气象因子对许昌市冬季典型重污染天气的影响分析

王爱琴 刘梦杰 王俊超 袁苏瑞

气象因子对许昌市冬季典型重污染天气的影响分析

王爱琴 刘梦杰 王俊超 袁苏瑞

（许昌市环境监测中心，河南 许昌 461000）

本文利用空气质量和气象要素小时观测数据，分析2016年12月18日至21日发生的持续性PM2.5重污染过程前后空气质量和主要气象因子的变化特征，探讨气象因子对大气环境的影响。研究结果表明：本次重污染过程是稳定气象条件下导致的局地污染积累；在污染积累阶段，风速明显偏小，相对湿度逐渐增加；而在污染清除阶段，气象要素的变化则相反，风速明显增大，相对湿度显著下降；风速和相对湿度与PM2.5质量浓度间均存在指数相关，相关系数平方R2分别为0.451 5、0.541 8，表明在大气污染过程中气象因子对大气环境的影响十分明显。

许昌市；重污染；气象因子

近年来，我国京津冀及周边地区大气污染形势严峻，尤其是秋冬季节，容易出现持续性、大范围的重度霾天气和重污染过程，对城市的正常运转和人体健康等均会产生不良影响［1-2］。重污染的发生主要由污染源排放和气象条件共同影响。在排放源没有明显改变的情况下，气象条件对污染的发生、发展和消散起着决定性作用。通过分析气象因子对许昌市大气环境的影响，在重污染天气来临之前采取有效的应急和污染控制措施，可以有效降低污染程度，减少对人体健康的影响。

本研究以2016年12月18日至21日许昌市一次重污染天气为例，利用大气环境和气象要素小时观测数据，分析污染过程前后空气质量和气象因子的变化特征，研究许昌市冬季典型大气污染过程中气象因子对大气环境的影响。此次污染过程最高级别达到6级严重污染，以PM2.5为首要污染物，天气系统转变具有代表性，是一次典型的大气污染过程。

1 重污染过程中空气质量级别演变

2016年12月18日至21日，许昌市发生了一次严重污染过程，表1为重污染过程期间许昌市主要污染物的日平均浓度、空气质量指数及级别统计表。12月17日，许昌市AQI为142，空气质量级别为轻度污染。18日，污染水平大幅度升高，PM2.5日均质量浓度从17日的108μg/m3上升至247μg/m3，污染级别从3级升为5级重度污染。19日，污染程度达到最高水平，PM2.5质量浓度继续上升，达到506μg/m3，为6级严重污染。20日，污染水平有所下降，但PM2.5的日均浓度仍高达454μg/m3。连续2天维持6级严重污染，说明此次污染过程很严重。21日，污染水平下降到5级重度污染。22日，受明显冷空气影响，污染扩散条件明显改善，空气质量转为良，此次污染过程基本结束。

表1 重污染过程期间许昌市主要污染物浓度及空气质量级别统计表

重污染过程期间，PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO污染物IAQI变化趋势基本一致，19日之前同步上升，并在19日达到最高污染水平，之后同步下降直至污染过程结束。19日，PM10、PM2.5日均质量浓度分别高达 544μg/m3、506μg/m3，超过《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准限值2.63倍、5.75倍。在污染过程中，首要污染物均为PM2.5。此次重污染过程具有持续时间长、污染级别高的特点，是一次非常罕见的重污染过程。

2 重污染过程及气象条件影响分析

2.1 污染期间各监测站点PM2.5小时浓度演变

图1 12月17日至22日许昌市空气质量各监测站点PM2.5小时浓度演变

图2 12月17日至22日市区基本气象要素小时演变

图1 为12月17日至22日许昌市空气质量各监测站点PM2.5小时浓度的变化情况。从图1可以看出，许昌市三站点在18日至21日PM2.5小时质量浓度变化趋势一致。许昌市17日偏南风2-3级，早晚湿度大，污染物开始积累。18日有中到重度霾，早晚湿度较大，有逆温，下午由南部气流转为东部气流，空气湿度进一步加大，18日中午PM2.5浓度显著上升。19日受18日以来大雾、高湿、静稳和逆温等不利气象条件的影响，本地积累加上境外传输使许昌市出现了有史以来范围最大、级别最高的严重至重度污染过程，19日22时全市PM2.5达到峰值，为646μg/m3。20日早上有雾，全天空气湿度较高，并伴有小雨或零星小雨，扩散条件较19日稍好，但空气质量仍为严重污染。21日偏北风3-4级，污染形势好转。22日，西北风4级左右，受高空强暖湿气流和西北弱冷空气南下共同影响，空气质量明显改善，PM2.5日均质量浓度下降至28μg/m3，此次污染过程结束。

2.2 污染期间气象条件变化分析

利用自动站气象观测资料对基本气象要素进行分析，此次污染过程18日至21日期间，平均地面气温为6.4℃、相对湿度为84.3%、地面气压为1 013.79hPa、地面风速为0.5m/s，本次重污染过程具有湿度高、气压高、风速弱的气象特点。

相对湿度作为影响大气污染物浓度的一个重要气象要素，在湿度较大的环境中，大气污染物特别是PM2.5的吸湿增长速度较快，导致污染物浓度增加，加剧大气污染程度。由图2（a）可知，此次污染过程18日至21日期间，相对湿度处于一个较高水平，在19日21时至21日21时相对湿度达到最大，最高为95%，此时段PM2.5浓度也达到峰值，空气污染最为严重。随后，相对湿度开始下降，在22日15时下降到33%，PM2.5浓度同时快速下降，空气质量好转，表明空气湿度与污染的发生和转变关系密切。在该污染过程中，气温日夜变化较为明显，最高温度10.7℃，最低气温为3.3℃。18日至21日，气压总体较高，基本处于均压场，形成小风静稳的天气条件，导致本地污染排放快速积累。其中，风速大小影响着污染物的水平扩散传输，风速越大，污染物扩散速度越快。从图2（b）风速的小时变化图中可以看出，在污染开始累积前，许昌市的小时平均风速较大；在污染物浓度开始逐渐增加并达到峰值阶段，风速明显减小并维持在0～0.5m/s；随着22日1时风速突然加大，污染物浓度也急剧下降至较低水平，污染快速扩散，空气质量明显好转。

2.3 主要气象因子与污染物浓度相关性分析

图3 许昌市风速、相对湿度与PM2.5浓度相关性图

通过上述分析可以看到，气象因子对污染物浓度和空气质量的影响十分明显。由于冬季大气污染首要污染物主要为PM2.5，因此选取PM2.5质量浓度与风速、相对湿度，采用相关性分析方法研究本次污染过程前后气象要素与大气污染物浓度间的相关关系。从图3可以看出，风速和相对湿度与PM2.5浓度均呈现指数相关。R2分别为0.451 5、0.541 8。随着风速增大，PM2.5浓度快速下降，当风速超过2.5m/s时，浓度下降速度变缓。相对湿度与PM2.5浓度的相关关系更为明显，随着相对湿度增加，PM2.5浓度也逐渐升高，当相对湿度大于60%时，PM2.5浓度快速上升。

3 结论与建议

3.1 结论

通过分析许昌市一次典型的重污染天气过程前后空气质量与气象因子变化，得到以下结论：

①此次许昌市重污染过程连续两天为严重污染，并具有湿度高、均压场、风速弱的气象特点。

②在污染积累阶段，风速明显偏小，相对湿度逐渐增加；而在污染消除阶段，风速明显偏大，相对湿度显著下降。

③在污染源没有显著变化的条件下，气象因素是影响污染的关键。风速和相对湿度均与PM2.5质量浓度呈指数相关关系，R2分别为0.451 5、0.541 8。

3.2 建议

①应充分重视长时间重污染态势，按照国家和省相关要求启动相应级别的应急预警，切实将应急措施落实到位。

②建议许昌市在出现高湿静稳的不利气象条件时，应及时做好污染减排，加强企业扬尘和建筑施工等面源污染减排，特别是城市车辆限行、区域涉气企业错峰限产及停产措施到位，从控制污染物来源方面降低污染水平。

③污染过程期间，政府、媒体要做好公众健康防护警示：儿童、老年人和患有心脑血管、呼吸系统等疾病的易感人群宜留在室内，确需外出的，需要佩戴口罩；普通人群要减少户外运动和室外作业时间，若不可避免，也应采取相应防护措施。

［1］谢元博，陈娟，李巍，等.雾霾重污染期间北京居民对高浓度PM2.5持续暴露的健康风险及其损害价值评估［J］.环境科学，2014（1）：1-8.

［2］张南，熊黑钢，葛秀秀，等.北京市冬季雾霾天人体呼吸高度PM2.5变化特征对气象因素的响应［J］.环境科学，2016（7）：2419-2427.

Analysis of the Influence of Meteorological Factors on Typical Heavy Pollution Weather in Xuchang in Winter

Wang Aiqin Liu Mengjie Wang Junchao Yuan Surui
（Environment Monitoring Center of Xuchang City，Xuchang Henan 461000）

This paper mainly used the multi-site hour observation data of air quality and meteorological factors,and analyzed the change characteristics of continuance heavy pollution process before and after air quality and meteorological factors of PM2.5 from December 18-21,2016,and discussed the influence of meteorological factors on the atmospheric environment.The result showed that the heavy pollution process is the accumulation of local pollution caused by stable meteorological conditions.In the pollution accumulation period,wind speed was lower obviously and the relative humidity increased gradually.While in the pollution cleanup period,changes of meteorological factors was on the contrary,wind speed increased significantly and relative humidity decreased evidently.

Xuchang city；heavy pollution；meteorological influence

X51

A

103-5168（2017）09-0155-03

2017-08-01

王爱琴（1965-），女，本科，高级工程师，研究方向：大气、水质、噪声、环境自动监测、管理及大气污染防治。