近十年德州市秋冬季大气污染气象条件变化分析

张琳 吕伟绮

摘要：利用德州市气象站近十年（2008-2017）的气象数据对该市与大气污染相关的气象条件进行统计分析。结果表明，德州市秋冬季空气质量与气象条件明显相关，气象条件差的年份，空气质量也往往较差。2013-2014年以来空气质量的好转除了得益于政府的各项减排措施，气象条件的改善也是重要原因之一。

关键词：空气质量;气象条件;混合层高度;德州

中图分类号：X16 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）04-0-02

Abstract：The meteorological conditions related to air pollution in the city were statistically analyzed using meteorological data of Dezhou Weather Station for nearly ten years （2008-2017）. The results show that the air quality in autumn and winter in Dezhou is obviously related to meteorological conditions. In the years with poor meteorological conditions， the air quality is often poor. The improvement of air quality since 2013-2014 is not only due to the governments various emission reduction measures， but also the improvement of meteorological conditions.

Key words：Air quality;Meteorological conditions;Mixed layer height;Dezhou

經济和社会的快速发展，造成污染物大量排放，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，引起公共广泛关注。德州位于山东西北部，西邻河北省，曾因重污染应急措施不到位，市政府主要负责人受到过环保部约谈，大气污染治理刻不容缓。空气重污染的出现，主要受两个方面的影响，一是区域及本地污染源的排放，二是气象条件[1][2]。在排放变化不大的情况下，如果叠加不利的气象条件，污染物难以扩散，则易造成较为严重的空气污染过程。

德州市环保局资料分析，德州市重污染天气主要出现在每年的11月至次年2月期间。2008年以来，德州市秋冬季（11月-次年2月）空气质量经历了一个先转差，其中2012-2013年秋冬季达到最差，之后开始逐步好转。近年来空气质量不断改善，得益于国家不断加大的治理力度，那么气象条件的变化和空气质量变化情况是否一致，气象条件在其中起到怎样作用，这具有一定的研究意义。本文利用德州市陵城区国家基本气象站近十年（2008-2017）的气象数据对该市与大气污染相关的风速、混合层高度、温湿三项气象条件进行统计分析。

1 大气污染扩散气象条件分析

有研究表明，大气污染程度与风速和混合层高度呈现明显的负相关[3]。水平方向污染物扩散能力与风速大小有关，混合层高度则表征了污染物在垂直方向的扩散能力。

1.1 风速气象扩散条件分析

通过分析近10年的秋冬季平均风速（图1），发现在2011-2012年平均风速有一个突然下降的现象，由2.2m/s突降至1.7m/s，降幅高达22.7%。之后开始缓慢回升，但直到2014-2015年，仍未超过2m/s。2015-2016年平均风速大幅回升至2.4m/s，之后两年稳定在2.2m/s以上。

通常情况下，我们将日均风速小于2.0m/s的情况定义为一个小风日，由图2可知，2011-2012和2012-2013年秋冬季小风日数高达79天，而11月-次年2月一共120天，小风日数占到65.8%。相比最少的2017-2018年，仅有44天，差了35天。

由于平均风速小，小风日数多，2011-2012和2012-2013年秋冬季德州市的大气污染水平扩散条件较其他年份明显偏差，这可能是污染较重的一个重要原因。

1.2 混合层高度分析

大气边界层中性或不稳定时，由于动力或热力湍流的作用，边界层内上下层之间产生强烈的动量或热量交换。通常把出现这一现象的层称为混合层。混合层向上发展时，常受到位于边界层上边缘的逆温层底部的限制。与此同时也限制了混合层内污染物的再向上扩散。中性和不稳定时的混合层高度和大气边界层高度是一致的。混合层高度越低越不利于污染物扩散。李梦[4]等研究发现在京津冀地区，混合层高度与大气细颗粒物浓度呈高度负相关。

目前混合层的计算有干绝热法、罗氏法、联合频率罗氏法等。罗氏法是Nozaki等人与1973年提出的一种利用地面气象资料估算混合层高度的方法，该方法考虑到大气混合层是由热力和动力湍流共同作用的结果，而且边界层上部大气的运动常与地面气象要素之间存在着相互联系和反馈作用，因此可以利用地面气象参数来估算混合层高度[5]。计算公式如下：

式中，H为混合层高度，T为地面气温，Td为露点温度，单位为K;Uz为Z高度处的平均风速，单位m/s;Z0为地面粗糙度，德州取1m;f为地转参数，，其中Ω为地转角速度为地理纬度;P为帕斯圭尔稳定度级别（大气稳定度级别为A至F时，P值依次为1至6），稳定度级别与太阳高度角、云量和风速有关。

通过对近十年秋冬季德州市混合层高度的计算，发现在2012-2013年秋冬季混合层高度平均值仅有657m，为近十年来的最低值。2017-2018年超过1000m，为十年来的最高值。与德州市空气质量呈现出高度的负相关性。

1.3 温湿气象条件分析

刘寿东、张园园[6-7]等的研究表明，气象条件对水溶性离子浓度影响显著，NO3-、SO42-、NH4+浓度与湿度均呈显著正相关关系，而与气温均呈现负相关。

2 结论

（1）德州市近十年秋冬季空气质量与气象条件密切相关，大气污染气象条件差的年份，空气质量也往往较差。（2）在2012-2013年秋冬季中平均风速小，小风日数多，即使冷空气影响，北风风力也较小，混合层高度低，相对湿度最大，平均气温低，大气污染气象条件整体最差，之后开始好转。（3）2013-2014年以来空气质量的好转有政府的大力减排和气象条件的改善两方面原因。如果后期气象条件再次转差，很可能造成秋冬季空气质量的下滑。

參考文献

[1]Liu X G，Li J，Qu Y，et al.Formation and evolution mechanism of regional haze：a case study in the megacity Beijing，China[J].Atmospheric Chemistry and Physics，2013，13 （9）： 4501-4514.

[2]Li Z，Gu X，Wang L，et al.Aerosol physical and chemical properties retrieved from ground-based remote sensing measurements during heavy haze days in Beijing winter[J]. Atmospheric Chemistry and Physics，2013，13（20）：10171-10183.

[3]杨旭，康延臻，王式功，等.郑州市大气污染特征及其与气象条件的关系[J].兰州大学学报（自科版），2017，53（3）：348-354.

[4]李梦，唐贵谦，黄俊，等.京津冀冬季大气混合层高度与大气污染的关系[J].环境科学，2015（6）：1935-1943.

[5]廖国莲.大气混合层厚度的计算方法及影响因子[J].中山大学研究生学刊（自然科学.医学版），2005（4）：66-73.

[6]刘寿东，张园园.温湿度对南京北郊PM2.5中二次无机离子生成演化的影响[J].生态环境学报，2018（4）：714-721.

[7]张园园.南京北郊PM2.5中水溶性离子特征在线监测研究[D].南京：南京信息工程大学，2017.

收稿日期：2019-03-06

作者简介：张琳（1981-），男，汉族，学士，高级工程师，研究方向为中短期天气预报。