的相关关系，由表2可以看出，空气污染指数与气温呈负相关、气压呈正相关，这与其季节分布密切相关，夏季气温高，气压低，空气污染较小，冬季气温低，气压较高，空气污染较大；与降水量显著负相关，这是因为降水对污染物有沉降清洁作用；与总云量和低云量呈负相关，低云的增多说明低空不稳定性大，大气垂直运动明显，垂直扩散能力较强，利于污染物的扩散[5]；与日照时数相关性不大；与相对湿度和风速呈负相关，这在下面将进行进一步分析。
2.2.2 与风向的关系。风是边界层内影响污染物扩散的重要的动力因子。风向决定着大气中污染物的输送方向，风速则影响着大气中污染物的扩散稀释快慢程度，特别是低层风向、风速的变化直接影响空气污染物的聚散以及各处的浓度分布。
上文相关分析法已得出污染物指数和近地面风速呈现出明显的负相关关系。由图1可以看出，近地面主导风向为南风，SE到S 3个风向所占比例为27%，W到NW 3个风向所占比例为29%。N风仅占5%，北风常常携带冷空气南下，有利于大气中污染物质的及时清除，空气质量较好。
2.2.3 与相对湿度的关系。空气中气溶胶粒子吸湿增长从而对大气能见度产生影响。由图2a可以看出，不同的污染指数等级所对应的能见度和相对湿度成反比关系，能见度越低，相对湿度越高；能见度越高，相对湿度越低。同时，污染指数等级越高，对应的能见度范围就越低。空气质量在优时，相对湿度基本>20%，能见度>10 km；空气质量轻度污染时，相对湿度基本<60%，能见度<15 km。
2.2.4 与风速的关系。风速通过影响大气中颗粒物、水汽的输送和扩散情况从而影响大气能见度。风速较小时，有利于大气稳定层结的维持，空气中的污染物颗粒不易扩散，空气污染加重；反之，空气中的风速较大时，大气层结稳定性被破坏，有助于污染物颗粒的的扩散，空气质量转好。由图2b可以看出，随着污染指数等级越高所对应的风速越小，能见度的范围越低。地面风力条件是大气污染物稀释扩散的最直接因素之一，其作用表现在2个方面：一是风的水平输送作用，当地大气中的污染物在风的推动下，被输送到其他地区；二是风对大气污染物的稀释作用，污染物随风移动并得到风的搅动，不断与周围相对干净的空气混合而最终稀释。空气质量在优时，风速>2 m/s，能见度>10 km；空气质量在轻度污染时，风速<4 m/s，能见度<15 km。
3 结论
（1）近9年济宁市环境空气质量年优良率为92.3%，年平均API整体呈波动上升趋势，季节变化明显，冬季污染指数高，夏季污染指数低，6月污染指数较高可能和麦收秸秆焚烧有一定关系。
（2）空气污染指数与气温呈负相关、气压呈正相关，这与其季节分布密切相关；与降水量显著负相关，这是因为降水对污染物有沉降清洁作用；与总云量和低云量呈负相关；与日照时数相关性不大。
（3）根据不同风向上空气污染日数的分布统计，济宁市污染日主要受S和WN风影响。
（4）不同的污染指数等级所对应的能见度和相对湿度成反比关系，能见度越低，相对湿度越高；能见度越高，相对湿度越低。同时，污染指数等级越高，对应的能见度范围越低。
（5）分析不同等级污染指数对应的能见度和风速的变化发现，随着污染指数等级越高所对应的风速越小，能见度的范围越低。
4 参考文献
[1] 郑美琴，卢振礼.日照市区PM10污染物特征及其与气象要素的关系[J].南京气象学院学报，2006，29（3）：413-417.
[2] 李德平，程兴宏，于永涛，等.北京地区三级以上污染日的气象影响因子初步分析[J].气象与环境学报，2010，26（3）：7-13.
[3] 王淑英，张小玲.北京地区 PM10污染的气象特征[J].应用气象报，2002，13（增刊1）：177-184.
[4] 张国勋，陈超，王成臣.气象因素对杭州城市空气质量的影响[J].干旱环境监测，2003，17（3）：147-148.
[5] 洪盛茂，焦荔，何曦，等.杭州市区空气污染物变化特征及其与气象条件的关系[J].气象，2010，36（2）：93-101.
关键词 空气污染指数（API）；气象要素；山东济宁；2004—2012年
中图分类号 P42；X51 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）18-0167-02
随着经济的高速发展，能源与交通规模明显扩大，城市人口迅速膨胀，大气污染日益严重。大气是无处不在而且只能吸收、不可选择的环境，与人们的身体健康密切相关。研究表明[1]，气象条件对污染物的扩散、稀释和积累有一定作用，在污染源一定的条件下，污染物浓度的大小主要取决于气象条件。对于空气质量与气象要素的关系，我国研究者从不同角度进行过研究：李德平等[2]分析2001—2007年数据表明，影响北京地区三级以上污染的主要气象因子为风向、降水和逆温层；王淑英等[3]分析北京地区PM10污染的气象特征，表明在稳定的天气条件下，PM10浓度与相对湿度呈正相关，与能见度、风速和气压呈负相关；张国勋等[4]指出，杭州市大气污染物浓度与降水量、气温和SSW 风等呈明显的负相关，与静风和逆温呈明显的正相关。
济宁市位于鲁南泰沂低山丘陵与鲁西南黄淮海平原交接地带，地形以平原洼地为主，地势东高西低，地貌复杂。近年来，由于城市工业化、交通运输业的迅速发展，大气污染源和量增多，空气质量不容乐观，本文利用济宁市2004—2012年空气污染指数（API）和气象资料，分析API的时空分布特征，探讨济宁市空气污染指数与气象条件的关系，为济宁市乃至鲁西南空气污染的防治提供依据。
1 资料与方法
2004—2012年济宁市MICAPS地面常规观测资料（包括温度、气压、湿度、风向风速等气象要素），国家环境保护总局提供的2004—2012年济宁市空气污染指数（API）。
2 结果与分析
2.1 济宁市空气质量状况
由表1可以看出，近9年济宁市环境空气质量年优良率为92.36%，其中优占6.84%，良占85.52%，轻度污染占7.57%。空气质量月际变化表现为7—8月的空气质量最好，优良率均达到99%以上，6月、12月和1月空气质量较差，优良率为82%左右。
分析济宁年平均API和月平均API得出：年平均API整体呈波动上升趋势，最高值在2010年达到84.6，接近轻度污染的状态。
综上所述：济宁地区空气污染指数具有逐年升高的趋势；季节变化明显，冬季污染指数较高，夏季污染指数较低。济宁地区属暖温带季风气候，四季分明，冬季（11月、12月和1月）混合层高度低，大气层结在垂直和水平方向上比较稳定，冬季供暖所产生的可吸入性颗粒物、汽车尾气等累积在边界层下层，导致空气污染严重。7—8月济宁市处于汛期，降水较多且多为对流性降水，对空气中悬浮的灰尘和粉尘起冲刷沉降作用。另外，大气对流活动旺盛，使近地层污染物得到扩散稀释。6月空气污染指数较高与当地的秸秆焚烧有一定关系。
2.2 API指数与气象要素的关系
导致空气污染的影响因子众多，主要包括污染源及其强度、气象条件、地形等自然因素以及城市交通等人文因素。其中，气象条件这一自然因子对空气污染的影响最为复杂和多变。
2.2.1 与气象要素的相关性。利用相关统计法分析 2004—2012年济宁市空气污染指数与气象要素的相关关系，由表2可以看出，空气污染指数与气温呈负相关、气压呈正相关，这与其季节分布密切相关，夏季气温高，气压低，空气污染较小，冬季气温低，气压较高，空气污染较大；与降水量显著负相关，这是因为降水对污染物有沉降清洁作用；与总云量和低云量呈负相关，低云的增多说明低空不稳定性大，大气垂直运动明显，垂直扩散能力较强，利于污染物的扩散[5]；与日照时数相关性不大；与相对湿度和风速呈负相关，这在下面将进行进一步分析。
2.2.2 与风向的关系。风是边界层内影响污染物扩散的重要的动力因子。风向决定着大气中污染物的输送方向，风速则影响着大气中污染物的扩散稀释快慢程度，特别是低层风向、风速的变化直接影响空气污染物的聚散以及各处的浓度分布。
上文相关分析法已得出污染物指数和近地面风速呈现出明显的负相关关系。由图1可以看出，近地面主导风向为南风，SE到S 3个风向所占比例为27%，W到NW 3个风向所占比例为29%。N风仅占5%，北风常常携带冷空气南下，有利于大气中污染物质的及时清除，空气质量较好。
2.2.3 与相对湿度的关系。空气中气溶胶粒子吸湿增长从而对大气能见度产生影响。由图2a可以看出，不同的污染指数等级所对应的能见度和相对湿度成反比关系，能见度越低，相对湿度越高；能见度越高，相对湿度越低。同时，污染指数等级越高，对应的能见度范围就越低。空气质量在优时，相对湿度基本>20%，能见度>10 km；空气质量轻度污染时，相对湿度基本<60%，能见度<15 km。
2.2.4 与风速的关系。风速通过影响大气中颗粒物、水汽的输送和扩散情况从而影响大气能见度。风速较小时，有利于大气稳定层结的维持，空气中的污染物颗粒不易扩散，空气污染加重；反之，空气中的风速较大时，大气层结稳定性被破坏，有助于污染物颗粒的的扩散，空气质量转好。由图2b可以看出，随着污染指数等级越高所对应的风速越小，能见度的范围越低。地面风力条件是大气污染物稀释扩散的最直接因素之一，其作用表现在2个方面：一是风的水平输送作用，当地大气中的污染物在风的推动下，被输送到其他地区；二是风对大气污染物的稀释作用，污染物随风移动并得到风的搅动，不断与周围相对干净的空气混合而最终稀释。空气质量在优时，风速>2 m/s，能见度>10 km；空气质量在轻度污染时，风速<4 m/s，能见度<15 km。
3 结论
（1）近9年济宁市环境空气质量年优良率为92.3%，年平均API整体呈波动上升趋势，季节变化明显，冬季污染指数高，夏季污染指数低，6月污染指数较高可能和麦收秸秆焚烧有一定关系。
（2）空气污染指数与气温呈负相关、气压呈正相关，这与其季节分布密切相关；与降水量显著负相关，这是因为降水对污染物有沉降清洁作用；与总云量和低云量呈负相关；与日照时数相关性不大。
（3）根据不同风向上空气污染日数的分布统计，济宁市污染日主要受S和WN风影响。
（4）不同的污染指数等级所对应的能见度和相对湿度成反比关系，能见度越低，相对湿度越高；能见度越高，相对湿度越低。同时，污染指数等级越高，对应的能见度范围越低。
（5）分析不同等级污染指数对应的能见度和风速的变化发现，随着污染指数等级越高所对应的风速越小，能见度的范围越低。
4 参考文献
[1] 郑美琴，卢振礼.日照市区PM10污染物特征及其与气象要素的关系[J].南京气象学院学报，2006，29（3）：413-417.
[2] 李德平，程兴宏，于永涛，等.北京地区三级以上污染日的气象影响因子初步分析[J].气象与环境学报，2010，26（3）：7-13.
[3] 王淑英，张小玲.北京地区 PM10污染的气象特征[J].应用气象报，2002，13（增刊1）：177-184.
[4] 张国勋，陈超，王成臣.气象因素对杭州城市空气质量的影响[J].干旱环境监测，2003，17（3）：147-148.
[5] 洪盛茂，焦荔，何曦，等.杭州市区空气污染物变化特征及其与气象条件的关系[J].气象，2010，36（2）：93-101.