城市空气污染的气象条件分析
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作者: 潘英 李明霞
摘要：决定一个城市空气的质量由两个方面所决定：一是污染源的排放及分布状况，二是大气对污染物的扩散能力。当气象条件发生变化时，同一污染源所造成污染物的浓度可相差几十倍乃至几百倍，大气的稀释扩散能力在几小时内也可改变数十倍。因此研究城市环境气象条件对污染物的影响，充分利用气象条件指导生产，对改善城市空气质量条件有重要意义。
关键词：城市空气质量污染源气象条件
1概述
空气污染是大气中污染物浓度达到有害程度，超过了环境质量标准和破坏生态系统和人类正常生活条件，对人和物造成危害的现象。凡是能使空气质量变坏的物质都是空气污染物。空气污染物到2009年2月为止，已知约有100多种。有自然因素（如森林火灾、火山爆发等）和人为因素（如工业废气、生活燃煤、汽车尾气、核爆炸等）两种，且以后者为主，尤其是工业生产和交通运输所造成的。主要过程由污染源排放、大气传播、人与物受害这三个环节所构成。影响大气污染范围和强度的因素有污染物的性质（物理的和化学的），污染源的性质（源强、源高、源内温度、排气速率等），气象条件（风向、风速、温度层结等），地表性质（地形起伏、粗糙度、地面覆盖物等）。
城市空气质量好坏与季节及气象条件的关系十分密切。在冬季采暖期，北方许多城市的大气污染元凶是燃煤烟雾，其次是汽车尾气，两者的共同作用使空气污染更加严重；而在非采暖期，则以大量的机动车尾气和悬浮颗粒物污染为主。相对于每周或每天而言，当污染源排放量没有大的变化情况下，风、雨、气压、温度等气象条件直接影响空气质量的好坏，使空气污染指数会有很大的差别。
2 分析
2.1 逆温分析
大气逆温现象直接影响大气污染物的扩散。逆温是空气温度随高度增加而增高的大气垂直层结现象。一般来说，冬季逆温层较强较厚，维持时间较长；夏季则相对偏弱。通常在晴朗微风的夜间有逆温现象存在，使低层大气比较稳定，非常不利于污染物扩散。太阳出来后，随着地表温度的升高，使逆温层逐渐消失，大气湍流混合和垂直对流加强，有助于污染物质的扩散。可是，在某些特定条件下，比如上述的一场冷空气过后，却会出现气温随高度增加而升高的现象，导致空气“脚重头轻”，大气科学中称这种现象叫“逆温”。发生逆温的大气层叫“逆温层”。逆温层的厚度可从几十米到几百米，它就像一层厚厚的被子盖在地面上空，空气不能向上扩散，“无路可走”又向下蔓延，从而加重了大气污染。
2.2风向、风速分析
风向、风速对大气污染物扩散起着很重要的作用，风向决定着污染物输送的方向，其影响是第一位的；风速决定着对污染物输送的能力，风速越小越不利于大气污染物的输送，特别是静风时非常不利于大气污染物的扩散，使得大量污染物在城区堆积，导致城区环境空气质量恶化。因此城市风向、风速对它的大气质量的影响非常重要。
风速与大气中污染物的浓度成反比。风速越大污染物的扩散和稀释就越快，当风速小于3m/s时，不利于污染物的扩散、稀释；当风速大于5m/s时，有利于污染物扩散，不至于造成严重污染。
2.3降水分析
降水对大气污染物有很强的稀释作用，在雨雪作用下，大气中的一些污染气体能够溶解在水中，并能与水起化学反应产生新的物质，降低空气中污染气体的浓度，所以降水能清除大气中的污染气体；雨滴与气溶胶相互碰撞可使粒子附着于雨滴，随着降水而使大气中的颗粒下降。据试验，降1h小雨就可以将大于10μm的气溶胶清除50%。降水与空气质量的好坏成反比，即，降水次数越多空气质量越好，降水量越大空气质量越好。
2.4大气稳定度分析
大气稳定度是影响空气污染的气象因素之一，它代表了大气垂直扩散能力的强弱。不稳定类天气有利于大气污染物垂直扩散，而大气层结稳定则不利于低层污染物的扩散，对城区空气质量产生不利影响。表3给出了城区全年及各季的不同稳定度出现的频率。城区全年边界层稳定的几率几乎占了一半，尤其是冬季稳定性层结高达60%以上。这种层结结构是城区各种污染源向大气排放的有害气体不易扩散的重要因素之一，所以在采暖期市区空气质量最差。
在城市，工业和家庭消耗大量的燃料，使城市成为一个巨大的热源。据统计，中等以上的城市年平均气温比周围农村高1℃左右；城市和乡村的温度日变化有明显区别，两地日最高气温相差不大，但城市的最低气温比乡村高的多。城市与乡村的垂直气温垂直分布也不相同，这是影响城市污染扩散的重要因素。在晴天的日子里，白天地面温度较高，城市比乡村形成的混合层厚，即不稳定层厚，城市比农村更有利于污染物扩散；日落之后，乡村逐渐形成了400～600m厚度的逆温层，而城市在200～300m以下仍维持白天的混合层。300～600m之间形成了逆温层，层结稳定，抑制下面混合层污染物向上扩散，这就是城市上空为什么经常存在一个污染盖，不见蓝天的原因。
3 结论
（1）大气随着高度的增加温度是下降的，而逆温则反之，相当于有一个锅盖盖在大气上面，这样大气就变得很稳定，非常不利于污染物的扩散。通常，在晴朗微风的夜间有逆温现象存在，太阳出来之后，随着地表温度的升高，逆温层会逐渐消失，气流混合和垂直对流加强，有助于污染物的扩散。
（2）污染浓度与风速平方成反比，与污染源排放强度成正比。通常风速越大越有利于空气中污染物质的稀释扩散。而长时间的微风或静风则会抑制污染物质的扩散，使近地面层的污染物质成倍地增加。
（3）自然降雨、降雪对空气污染物能起着清除和冲刷作用。在雨雪作用下，大气中的一些污染气体能够溶解在水中，降低空气 污染气体的浓度，较大的雨雪对空气污染物粉尘颗粒也起着有效的清除作用。
（4）气象条件对排入到大气中的污染物有明显的作用。它可以使污染物得到稀释，浓度降低；它可以通过物理、化学及生物作用使污染物从大气中逐渐消失。因此研究气象因素对污染物作用的机理是做好城市环境气象预报的重要课题。
参考文献：
[1]俞卫平．城市规划与大气环境[M]．北京：气象出版社，2004．
[2]蒋维楣．空气污染气象学教程[M]．北京：气象出版社，2004．
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