河北南部空气污染气象扩散条件研究

张珺+宋晓辉

摘要：利用河北南部城市邯郸气象站2013～2015年连续3年的气象数据并结合数值模拟对该市空气污染气象扩散条件进行了统计分析。结果表明，全年最多风向为南风，频率为19.39%，在全年各季节中，春季、夏季以南风最多；秋季、冬季以北风最多，风条件因季节不同扩散条件有所不同；该市区年平均气温14.9 ℃，年平均气压1 009 hPa，年平均相对湿度61%。年平均降水量501 mm，降水主要集中出现在6～9月，这段时间降水对空气污染物的稀释、清除较为有利；冬季降水量小，平均相对湿度较大，为雾霾多发季节，不利于空气污染的稀释扩散；春季干燥多风，对空气污染物的水平扩散较为有利。从2013～2015年探空资料分析表明，春季（3～5月）垂直气象扩散条件为全年最好，夏、秋、冬季垂直扩散能力相对较差；逆温厚度1月最大，垂直扩散条件最为不利，6月最小，垂直扩散条件为全年最好。

关键词：空气污染；扩散条件；邯郸市

中图分类号：X823；X169 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）02-0254-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.02.013

经济和社会的快速发展，造成了污染物的大量排放，大气污染对人类生存环境和生态健康安全造成了严重威胁，引起了公众的广泛关注。有研究显示，在大气污染源一定的情况下，污染物浓度主要取决于大气的扩散能力，气象因素影响着大气污染物的稀释、扩散[1-3]。气象条件（如霾、静风、逆温等）会使大气污染物的分布更为复杂，所以大气环境的好坏与气象条件的关系十分密切[4-7]。常炉予等[8]通过研究气象条件对南京城区大气污染物浓度的影响发现主导风向对污染物的输送有很大影响；董继元等[9]研究认为降水对污染物浓度的稀释清除作用十分明显；魏玉香等[10]通过对南京大气污染物特征及其气象条件的关系分析发现污染物浓度与风速呈负相关；邱粲等[11]研究表明低层有逆温存在，大气层结稳定时，气象条件也不利于污染物的扩散。

本研究以河北南部城市邯郸为例，利用统计方法，从基本气象特征、风、气温、气压、混合层高度、逆温层、静稳指数等气象要素对河北南部空气污染气象扩散条件进行分析。

1 材料与方法

1.1 材料

采用邯郸市气象站2013～2015年的地面观测资料和探空资料。

1.2 分析方法

利用统计方法，对邯郸市空气污染气象扩散条件进行研究。

2 结果与分析

2.1 基本气象特征

邯郸市位于太行山东麓，属暖温带大陆性季风气候，四季分明。春季风多干旱，夏季炎热多雨，秋季温和凉爽，冬季寒冷干燥。年均日照时数为2 318.4 h，年平均气温为13.5 ℃，一般1月为全年最冷月，7月为全年最热月；年均降水量为510.5 mm，降水多集中在7、8月，约占年降水量的51.3%，冬季降水量最少，约占年降水量的2.8%。

2.2 风向、风速气象扩散条件分析

利用2013～2015年地面风资料统计分析表明，全年最多风向为南风（S），频率19.4%（表1、图1）；次多风向为北风（N），频率14.6%；北北东风（NNE）居第三位，频率11.5%。风频大于或等于6%的还有南南西风（SSW）、南南东风（SSE）、东北风（NE），频率依次为9.7%、7.9%、6.0%，静风（C）频率6.5%。按季节而言，在全年各季节中，春季、夏季以南风最多；秋季、冬季以北风最多，南风次多。

1）从各风向对应的平均风速（表2）可知，超过 2 m/s的为南南西-南南东风、北-东北风；其中南风的平均风速最大，为2.68 m/s，南南西风次之，为2.60 m/s，全年盛行风向为南风，由于南風平均风速最大，对污染物的输送、扩散较为有利。

2）从平均风速的月变化（图2、表3）来看，3月的平均风速最大，为2.86 m/s，4月次之，为2.70 m/s；8月的平均风速最小，为1.71 m/s，12月次之，为1.73 m/s。按季节统计（图3），春季平均风速最大，为2.68 m/s；秋季平均风速最小，为1.78 m/s，冬季为1.91 m/s，夏季为1.93 m/s。仅就平均风速来说，春季对空气污染物的水平扩散最为有利，秋季最不利于污染物的水平扩散。

3）由表4可知，全年风速小于2.0 m/s的风占53.2%，其中静风频率6.5%。≥2.0 m/s的风占46.8%，其中≥4.0 m/s的风占8.5%。从风速档级频率分布表明，春季是静风、小风最少的时期，秋季静风、小风最多，表明水平扩散条件春季最好，秋季最差。

4）从逐时平均风速（图4）来看，9：00至19：00平均风速均大于2 m/s，其中12：00～16：00平均风速>2.5 m/s，以15：00平均风速最大，为2.74 m/s；19：00至翌日8：00平均风速都小于2.0 m/s，其中2：00～7：00风速<1.7 m/s，以3：00和5：00的平均风速最小，为1.64 m/s；从全天风速分布表明，白天风速条件对空气污染物的水平扩散较为有利，中午前后的水平扩散条件最好；水平扩散条件较差的是夜晚，凌晨水平扩散条件最差。

2.3 气温、气压、湿度、降水气象条件分析

据2013～2015年气象资料统计（表5），邯郸市区年平均气温14.9 ℃，以7月最高，平均27.6 ℃； 1月气温最低，平均0 ℃。在全年中，2～6月增温迅速，9～12月降温速度较快。极端最高气温41.2 ℃，极端最低气温-12.8 ℃。年平均气压1 009 hPa。年平均相对湿度61%。年平均降水量41.8 mm，降水主要集中出现在6～9月，此阶段降水量占全年的70%，6～9月降水频发，对空气污染物的稀释、清除较为有利；冬季降水量小，平均相对湿度较大，为雾霾多发季节，不利于空气污染的稀释扩散；春季干燥多风，对空气污染物的水平扩散较为有利。

2.4 混合层高度分析

混合层高度是地面上空某一给定区域污染物可能发生混合的垂直距离，是湍流特征不连续界面的高度。混合层高度越低，越不利于污染物扩散，过低的混合层顶高度使污染物压缩在近地层，导致污染物浓度持续上升，污染程度加重[12-15]。因邢台2015年迁站，资料无可比性，故以邢台南宫资料代表邯郸情况，从2013～2015年逐月的混合层高度分布（图5）来看，3月混合层平均高度最高，为1 724 m，9月最低，为920 m，春季（3～5月）平均混合层高度均超过1 500 m，垂直气象扩散条件为全年最好，夏、秋、冬季平均混合层高度较低，垂直扩散能力相对较差。

2.5 逆温分析

稳定的大气环流背景下，低层逆温层建立和加强会使大气垂直对流运动受阻，大气污染物不易扩散。当逆温层厚度增大，逆温层强度越强，污染浓度就越大[16-21]。选取2013～2015年的探空资料分析邯郸上空逆温分布（图6）情况可以看出，逆温厚度1月最大，为275 m，垂直扩散条件最为不利，6月最小，为150 m，垂直扩散条件为全年最好。

逆温强度从1月开始逐渐下降，6月达到最小，为1.35 ℃/100 m，从7月开始，逆温强度呈波动上升趋势，4～9月逆温强度相对较小，对空气污染物的垂直扩散条件较为有利，10～12月、1～3月逆温强度较大，不利于空气污染物的垂直扩散（图6）。

2.6 静稳天气指数分析

静稳天气指数是表达大气静稳程度的综合气象条件指标，指数越大，则发生或维持大气污染的可能性就越高。从图7可以看出，2013～2015年年平均静稳天气指数为9.7。静稳天气指数在秋、冬季较高，春季最低。其中，1～2月静稳天气指数最高，为全年扩散条件最差时段；3月开始明显降低，扩散条件明显好转，5月达最低，扩散条件达全年最优；6月开始逐渐增加，扩散条件逐渐转为不利。

3 小结

1）风速越大，对污染物的输送扩散越为有利。邯郸市全年盛行风向为南风，由于南風平均风速最大，对污染物扩散较为有利。就平均风速来说，春季对空气污染物的水平扩散最为有利，秋季最不利于污染物的水平扩散；全天不同时间风速分布表明，中午前后的水平扩散条件最好，凌晨水平扩散条件最差。风速档级频率分布表明，春季是静风、小风最少的时期，秋季静风、小风最多，表明水平扩散条件春季最好，秋季最差。

2）降水对污染物的稀释十分有利。6～9月降水较多，对空气污染物的稀释、清除有利；冬季为雾霾多发季节，降水较少，相对湿度大，气象条件不利于污染物的稀释、扩散；春季干燥多风，对空气污染物的水平扩散较为有利。

3）混合层高度越高，气象扩散条件越好。3月混合层平均高度最高，9月最低，春季垂直气象扩散条件为全年最好，夏、秋、冬季平均混合层高度较低，垂直扩散能力相对较差。

4）逆温层强度越强，污染浓度就越大。4～9月逆温强度相对较小，对空气污染物的垂直扩散条件较为有利，10～12月、1～3月逆温强度较大，不利于空气污染物的垂直扩散。

5）静稳天气指数较高时，气象扩散条件差，不利于空气污染物的扩散、稀释。分析表明，邯郸市静稳天气指数在秋、冬季较高，春季最低。1～2月大气层最为稳定，静稳天气指数最高，气象扩散条件为全年最差。

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