巴彦淖尔市冬季空气污染特征及其与气象要素的相关性分析

杨千蕙

摘要 本文利用2017—2019年巴彦淖尔市空气污染数据及冬季气象观测数据，分析空气污染特征及其与气象要素的相关性，以及一次冬季连续重污染天气过程。结果表明：（1）S02、N02浓度各月变化不大;CO在进入采暖期后浓度显著增高;PM2.5、PM10浓度在进入春季后有显著的跃增;浓度在夏季较高;春季沙尘天气对AQI的影响最大，11月AQI达到次高值。（2）冬季主要以轻度污染为主，其次为中度污染;首要污染物以PM10、PM2.5为主。（3）风速、气温、相对湿度与AQI有显著正相关;降水对AQI的影响是一定的，需考虑降水量级及雪后积雪影响;在ENE方向上出现污染天气的概率最大，其次是WSW。（4）冬季需关注大的降雪过程后持续重污染天气的发生。

关键词 空气污染;气象条件;相关性分析

中图分类号：X51 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）08–0055–02

Characteristics of Air Poll- ution in Winter and Its Correlation With Meteor-ological Elements in Bayannur City

YANG Qian-hui （Bayannur Meteorolo-gical Bureau， Bayannur， Inner Mongolia 015000）

Abstract Based on the air pollution data and winter meteorological observation data of Bayannur City from 2017 to 2019， this paper analyzes the characteristics of air pollution and its correlation with meteorological elements， and analyzes a continuous heavy pollution weather process in winter. The results show that： （1） the concentration changes little in each month; After entering the heating period， the concentration increases significantly The concentration increased significantly after entering spring; The concentration is higher in summer; Spring dust weather has the greatest impact on AQI， and AQI reaches the second highest value in November. （2） In winter， the main pollution is mild pollution， followed by moderate pollution; The main pollutants are and. （3） Wind speed， air temperature and relative humidity were significantly positively correlated with AQI; The influence of precipitation on AQI is certain， and the influence of precipitation magnitude and snow cover after snow should be considered; The probability of polluted weather in ene direction is the highest， followed by WSW. （4） Attention should be paid to the occurrence of continuous heavy pollution weather after heavy snowfall in winter.

Key words Air pollution; Meteorological conditions; Correlation analysis

自21世紀工业、城市建设迅猛发展以来，城市污染已成为影响城市居民身心健康的重要因素之一。空气污染可增加呼吸系统和心脑血管疾病发病风险，严重危害人体健康。近年来，我国大气污染形势日益严峻，大气环境污染也已成为国内外学者重点关注和研究的热点问题。相关研究指出，空气污染与气象因素息息相关;PM2.5的浓度与日平均气温、日将数量、日平均相对湿度、日平均风速呈负相关;冬季风速、气温、相对湿度与空气质量显著相关，降水量对空气质量的影响较小[1～3]。本文利用巴彦淖尔市冬季空气质量数据与同期气象数据，分析2017—2019年空气污染特征及影响污染的主要气象条件，以期为大气污染防治提供科学依据。

1 数据与方法

本文利用巴彦淖尔市环境监测中心提供的国家监测站（市环保大楼站）2017—2019年PM2.5、PM10、SO2、CO、O3、NO2等污染物浓度及空气污染指数（Air Quality Index，AQI）的逐日、逐小时数据资料;2017—2019年冬季（当年12月及翌年1月、2月）国家气象站（临河站53513）逐日、逐小时地面气象观测资料，包括气温、相对湿度、降水、风向、风速等气象要素及临河站的高空定时值资料。主要采用统计分析法求出各要素之间的相关系数，并进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 巴彦淖尔市空气污染物空间特征

从巴彦淖尔市各污染物月平均浓度变化可知，SO2、NO2浓度各月变化不大;PM2.5、PM10浓度在进入春季后有显著的跃增，且在5月达到最高;进入夏季，巴彦淖尔市多晴好天气，紫外线较为强烈，大气中的物质发生光化学反应，使得大气中的O3浓度一般维持在一个相对较高的背景浓度，与自由对流层浓度相当，夏季O3浓度较高;CO在进入采暖期后浓度显著增高。AQI在5月达到最大，可见春季沙尘天气对AQI的影响最大，11月达到次高值，预示着刚进入供暖期，烟煤对空气污染的贡献也比较大。

2.2 冬季空气污染特征

近3年，巴彦淖尔市年平均冬季AQI为80，空气质量整体良好，2017年AQI最低，为60，2019年AQI最高，为107。年均冬季空气质量未达标（AQI >100）日数为19 d，以轻度污染为主，平均每年冬季出现11 d，占冬季日数的12%;中度污染平均每年冬季出现5 d，占冬季日数的5%;重度污染平均每年冬季出现3 d，占冬季日数的3%;严重污染日数仅出现1 d。近3年来，空气质量未达标（AQI>100）日数2019年最多，为34 d，2017年最少，仅4 d。

2.3 气象条件及影响

2.3.1 风向、风速 巴彦淖尔市冬季平均风速以1.9～2.5 m/s为主，2019年冬季平均风速最小，为1.9 m/s。冬季平均小风日数（≤2 m/s）46 d，占冬日的51%;2019年冬天的小风日数最多，达57 d，占冬日的63.3%。风速≤2 m/s时的平均AQI为84，>2 m/s的平均AQI为73。通过统计得出，AQI与2 min平均风速相关系数为-0.36，存在显著性负相关（P<0.1）。由此可见，风速越大，越有利于空气污染物的稀释扩散;风速越小，稀释能力越差，空气质量越差。

冬季属WSW风向出现的频率最多，占19.5%;其次是ENE，占12.1%。统计AQI≥100出现时的风向频率可以发现，在ENE方向上出现污染天气的频次最多，占冬季污染天数的33.3%;其次是WSW，占冬季污染天数的23.3%;NW方向上也出现污染天气，占比11.7%。其余各方向上平均AQI均<100，对污染天气的贡献率不大（图1）。

2.3.2 相对湿度 相对湿度增大会导致雾霾天气明显增多，同时有利于颗粒物吸湿增长和污染物的二次反应。2019年冬季平均相对湿度60.5%，平均AQI为107.3，为3年中的最大值。逐日相对湿度与逐日AQI相关系数为0.29，相对湿度与AQI呈显著的正相关。由此可见，冬季相对湿度越大，空气质量越容易转差，主要原因是水汽的存在有利于污染物的生成转换，湿度增加导致污染物浓度增大，空气质量下降。

2.3.3 降水 巴彦淖尔市冬季以无降水日数为主，降水日数仅占3.3%。检验降水量与AQI的相关系数为-0.12，存在一定的负相关，降水量越大、有效降水日数越多，越有利于空气污染物的沉降，冲刷作用较好，空气质量转好;但如果雨量小、非有效降水日增加了空气中的相对湿度，则空气中的浓度会升高。因此，降水量对冬季空气污染的影响是一定的。

2.3.4 气温 2017—2019年冬季平均气温为-9.1℃～ -7.2℃，出现污染天气（AQI>100）时平均温度在-8.2℃。气温与AQI的相关系数为0.24，表现为显著性正相，可见冬季气温对空气质量有较大影响。气温越高，越容易形成逆温，不利于空气的垂直运动。近地面大气中的空气污染物扩散速度小于聚集速度，容易形成严重的天气污染，因而空气质量越差。

3 2019年冬季一次重污染天气气象条件分析

3.1 过程概况

2019年12月21—25日，巴彦淖尔市临河区出现了一次显著的空气污染天气过程，从12月20日开始，AQI陡增到107，达到轻度污染;21—23日临河区AQI在175～228;23日AQI达到最大，为228;直到26日临河区空气质量才得以明显改善，AQI降至48。

3.2 PM2.5、PM10浓度变化特征

从PM2.5、PM10浓度特征变化来看，每日PM2.5、PM10浓度从夜间开始增多，凌晨达到峰值，到中午前后有所下降。22日凌晨至23日03：00，PM2.5、PM10浓度持续偏高，期间浓度均值为190 ug·m-3，PM10浓度均值为264 ug·m-3。24—25日平均PM2.5、PM10浓度有所回落，但夜间出现峰值。

3.3 空气污染气象条件分析

12月15—16日巴彦淖尔市普降大雪，其中临河本站降雪5.8 mm，雪深5.0 cm。由于前期积雪深不易融化，空气湿度大，21—25日全市平均相对湿度达73.3%，过于潮湿的空气造成颗粒物吸湿性增长，使PM2.5、PM10浓度上升。21—25日中纬度环流较为平直，冷空气势力整体偏弱，风向以ENE和WSW风向为主。据统计，21—25日临河区日平均风速为1.9 m/s，风力较小，空气污染物水平扩散能力差。从垂直扩散条件来看，21—25日临河探空资料显示2 km以下存在显著的逆温层，稳定层结的存在也抑制了颗粒物的垂直扩散，利于近地面污染物堆积，导致污染物浓度不断积聚增长，空气质量明显下降（图2）。

4 总结

（1）巴彦淖尔市SO2、NO2浓度各月变化不大;CO在进入采暖期后浓度显著增高;PM2.5、PM10浓度在进入春季后有显著的跃增，且在5月达到最高;受晴好天气影响，夏季O3浓度较高;AQI在5月达到最大，可见春季沙尘天气对AQI的影响最大，11月达到次高值，预示着刚进入供暖期，烟煤对空气污染也有一定贡献。

（2）对比分析2019年12月21—25日的空气污染过程，前期有积雪，且气温持续偏低，相对湿度大、风力小、层结稳定，导致污染物无法扩散，进而持续了5 d。因此，在冬季也需关注大的降雪过程后雾霾天气的發生。

参考文献

[1] 史海琪，曾胜兰，李浩楠.四川盆地大气污染物时空分布特征及气象影响因素研究[J].环境科学学报，2020，40（3）：763-778.

[2] 刘林春.呼和浩特市冬季空气污染特征及气象条件影响分析[J].内蒙古气象， 2019（5）：29-33.

[3] 晏彩霞，周旋，张华敏，等.南昌市环境空气污染时空变化特征及影响因素研究[J].长江流域资源与环境，2019，28（6）： 1446-1459.

责任编辑：黄艳飞