临夏市雾霾天气现状及气象因子对其的影响研究

韦伯龙 马俊强 孙玉莲 马玉坤 文慧

摘要 利用2014—2015年环境监测资料及常规气象资料，分析临夏市环境空气污染物浓度日变化情况、污染物的构成及气象条件对雾霾的形成、分布的作用，结果表明：空气污染物浓度高值主要集中在冬季（12月至次年2月），与地形、大气环流形势、风速、降水、城市热岛效应都有紧密的联系，其中风速与空气污染物浓度成明显的负相关关系，并且简述了气象条件对临夏市环境空气污染影响利弊。

关键词 雾霾；现状；气象因子；甘肃临夏

中图分类号 X513 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）04-0236-04

Fog and Haze Situations and Its Impact of Meteorological Factors in Linxia City

WEI Bo-long MA Jun-qiang SUN Yu-lian MA Yu-kun WEN Hui

（Linxia Meteorological Bureau of Gansu Province，Linxia Gansu 731100）

Abstract By using environmental monitoring data and routine meteorological data of years from 2014 to 2015，this study analyzed the day changes of ambient air pollutant concentrations，constitute pollutants and the effect of meteorological conditions on haze formation and its distribution in Linxia City.The results showed that high value of air pollutant concentrated mainly in winter（December-February），and it had close contact with the terrain，atmospheric circulation，wind speed，precipitation and urban heat island effect.The wind speed and air pollutant concentrations had a significant negative correlation.The pros and cons of meteorological conditions on ambient air pollution in Linxia City were outlined.

Key words haze；situation；meteorological factors；Linxia Gansu

雾霾是雾和霾的组合词，雾和霾是2种不同的天气现象，世界气象组织以及中国观测规范对此也都有明确规定。雾是指由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的、能见度降低到1 km以内的自然现象。而在中国气象局的《地面气象观测规范》中，灰霾天气被这样定义：“大量极微细的干性尘粒、烟粒等（气象学上称为气溶胶颗粒）均匀悬浮于空中，使空气混浊、视野模糊并导致能见度恶化，当水平能见度低于10.0 km、相对湿度小于80%时，排除降水、扬沙、浮尘、烟雾、吹雪、雪暴、沙尘暴等天气现象造成视程障碍空气普遍混浊现象。”霾使得远处光亮物略微带黄、红色，使黑暗物微带蓝色，以上即为雾霾的气象学定义[1-3]。

雾霾天气是雾和霾的混合产物，两者的主要区别在于：出现雾时，空氣相对湿度很大、水汽充足，风速较小且能见度小于1 km；而出现霾时，其相对湿度一般小于60%、天气较为干燥且能见度小于10 km[4]。由此可见，雾霾现象是在不同的天气条件下形成的，它与空气湿度、水平能见度和凝结核半径有着直接的关系[5]。另外，雾霾主要是由氮氧化合物、二氧化硫以及可吸入颗粒物组成，前两者为气态污染物，而颗粒危害物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。《中华人民共和国环境保护法》自2015年1月1日修订施行，将环境保护纳入国家基本国策，实行环境保护目标责任制和考核评价制度。对人体健康影响较大的二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、颗粒物PM10、颗粒物PM2.5为环境空气质量基本监测项目，其中二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、颗粒物PM10 3项被纳入环境空气质量考核指标。

1 临夏市环境空气质量现状分析

1.1 临夏市环境空气污染物主要来源

临夏市环境空气污染主要包括生产性污染、生活性污染、交通运输性污染。其中，二氧化硫（SO2）主要来源于机动车尾气、燃煤锅炉排放及烟花爆竹燃放、垃圾焚烧等。二氧化氮（NO2）除自然环境生成外，主要来源于矿物燃料在工业中的高温燃烧过程及机动车尾气、燃煤锅炉排放、垃圾焚烧等。一氧化碳（CO）主要来源于燃料的不完全燃烧，除森林火灾等自然灾害外，主要来自于人为排放，排放源主要为机动车尾气、燃煤锅炉排放及垃圾、秸秆焚烧等。臭氧（O3）是燃料燃烧和工业排放到空气中的污染物经过光化学反应形成的二次污染物，及高压静电和紫外线作用产生的高浓度臭氧。颗粒物PM10主要来自于污染源的直接排放，如燃煤、机动车等排放的细小颗粒物；环境空气中硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机化合物及其他化合物互相作用形成的细小颗粒物；大气运动输入的沙尘，建筑工地、裸露土地、工业生产造成的沙尘、粉尘。颗粒物PM2.5主要来源于工业生产、机动车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，供热、烹调过程中燃煤、燃气及燃油排放的烟尘。

1.2 临夏市环境空气质量现状分析

从图1、2可以看出，11月下旬至次年5月上旬，临夏市环境空气污染物浓度较高，为环境空气污染治理关键期；其余时间段临夏市环境空气污染物浓度较低，为环境空气污染长效治理期。其中二氧化硫（SO2）主要影响时段在11月下旬至次年2月中旬；二氧化氮（NO2）主要影响时段在12月下旬至次年2月中旬；一氧化碳（CO）主要影响时段在11月下旬至次年2月中旬；臭氧（O3）主要影响时段在4—9月；颗粒物PM10主要影响时段在11月中旬至次年5月中旬；颗粒物PM2.5主要影响时段在10月下旬至次年3月中旬。

2 临夏市环境空气质量影响分析

2.1 地理地形对环境空气质量的影响

2.1.1 地理地形不利于大气污染物的稀释和扩散。

（1）风速小，不利于大气污染物的水平扩散。临夏州地处青藏高原与黄土高原的过渡地带，地形呈西南高、东北低于西南而高于中部，呈“L”型倾斜盆地状态。临夏市西倚积石山脉、南屏太子山脉，依大夏河谷沿西南向东北为“U槽”底部，海拔高度1 900 m，两侧山脉海拔2 200 m以上。特殊的地理位置及地形条件，不利于污染物的扩散。夏冬季受积石山脉和太子山脉的屏障作用，临夏市静风频率高、空气扰动小，平均风速在1.6～1.7 m/s之间，较小的风速不利于污染物水平扩散。春秋季主要是北风，而西南至东北向的“U”型地形不利于污染物的扩散。

（2）逆温多，不利于污染物垂直扩散。秋冬季节由于大气层结比较稳定，逆温日数多、持续时间长，逆温层仿佛盖子一样罩在“小盆地地形”的临夏市上空，阻挡了环境空气污染物的垂直扩散，使环境空气污染物沉积在近地面层，导致环境空气污染物浓度增高。秋季污染浓度开始增加，到冬季污染物浓度为一年中最高，加之冬季燃煤等增多，在一定程度上加重了环境空气污染。

2.1.2 山脉阻挡使风沙减少。从图3可以看出，由于太子山脉和积石山脉的屏障作用使得临夏市大风及沙尘天气减少，也使得沿西路、西北路径输送的沙尘天气影响强度减弱。根据气象资料统计分析（1980—2015年），近年来临夏市大风、沙尘天气日数呈明显减少趋势，自2000年以来，临夏市仅2001年和2002年分别出现2次和1次沙尘暴，其他沙尘均为扬沙和浮尘。由此可见，由山脉屏障作用致使大气运动造成的外源性污染对临夏市环境空气污染影响呈减轻的趋势。

2.1.3 焚风效应不利于冬春季节降水出現。从图4可以看出，受太子山脉、积石山脉地形影响，临夏市焚风特征明显（当冷空气自西向东跨越山脉时，在迎风坡，空气被迫抬升，膨胀降温，使空气中的水汽凝结并释放凝结潜热。过山后，气流下沉，空气受到压缩，密度增大，内能增加，造成绝热增温，湿度减小，形成了干热的气流，气象学称此为焚风，通常空气每下降100 m，温度升高1 ℃）。焚风出现经常与偏西风相伴，焚风发生主要集中在冬季和春季，夏季出现较少，但夏季的焚风会加重高温的强度。焚风主要表现为气温升高、湿度明显下降，一定程度上造成临夏市冬春季节降水明显偏少，导致环境空气污染物浓度较高。

2.2 气象条件对环境空气污染物扩散的影响

2.2.1 大气环流影响环境空气污染物扩散。冬春季节临夏市上空基本盛行西北气流，准静止高压型天气较多，降水量只占年总降水量的0.7%～2.8%，大多时间天气晴朗，风速较小，中低层空气发生大规模的下沉运动，易形成逆温层，使大气对污染物的扩散稀释能力大大下降，呈现所谓“空气停滞”现象。冬春季节受供热燃煤等因素影响，临夏市环境空气污染物排放量较大、浓度较高。夏秋季节低气压和锋面型天气较多，大气层结不稳定，降水日数多、降雨量级大，地面盛行偏东、偏南风，呈现气温高、湿度大、雨日多。夏秋季节通常风速较大，大气处于中性或不稳定状态，有利于环境空气污染物的扩散和稀释，加之频繁降水对环境空气污染物能的清除和冲刷作用，使得临夏市夏秋季节环境空气污染物浓度较低。

2.2.2 降水有利于环境空气净化。降水对环境空气污染物有着冲刷作用，可以减少空气中悬浮的粉尘数量和浓度，产生湿沉降，从而降低环境空气污染物浓度。长期干旱少雨会导致悬浮颗粒物大幅增加，增加环境空气污染物浓度，反之降水时间越长，环境空气污染物浓度越低，夏秋季空气质量优良天数较多的主要原因是降水日数较多。2015年1月21—25日，临夏市环境空气污染物颗粒物PM2.5和颗粒物PM10浓度持续走高，连续5 d分别超过200 ug/m3和300 ug/m3。26日开始，冷空气逐渐南下侵入，风速加大，颗粒物PM2.5和颗粒物PM10浓度有所降低，自27日降雪开始以后，颗粒物PM2.5和颗粒物PM10浓度急剧下降，至29日降雪天气过程结束后，颗粒物PM2.5和颗粒物PM10浓度维持在100 ug/m3和150 ug/m3以下，1月30日至2月3日临夏市空气质量连续5 d为优，可见降水对环境空气污染物的冲刷作用非常明显。

2.2.3 风是环境空气污染物输送扩散的主要动力。风速是大气水平扩散能力的主要指标，直接决定大气稀释扩散能力的大小。由图6、表1可以看出，环境空气污染物中除臭氧（O3）浓度与平均风速呈正相关关系外，其余环境空气污染物浓度均呈负相关关系，即风速越大则越有利于环境空气污染物的水平输送和垂直扩散。

2.3 城市热岛效应影响环境空气质量

城市热岛效应和环境空气污染相互影响，相互作用，关系密切。城市热岛效应是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市“高温化”。城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就像突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，因此就被形象地称为城市热岛。临夏市人口密度大（26 966.6人/km2，位居全省第二），居民区燃烧大量的燃料、排放大量的热量；市区以水泥、沥青为主的路面和建筑物有较强的吸收太阳辐射能的本领；城市水面小、地表含水量低、空气流通不畅、水的蒸发量少、累积的热量不能及时传递出去等因素使得城市热岛效应加剧。城市热岛环流对环境空气污染物输送产生影响。当天气形势比较稳定时，大范围风场微弱时，随着城区热空气的不断上升，上升气流达到一定高度后，又向四周郊区流出，在郊区附近下沉，郊区的近地面空气必然从四周流入市区，气流向市中心辐合，构成局地闭合环流—热岛环流。

临夏市区由于热岛环流的存在经受多次污染。因为环流在下沉过程中，从城区输送出去的污染物随气流回到近地层，然后由流向市区的空气携带再次进入市区，并在市中心（热岛中心）处辐合，加大地面浓度，而上升气流又将把环境空气污染物带到空中向四周辐散，因此热岛环流对城市起着循环污染的作用。

3 结论

（1）临夏市空气污染物浓度高值主要集中在冬季（12月至次年2月）。

（2）污染物浓度与地形、大气环流形势、风速、降水、城市热岛效应都有紧密的联系，其中风速与空气污染物浓度成明显的负相关关系。

（3）气象条件对临夏市环境空气污染治理利弊不均，利主要体现在：受山脉屏障作用，阻挡了大气环流运动引起的沙尘、粉尘输送；春夏季节环流形势致使大气层结处于中性或不稳定状态，大气垂直运动强烈，有利于环境空气污染物的扩散和稀释；降水对环境空气污染物浓度有较强的稀释作用。弊主要体现在：受地理地形影响导致临夏市风速比较小，不利于环境空气污染物的水平扩散；冬春季节环流形势致使大气层结相对稳定，逆温持续时间长且逆温层厚，不利于环境空气污染物的垂直扩散；焚风效应在一定程度上造成冬春季节降水明显偏少，致使环境空气污染物浓度比较高；城市热岛效应导致临夏市环境空气的二次污染和循环污染。

4 参考文献

[1] 胡亚旦，周自江.中国霾天气的气候特征分析[J].气象，2009，35（7）：73-78.

[2] 林建，杨贵名，毛冬艳.我国大雾的时空分布特征及其发生的环流形势[J].气候与环境研究，2008，13（2）：171-181.

[3] 饶晓琴，李峰，周宁芳，等.我国中东部一次大范围霾天气的分析[J].气象，2008，34（6）：89-96.

[4] 孙亮.灰霾天气成因危害及控制治理[J].环境科学与管理，2012，37（10）：71-75.

[5] 周宁芳，李峰，饶晓琴，等.2006年冬半年我国霾天气特征分析[J].气象，2008，34（6）：81-88.