城市近地层风分布特征及其对大气污染的影响

摘 要：本文选取郑州市气象局2014年逐日风速变化观测资料，对近地层10m、70m、100m分布特征进行分析。结果表明：近地层各高度风速逐月变化趋势基本一致，都呈增加—减少—增加趋势，其中近地层100m高度增加趋势要高于10m和70m高度风速变化。100m高度风速要高于70m和10m高度风速，即随着高度增加，近地层风速也逐渐增加；10m高度四季风速较小，其次是70m高度风速，100m高度在四季风速最大，这种变化同近地层高度风速逐月变化趋势一致，都是随着时间变化，风速随高度层不断发生变化；近地层10m高度风向以E为最多，WNW、ESE和ENE风向次之，70m高度上以WNW风向最多，100m高度以WNW风向为主，NE和W风向次之，随着高度增加，郑州近地层主导风向发生变化；风速越小越不利于大气污染物输送，特别是静风条件下极其不利，市区内堆积的大气污染物不断增多，最终影响空气质量。

关键词：近地层；风速；特征；大气污染

中图分类号：X51 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170933205

引言

随着城市化进程不断加快，城区面积不断扩大，城市地表的热力和动力过程都会对城区区域内大气边界层产生不同程度的影响，进而导致城市区域内的气候和环境发生变化。城市的快速发展对风向、风速产生的影响较为显著，不但造成风速明显减小，还改变了近地层风的特征，进而对空气污染物的扩散产生影响。本文对郑州市近地层风特征进行分析，并探讨其对大气污染产生的影响，以期为将来进行城市规划、建筑设计、大气污染评价等提供参考。

1 资料选取

本文选取郑州市气象局2014年逐日风速变化观测资料，其中10m风速为国家基准气候站测风塔观测的2min平均风速，70m、100m高度层风取自L波段（1型）高空气象探测系统数据处理软件v3.20计算等间隔高度气象要素值。资料经过相关仪器有效值检验、极值检验和高度一致性检验等资料控制。通过选取10m、70m和100m高度层在7：00和19：00平均风速，分析郑州城市内近地层风分布特征。

2 城市近地层风分布特征

2.1 近地层各高度风速月变化

各高度风速逐月变化趋势基本一致，尤其是70m和100m高度（图1）。10m高度风速最小值在10月，为1.3m/s，最大值在5、7、12月，为2.2m/s，2者相差0.9m/s，风速变化呈先减少后增加趋势；70m高度风速最小值在8月，为2.5m/s、最大值在12月，为4.2m/s，2者相差1.7m/s，风速变化呈波动增加后减少、再上升的变化趋势，增加趋势明显；100m高度风速最小值在8月，为3.2m/s，最大值在12月，达5.1m/s，2者相差1.9m/s，风速呈增加—减少—增加变化趋势，增幅高于10m和70m高度风速变化。100m高度风速高于70m和10m高度风速，即随高度增加，近地层风速逐渐增加。

2.2 近地层各高度风速的四季变化

分析近地層各高度风速季变化可知，10m高度风速在冬季最大，春季和夏季次之，秋季最小；70m高度风速春季最大，冬季次之，夏季最小；100m高度风速春季最大，其次冬季，夏季最小。说明100m高度和70m高度风速四季变化趋势基本一致。10m高度风速较小，其次是70m高度风速，100m高度风速最大，这种变化同近地层高度风速逐月变化趋势一致，都是随时间变化，风速随着高度层不断变化。

2.3 近地层各高度风向变化

近地层10m高度风向以E为最多，WNW、ESE和ENE风向次之，E、WNW、ESE、ENE的风向和占全部风向的42.6%；70m高度以WNW风向为最多，SE和NE风向次之，占全部风向的18.4% ；100m高度以WNW风向为主，NE和W风向次之，占全部风向的18.4%；随着高度增加，主导风向由东逐渐向西南偏西方向偏转，最后没有发生变化（图2）。

空气水平运动过程中会有风形成。影响风的2个重要因子是风向和风速，风对污染物的扩散主要表现为：风对整体空气输送作用，风向在一定程度上决定污染物移动方向；风可以稀释空气中污染物浓度，风速决定污染物稀释程度大小。在一定时间内，若风速越大，同污染物气体混合的清洁空气量就越大，对风的冲淡稀释程度就越高。实际上，大气中污染物浓度同污染物总排放量之间呈正比关系，与风速却呈反比关系。风速越小越不利于大气污染物输送，静风条件下极其不利，市区会堆积的大气污染物增多，最终影响空气质量。

近地面风速对大气湍流产生的影响较大。一旦污染源排放到大气中后，高浓度的污染物在湍流作用下，清洁空气不断深入，还会朝着其它方向分散，稀释、冲淡污染物。风和湍流决定了污染物在大气中的扩散情况，是影响污染物扩散快慢的影响因子。湍流强度随着风速增加而增加，对污染物扩散速率产生影响。

4 结论

近地层各高度风速逐月变化趋势基本一致，都呈增加—减少—增加趋势，其中近地层100m高度增加趋势高于10m和70m高度风速变化。100m高度风速高于70m和10m高度处风速，即随着高度增加，近地层风速也逐渐增加。

10m高度在四季风速最小，其次是70m高度风速，100m高度风速最大，这种变化同近地层高度风速逐月变化趋势一致，都是随时间变化，风速随高度层不断发生变化。

近地层10m高度风向以E为最多，WNW、ESE和ENE风向次之，70m高度WNW风向为最多，100m高度以WNW风向为主，NE和W风向次之，随着高度增加，郑州近地层主导风向发生变化。

风速越小越不利于大气污染物输送，特别是静风下，市区内堆积的大气污染物不断增多，最终影响空气质量。

参考文献

[1]徐永清，张弛，王庆祥，等.城市近地层风特征与污染系数分析[J].气象环境与科学，2014，37（3）.

[2]王超，韦志刚，李振朝.敦煌戈壁地区近地层风的变化特征[J].高原气象，2011，30（2）

作者简介：王丽（1972-），女，河南商水人，本科，高级工程师，从事综合气象观测工作。endprint