淺析福州大氣汙染日與氣象條件關係的論文
淺析福州大氣汙染日與氣象條件關係的論文
隨著我國城市化程序的加快，各類環境問題日益凸顯。大氣的嚴重汙染不僅造成環境惡化，而且給人類健康帶來重大影響，已日益成為社會公眾關心的熱點。根據現有的環境監測資料分析，影響城市空氣質量的主要因子除了汙染物的排放和輸送外，氣象條件的變化對城市空氣質量的影響也相當明顯。氣象條件既可能有利於城市大氣汙染物的擴散，也可能造成大氣汙染物的區域性堆集，故大氣汙染，是由於人類汙染的排放與天氣條件的綜合作用導致的'。本文利用20xx—20xx年福州城市的環境監測資料、氣象資料，對造成城市空氣質量達到汙染日等級以上的天氣現象進行分析，旨在專門探索可能出現福州大氣汙染日的天氣形勢及大氣垂直分佈特徵，以期為汙染日預報和預防，為環保部門釋出重汙染天氣預警提供理論支援。
1 資料來源與研究方法
1.1資料收集和汙染日等級確定
城市空氣質量資料取自20xx—20xx年福州環境監測站的大氣汙染物觀測資料，主要分析物件為PM10、SO2和NO2等。城市空氣質量的每日監測結果API取自每日福州國控監測點資料的算術平均值。根據環境保護部2008年釋出的《城市空氣質量日報和預報技術規定》城市空氣汙染指數（API）技術規定：API大於100，為汙染日，API大於300為重汙染日。20xx－20xx年福州市大氣汙染日共有41天，重汙染日有2天。
2 結果與分析
2.1 福州汙染日的時間分佈特點
福州各季節大氣汙染日天數分佈情況為：春季 19 天、佔總數 44%；夏季 2 天，佔總數 4.7%；秋季 1 天，佔總數 2.3%；冬季 21 天，佔總數 49%。圖 1 為福州各月大氣汙染日出現天數佔大氣汙染日總天數百分比分佈圖，圖中顯示福州 3 月大氣汙染日天數佔大氣汙染日總天數百分比最大，佔 25.6%；1 月次之，佔 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 月沒有大氣汙染日。
福州冬春季逆溫現象出現頻繁且逆溫層較厚，空氣層結穩定，特別是福州 3、4 月冷空氣勢力較弱時，低層大氣多屬靜穩大氣，大氣擴散條件相對較差，而且地面多為偏北風，會帶來北面工業汙染，導致大氣汙染日天數相對較多。而夏秋兩季逆溫現象少，大氣層結穩定性差，低層湍流交換強，午後多雷陣雨，易於汙染物擴散。同時，風力較大，且多為源自洋麵的潔淨東南氣流。另外，5、6 月份降水多，雨量大，能起到不斷淨化空氣的作用，因此大氣汙染較少。
2.2 汙染日與天氣形勢關係
2.2.1 500 hPa 大氣環流背景
透過 2008-2012 年福州大氣汙染日 500 hPa 大氣環流的背景分析可得，大氣汙染日我國 35°N 以南中低緯度的 500 hPa 環流系統均為緯向分佈，環流平直，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 以北可以是緯向環流，也可以是經向環流，但為經向環流時，冷空氣主要在高緯度活動，路經偏北、偏東。這說明福州大氣汙染日發生時，500 hPa 關鍵區處在弱暖平流控制或冷空氣活動較弱的天氣背景下。
2.2.2 海平面氣壓場天氣形勢
近地層空氣活動與大氣汙染關係密切。本研究以海平面氣壓場為主，結合 850 hPa 高度場，對海平面氣壓場天氣形勢與大氣汙染日的關係進行分析。出現大氣汙染日的海平面氣壓場主要有以下 6 種天氣形勢：大陸高壓脊型、變性冷高壓前部型、變性冷高壓底部型或後部型、鋒前暖區型、均壓場型、地面倒槽暖區型。與同期無汙染日同形天氣形勢相比較，前 5種天氣形勢出現大氣汙染日時，850 hPa 關鍵區等高線稀疏，天氣系統活動較弱，冷空氣勢力不強，如圖 2 中 850 hPa 高度場。而地面倒槽暖區型出現時，倒槽內的低壓主體沿長江東移，或少動，福州處在地面倒槽暖區東側邊緣地帶。
2.3 汙染日氣象要素的垂直結構特徵分析
2.3.1 風的垂直結構特徵分析
風是邊界層內影響汙染物擴散的重要動力因子。風向決定著大氣中汙染物的輸送方向，風速則影響著大氣中汙染物的擴散稀釋快慢，特別是低層風向、風速的變化直接影響空氣汙染物的聚散及各處的濃度分佈。分析福州 2008 年到 2012 年大氣汙染日探空觀測風的垂直分佈資料，93%近地層存在風向突變。風向突變是指大氣風向隨高度迅速變化，也可以看成兩氣團交介面。福州市區所在地屬於典型的河口盆地，盆地四周被群山峻嶺所環抱，海撥高度 1000m 左右，圍住下層氣團。下層氣團不易隨上層氣團一起移動。近地層下層氣團內風速都不大，925 hpa 以下氣層 58%的平均風小於 2 m/s，最大平均風速不超過 5.7 m/s，08 時靜風風頻為 30%。大氣汙染日地面平均風速 1.9 m/s，大大小於常年平均風速 2.6 m/s。群山圍繞著近地層下層氣團內產生的汙染物，垂直與水平擴散受阻，汙染物就近堆積，從而造成大氣汙染日天氣。近地層風向突變情況、風速大小可作為福州汙染日天氣預報的參考因素。
2.3.2 溫度的垂直結構特徵分析
層結穩定度與空氣汙染物擴散呈反相關。逆溫是決定大氣稀釋擴散能力的重要因子。當逆溫生成時，湍流運動受到抑制，尤其湍流垂直運動難以發展，大氣擴散能力減弱，汙染物被向下卷夾，造成近地層汙染物的大量積累。2008-2012 這五年福州大氣汙染日近地層，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在 925 hPa 以下，汙染源產生的汙染物無法向上擴散，導致大氣汙染物在近地層堆積，從而造成汙染日天氣。因此逆溫層，等溫層可作為福州大氣汙染日天氣預報的參考因素之一。
2.3.3 溼度的垂直結構特徵分析
溼層是指大氣中相對溼度≥80%的某層大氣。根據對 2008-2012 年大氣汙染日近地層溼度垂直分佈情況統計分析，發現：這五年福州大氣汙染日近地層（850 hPa 以下）基本上都存在一個溼層。其中，77%溼層底層出現在 1000 hPa 左右，非常接近地面。78%溼層中最大相對溼度大於 95%，14%溼層中最大相對溼度達到 100%，但都還未達到形成降水。
3 結論與討論
(1) 福州大氣汙染日多發生在500 hPa高度場關鍵區在弱暖平流控制或冷空氣活動較弱的天氣背景下。
(2) 850 hPa 高度場關鍵區高線稀疏，天氣系統很弱。
(3) 易發生大氣汙染日海平面主要氣壓場型別有：大陸高壓脊型、變性冷高壓前部型、變性冷高壓底部型或後部型、鋒前暖區型、均壓場型、地面倒槽暖區型。
(4) 大氣汙染日時福州近地層存在逆溫層和風向突變層，近地層與上層氣流交流不暢。近地層大氣氣溫較高，一般為靜風或風速較小，是靜穩大氣，汙染物的水平與垂直擴散能力都較低。逆溫層、風向突變層可作為福州大氣汙染日天氣預報的參考因素。
(5)近地層溼層的存在有利於汙染天氣形成。
總之，以上幾點結論對福州大氣汙染日預報提供了一些基本思路及參考因素，易於操作，實用性強，併為環保部門釋出重汙染天氣預警提供一定理論依據。但由於資料有限，本文僅作些粗淺探討，對福州外來大氣汙染影響等考慮甚少，同時，城市間空氣汙染的相互影響及外來影響主要天氣型在應用過程中還有待不斷歸納、總結。