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沈阳市污染扩散气象条件对比分析

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  摘 要:应用沈阳市环境空气质量数据,结合NCEP再分析资料,对2016—2018年沈阳市空气质量、气象要素进行对比分析。结果表明,2018年沈阳市污染扩散气象条件及空气质量均明显好于2016年及2017年。2018年沈阳市环境空气质量达标天数为285d,与2016、2017年相比明显增加,重污染天数明显减少。2018年全年平均中层温度及地面相对湿度明显偏低,有利于污染物扩散,其中1—2月为明显显著有利,5—6月较2016年稍差。
  关键词:空气质量;气象要素;沈阳市
  中图分类号:S161 文献标识码:A
  DOI:10.19754/j.nyyjs.20190515059
  引言
  环境污染现象不仅严重影响生态环境,而且对人们的生活水平和身体健康产生极大影响,随着社会经济的进步,人们对生活品质的要求不断提高,对自身的健康更加重视,环境污染问题越来越受到社会的广泛关注[1]。因此研究影响空气质量的因素一直是众多学者关心的焦点。研究表明在本地污染源及排放量一定的情况下,气象条件对空气质量变化有很大影响[2]。
  沈阳市位于辽河平原中部,东部为辽东丘陵山地,北部为辽北丘陵,地势向西、向南逐渐开阔平展,是辽宁省的省会城市,地处东北亚经济圈和环渤海经济圈的中心。区域经济一体化的形态和特征日益凸现,是中国主要的重工业发展基地之一[3]。本文以沈阳市为例,从沈阳市环境空气质量变化、气象条件变化等方面综合分析,总结沈阳市2016—2018年空气质量及气象条件变化特征及规律,以期为空气质量预报工作和大气环境治理提供客观和科学的依据。
  1 资料与方法
  1.1 数据来源
  研究使用的辽宁省沈阳市2016—2018年空气质量监测数据,源于环境保护部设置的11个环境空气质量国控监测点位(均为评价点位)的自动监测设备。气象数据为NCEP再分析资料及沈阳站探空资料,从气象条件和空气质量对比分析2016—2018年3a的异同。
  1.2 统计分析方法
  研究区域内城市空气质量评价,按照《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ 633—2012)[4]执行,即AQI各级别限值分别为优(0~50)、良(51~100)、轻度污染(101~150)、中度污染(151~200)、重度及以上污染(>201)。按上述AQI级别限值统计2016—2018年沈阳市AQI级别分布。
  利用统计分析方法,通过对比2016—2018年污染扩散的气象条件,找出气象扩散条件的异同之处,为空气質量预测预报提供相关依据。
  2 结果与讨论
  2.1 空气质量变化
  2018年沈阳市环境空气质量达标天数为285d,达标比例为78.1%,与2017年相比增加8.0%,与2016年相比增加10.1%;重污染天数(重度污染与严重污染天数之和,以下简称重污染)为2d,与2017年相比减少9d,与2016年相比减少11d。
  从2016—2018年重污染天的逐月分布来看,3a的重污染天主要分布在1—3月、5—6月及10—12月,4月及7—9月均未出现重污染。其中1—2月仅2017年出现重污染,5—6月2017年及2018年出现重污染,10—12月仅2016年有重污染天,3月重污染天数呈逐年递减趋势。2018年秋冬季重污染天数较前2a相比明显减少,但2017、2018年的5—6月重污染比2016年明显增加。总体分析,2018年空气质量整体明显好于2016年及2017年,但处于春夏交替的5—6月2017年及2018年臭氧重污染凸显。
  2.2 气象条件分析
  影响空气质量的主要因素是污染物排放量和气象条件,诸多研究表明,在污染源一定的条件下,空气质量与气象条件密切相关。
  2.2.1 中层温度
  相关研究表明,气温随着海拔高度的增加而减小对热力环流的形成较为有利,为空气的上升运动提供有利条件,利于大气中污染物的扩散[5];中层温度同时反应了冷空气活动的频繁程度,当中层温度较低时,即冷空气活动频繁,有利于污染物的扩散。
  2018年度沈阳中层温度为0.5℃,与2016年及2017年相比,均明显偏低,为近3a来最低水平,2016年与2017年相差不大。从中层温度逐月变化情况来看, 2017年1—2月中层温度均为近3a来同期最高,其中2016年1月处于最低水平,2018年2月的处于最低水平;2018年3—8月温度为近3a同期最高,9—12月再次处于3a同期温度最低水平。总体分析,2018年平均中层温度偏低,尤其秋冬季较为明显,因此2018年的中层温度较2016年和2017年整体有利于污染物扩散,而2017年1—2月中层明显偏高,说明2017年1—2月中层温度整体不利于污染物扩散。
  2.2.2 相对湿度
  研究表明,高相对湿度条件下,与温度等条件配合,易形成层结稳定天气,不利于污染物的扩散,同时污染物吸湿增长,会造成污染进一步加重。
  2018年沈阳市地面平均相对湿度为55.9%,与2016年及2017年相比均偏低,通过对2018年沈阳市地面相对湿度月变化分析,2018年7—9月平均相对湿度最大,均超过70%,2月相对湿度最小,为39.8%。与2016、2017年同期比较,2018年1—2月、12月较往年同期明显偏低,而3月明显偏高,其余月份相差不大。总体分析,2018年平均相对湿度较2016、2017年明显偏低,空气相对较为干燥,相对湿度条件整体不利于污染物的积累,其中1—2月及12月尤为有利。
  2.2.3 地面风速
  对于气态污染物和颗粒物来说,风主要影响污染物的水平输送能力,风速越大越有利于大气污染物的扩散,较小的风速则是污染天气发生和发展的有利条件。
  对沈阳市地面风速分析来看,沈阳市2018年地面平均风速为5.6m/s,与2016年相差不大,但低于2017年。通过对2018年逐月平均风速分析可以看出,4月平均风速最大,为8.7m/s,12月平均风速最小,为3.2m/s。与2016年及2017年同期相比,2018年1—4月地面风速偏大,为3a中最大水平,8—10月及12月偏低,其余月份相差不大。总体分析,2018年1—4月地面风速条件有利于污染物的扩散。
  3 结论
  2018年沈阳市空气质量整体好于2016年及2017年,达标天数增减,重污染天数减少。
  逐月重污染变化显示,2018年秋冬季空气质量明显好转,但春夏交替季节的5—6月臭氧污染凸显。
  从中层温度、地面相对湿度和地面相对湿度等气象条件分析,2018年污染扩散条件总体为显著有利,好于2016年及2017年。
  从逐月气象条件变化分析,2018年5—6月与2016年同期相比略有不利,但秋冬季1—2月及12月明显好于前2a。
  参考文献
  [1] 刘闽.沈阳市秋冬季重污染过程PM2.5浓度变化及成因分析[J]. 中国环境监测, 2018, 34(1): 47-53.
  [2] 张珺,宋晓辉.2017年邯郸市气象扩散条件评估分析[J]. 生物灾害科学, 2018, 41(4): 326-330.
  [3] 卫亚星.沈阳市空气质量影响因素评估[J]. 测绘与空间地理信息, 2016, 39(8): 24-34.
  [4] 环境保护部科技标准司. 环境空气质量标准: GB3095—2012[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2012.
  [5] 郭飞.沈阳市空气质量状况与气象条件相关性分析及预测[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2017.
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