长三角城市站的AQI特征及其与气象条件的关系

【作者】 韩珏靖； 陈飞； 沈沛丰； 韦芬芬； 季嬿；

【机构】 苏州市气象局； 苏州市相城区气象局；

【摘要】 社会经济的发展使空气污染受到普遍关注[1-3],研究表明气象条件对空气污染具有重要影响[4-7]。2012年,随着我国空气质量评价标准的调整,国内对AQI(空气质量指数)的研究正在开展[8-11]。苏州是长三角城市站,东临长江入海口,其空气质量既受长三角城市群影响,又受东部海洋气流影响。同时,微波辐射计和风廓线作为非常规探测的重要手段,已被广泛应用[12-15],其数据也被证明具有一定的可靠性[16-19],但目前鲜有与AQI关系的分析。本文分析了2013年6月~2014年6月长三角城市苏州的AQI特征,并利用微波辐射计和风廓线数据,研究了大气垂直观测与AQI的关系。结果发现:1)作为空气污染的首要污染物,PM2.5最常见(55.2%),O3次之(30.1%),NO2(9.5%)和PM10(5.3%)较少;而SO2和CO从未出现过。2)夏季AQI日变化单峰型,其他季节双峰型。这可能是因为,夏季首要污染物O3(日变化单峰型)为主,其他季节PM2.5(日变化双峰型)为主。AQI日变化的双峰型峰值分别出现在09时和20时前后,与上下班高峰机动车尾气有关[20-21],由于污染需要一定时间积聚,峰值出现时间滞后于上下班高峰时间。另外,夜间人类活动影响减少,午后热力抬升湍流活动增强[22],污染缓解。此外,还受光化学反应的影响:例如午后太阳光照会使NO2发生化学转化,利于NO2浓度降低[23],夜间太阳辐射消失NO2光解停止,同时NO和O3反应生成NO2,一定程度上造成夜间NO2上升[24],马彬等[25]对深圳污染物浓度日变化的研究中也发现了类似的现象。3)降水、相对湿度、温度与AQI负相关,气压与AQI正相关。说明降水、较高的相对湿度和气温对降低AQI数值的贡献较明显;高压控制时天气形势稳定,利于AQI升高。4)风速与AQI的相关性不显著。一定程度受到风向影响,例如北方冷空气南下、风力增大,虽有一定清除作用,但也会将内陆污染输送至本地,造成AQI上升。此外,如不考虑外来污染影响,一般风速越大对本地污染清除越有利,但地面风速与O3浓度却呈正相关(张爱东等[26]在2007年的研究中也发现了同样的现象),这是由于近地层O3有相当部分来自对流层上部,湍流活跃有利于地面O3增加,所以近地层风速增大对O3浓度上升有利[27-28]。5)AQI日均值在地面偏西风时最高,偏东风时最低。结合苏州作为长三角城市站的位置特点,其西接内陆、东临海洋,说明内陆风最易使污染加重,海上风最利于污染清除,这也体现了长三角城市群和东部海洋气流的影响。当空气质量在优到中度污染,随着污染加重,风速减小,说明静稳的气象条件有利于污染物堆积。但当空气质量在中度到重度污染,随着污染加重,西北风速显著增大,说明西北向的内陆污染在风场的输送下,具有加剧本地污染的作用(图1)。6)微波辐射计和风廓线资料分析表明,A指数、近地层温差(上下层气温差的绝对值)和垂直风速(正为向上、负为向下)与AQI均为负相关。这是用大气垂直观测数据,从物理量代表的物理意义上直观的证明:A指数越小、近地层温差越垂直风速越小,大气越稳定,污染越严重;A指数越大、近地层温差越大、垂直风速越大,大气越不稳定,污染缓解。更多还原