第35卷第6期 2o07年12月 气象科技 Y Vo1.35,No.6 Dec.2007 M_ETEOROLoGIC户 L SCIENCE AND TECHNO 济南市空气质量特征分析 王新 杨晓霞2 刘焕彬3 (1山东省气象信息中心,2山东省气象科学研究所,3山东省气候中心,济南250031) 摘要根据济南市2001 2005年的空气质量日报资料,分析了济南市空气质量特征及其成因。结果表明,济南市 近5年平均空气污染指数为96.2,良好率仅占64.7%,轻微污染和轻度污染每年平均124.8天,5年中中度污染 以上天数为20天,空气污染总体较为严重。风速的大小与每日空气污染指数之间的关系近似呈u形分布特点,2 m/s以下微风或静风会抑制污染物质的扩散、使污染物积聚,污染较重。在风速大于6 m/s时,由于地面灰尘的扬 起或上游沙尘的侵入,使空气中的可吸入颗粒物浓度再次升高。当地面风速在2~6 m/s时,污染物浓度相对较 低。中度以上的污染一种产生在气旋南部和冷锋前后,伴随风力较大、产生沙尘和扬沙天气,另一种伴有小风,在 大气中悬浮着烟雾。空气质量为优的清洁日主要受冷锋后部的冷高压影响。 关键词空气污染指数重度污染日清洁日 天气形势风速 引言 影响兰州的天气形势也分为4类 j。济南市空气质 量因受客观条件的影响,空气污染较为严重,一度 空气质量的好坏反映了环境空气受污染的程 进全国十大污染城市行列。本文根据济南市2001 年1月1日至2005年12月31日实测空气质量日 报资料,分析了济南市空气质量变化的特征及与气 象条件的关系。 1 空气质量特征分析 度,依据空气中污染物浓度的高低来判断。影响空 气质量的主要因素有污染物质的排放量、源强分布、 地理与气象条件等。2000年6月5日国家环境保 护总局组织47个环境保护重点城市开展城市环境 空气质量日报工作,监测项目为so2、N02和 PM10,发布形式为空气污染物指数、首要空气污染 物、空气质量级别和空气质量状况,并向社会发布。 近5年来针对各地空气质量特点及气象因素的影 空气质量采用空气污染指数(Air Pollution In— dex,以下简称API)法E5 J进行评价,就是将常规监测 的几种空气污染物(暂定为:SO,、No2和PM10)浓 度简化成为单一的概念性指数形式,并分级表征空 气污染程度和空气质量状况。污染指数反映城市空 气质量的好坏,指数越大污染越重,指数越小,空气 质量相对越好。首要污染物是指污染最重的污染 响,有一些研究。石宇虹分析了沈阳城市空气污染 平均状况,得出影响沈阳城市空气污染浓度变化的 主要气象因子是温度、风速和风向 J。李雄等分析 了南宁市空气质量状况特征 J。需要指出的是城 市的空气质量与天气形势有着直接的关系,不同的 天气形势反映了各气象因子对空气质量特点的综合 影响。袁美英对哈尔滨2000~2003年中等以上污 物,首要污染物的污染指数即为API。AP1分为优、 良、轻度、中度、重度5个等级,详见表1。当空气质 量为优时,不报告首要污染物。 染个例分析后,划分了4种天气形势 。王宝鉴把 表1空气污染指数(API)范围及相应的空气质量级别 国家重点基础研究发展计划项目课题“气溶胶气候效应及未来的情景预估”(2006CB403707)资助 作者简介:王新,女,1966年生,工程师,主要从事气象信息质量控制工作,Email:zlkwx0000@yahoo.Eom.crl 收稿日期:2007年3月13日;定稿日期:2007年7月12日 维普资讯 http://www.cqvip.com
气 象 科 技 第35卷 1.1年平均空气质量状况 从API的年平均值可以看出总的空气质量状 仅占64.7%,轻微污染和轻度污染每年平均124.8 天,5年中中度污染以上天数为20天,空气污染较 为严重,见表2。 况。济南市近5年实测平均API为96.2,良好率 表2 2001 ̄2005年济南市不同空气质量级别所占天数 2002年空气质量级别为优的天数为12天,比 2001年多9天;空气质量级别为良的天数2002年 是259天,比2001年增加了39天;而空气质量级别 为轻微污染的天数2002年是76天,比2001年减少 尘除掉,以减轻大气环境污染程度。 表3 2001 ̄2005年济南市首要污染物所占天数 了42天。总体上说,2002年济南市的API为 91.4,较2001年98.8有所减小,环境空气污染有所 减轻。但是2003年和2004年的平均API比前2年 的有所增加,分别为99.7和100.6;2003年良好以 上天数为215天,占58.9%;与上年相比,良好以上 1.3空气污染指数月平均值分析 天数减少56天,环境空气质量总体下降。2004年 良好以上天数为210天,占全年监测总天数的 57.4%,与上年相比,良好以上天数减少5天,环境 空气质量进一步下降,空气污染加重。2005年良好 以上天数为262天,占全年总天数的71.9%,与上 年相比,良好以上天数增加52天,平均API为90. 本文统计了2001~2005年济南市的AP1月平 均值(图1)。济南市AP1月平均值起伏变化较大, 冬季和春季AP1月平均值超过100,空气质量级别 达到Ⅲ级,空气质量状况为轻微污染。最大值出现 在3月,月均值达到了115.3。6~11月API平均值 都在50~100之间,空气质量级别Ⅱ级,空气质量状 况都为良好。 7,是近5年的最低值,环境空气质量较前几年总体 有所好转。 1.2首要污染物 在空气质量日报中,首要污染物是一个非常重 要的概念,是指空气中最主要的一种污染物。由表 3可见,2001~2005年济南市空气质量为I级的天 数都在15天以下,首要污染物为so2的天数都不多 于30天,其余的320多天中其首要污染物全部都是 可吸人颗粒物。因此,可吸人颗粒物是造成济南市 空气污染的最主要的污染物。减少可吸人颗粒物的 图1济南市2001-2005年AP1月分布曲线 排放,就能比较有效地降低空气污染指数,提高空气 质量。 1.4日空气质量状况 为了更具体地分析济南的空气质量状况,本文 统计了2001~2005年济南市每日的API(图略)。 一减少人为排放的可吸人颗粒物可采取2种措 施:①改变燃料的构成,以减少可吸人颗粒物的生 成,如用天然气代替煤,用核能发电取代燃煤发电 等;②在烟尘排放到大气环境之前,采用控制设备将 般冬季和春季日API在100左右振动,而夏季和 秋季在90附近振动,总体振动幅度较小,只有中度 以上污染日,伴随着API的增大,曲线出现脉冲式 维普资讯 http://www.cqvip.com 第6期 王新等:济南市空气质量特征分析 805 的尖峰。2001~2005年济南市共出现中度以上污 染日20次,大多集中在冬季和春季,其中中度污染 9次(2001年1次、2003年2次、2004年4次、2005 年2次),中度重污染8次(2001、2002、2004和2005 年各出现2次),重度污染3次(2001、2002和2004 年各出现1次)。 2空气质量状况的成因分析 影响空气质量的主要因素有污染物质的排放 量、源强分布、地理与气象条件等。 2.1客观条件分析 济南市是典型的北方内陆城市,能源结构以煤 炭为主。工业结构以黑色金属冶炼及压延加工业、 电力、蒸汽、热水的生产和供应业、化学原料及化学 制品制造业、非金属矿物制造业等行业为主,重工业 比例偏大,占60%以上;在市区及市区边缘地带分 布着以燃煤为主的钢铁厂、水泥厂、火力发电厂等重 污染企业,由燃煤引起的soz,与烟、粉尘及地面扬 尘污染,形成了长期以来影响济南市环境空气质量 的主导因素;随着近几年济南市经济的持续发展,一 系列城市建设重点工程相继展开,旧城改造、新区建 设、道路拓宽等施工工地遍布市区,部分施工工地防 尘措施落实不到位,再加上各类沙土、粉煤灰露天堆 放、垃圾渣土随意倾倒、运输遗撒现象较为严重以及 城市道路保洁措施落后,机械化清扫程度低,极易造 成二次扬尘污染,加重了市区扬尘污染程度。 生态地理方面,济南市南依泰沂山脉、北临黄 河,地势以2.3%~9%的比降向北倾斜,北边的黄 河已是地上河,城市防洪坝高出城市地面20余米, 造成市区自然地势低凹,城市自然通风能力差,不利 于污染物的扩散。南部石灰岩山区生态环境脆弱, 多粗骨性褐土,植被发育较差,北部为黄河冲洪积 物,土质松散,遇大风地面易起风沙扬尘。 由以上分析可见济南市污染物质的排放量、源 强分布、生态地理条件特征客观上决定了空气污染 较为严重,但是在上述条件一定时,每日API与气 象条件密切相关,气象条件的变化直接影响大气的 污染程度。 2.2风速与空气污染指数 通常海平面气压场的分布和变化,决定着地面 层风、温、湿的变化特征,而这些气象要素对大气污 染有着重要的影响。风是影响污染物扩散稀释很重 要的气象因子,风向决定着污染物扩散的方向,风速 则影响污染物扩散稀释的速度[ , 。 利用济南市2001--2005年每日风场资料,分析 其与每日API之问的关系。结果发现济南市污染 物平均浓度与当天主导风向之问,并没有出现在哪 几个风向条件下日平均浓度有显著增高的现象,这 可能是由于市区内工业区与居民区划分不是很清, 污染源比较分散所致。从2001~2005年各风速下 日API的平均值(图2)可发现,风速的大小与每日 API之问关系较为复杂,基本是振荡式上升或下降, 这可能与相同风速下样本的多少有关,整体上近似 呈U形分布特点,2 m/s以下微风或静风会抑制污 染物质的扩散、使污染物积聚,对加重PM10污染具 有显著作用。在风速大于6 m/s时,由于地面灰尘 扬起或上游沙尘的侵入,可吸人颗粒物的浓度再次 升高。当地面风速为2~6 m/s时,污染物浓度相对 较低,风对污染物有较好的扩散稀释作用,这种变化 规律有一定的地方特点。 l40 l30 l20 皇110 露 100 皿 90 80 70 0 l 2 3 4 5 6 7 8 9 l0 风速/(I・s--) 图2济南市各风速下AP1分布曲线 (粗实线为5点滑动平均) 2.3中度以上污染日的气象条件分析 2001~2005年中度以上污染20天,其中重度 污染3天(表4),产生污染的首要污染物均为 PMl0。污染事件大多产生在春季和冬季,夏季甚 少,6月只有l天。7~9月没有中度污染。有两种 污染类型,一种是地面风大,产生在气旋南部和冷锋 前后的沙尘和扬沙天气;另一种是风小,在大气中悬 浮着烟雾,这与上节分析是一致的。这20天污染的 海平面气压场可分为5种类型,①冷锋影响即冷空 气影响前后和气旋影响最多,有l3天;②冷空气影 响前,空气暖湿,在低层冷锋附近的低压槽区,容易 产生弱上升运动,使得一些微尘颗粒和污染物悬浮 维普资讯 http://www.cqvip.com 气 象 科 技 第35卷 在地面上空,空气中的颗粒浓度增大,近地面层出现 压区控制,分别出现了2天、1天、3天,这些情况下, 风力较小,大气暖湿时不利于污染物扩散,也会造成 烟幕或雾;③若在春季,空气干燥的情况下,冷空气 影响时风力增大,容易产生扬沙天气,在3次扬沙天 气中,2OO1年3月21-22日内蒙古自治区的中部、 河北省北部至河套地区出现区域性沙尘暴并于22 日影响济南市空气质量;④较弱的低压、高压区和均 中度以上污染;⑤在东高西低的气压场控制下,若气 压梯度较大,易出现偏南大风,空气干燥,大风把地 面的沙尘吹起,产生扬沙天气,这种类型仅出现1 天。 表4 2001 ̄2005年济南市中度以上污染日概况 表4表明,近5年出现了3个重度污染日(2001 年3月21日、2002年11月12日和2004年1月6 日)。 尘天气到达河北东部、天津和山东西北部地区。21 日20:O0以后,随着气旋后部冷空气的影响,东北风 增大,来自于蒙古国的沙尘天气影响山东,受外来沙 源的影响,济南再度出现扬沙,一直持续到22日 O8:00,使22日的空气质量等级为中度重污染,可见 3月21日扬沙天气的沙源来自本地,而3月22日 扬沙天气的沙源受上游的影响。 (2)2002年11月12日烟幕和浮尘天气,受蒙 古高压南部扩散南下的弱冷空气的影响,大气重度 污染,O8:00~14:00出现烟幕和浮尘天气,由于冷 空气较弱,风力较小,日平均风速为3.5 m/s,以2~ 4 m/s的风速出现时次最多。在海平面气压场上, (1)2001年3月21日扬沙天气,是受蒙古气旋 的影响,出现扬沙,为重度污染日。济南日平均风速 为7 m/S,最大风速达15.4 m/s。20日20:00,冷锋 进入蒙古国中部的低压中心,生成气旋。气旋中心 向东南移动,21日08:O0中心到达我国内蒙古自治 区的中部,受蒙古气旋的影响,在蒙古国的东南部出 现西北大风,伴有沙尘暴和扬沙天气。随着蒙古气 旋的东移,21日14:O0前后,在我国内蒙古自治区 的中部、河北省北部至河套地区出现西北大风和区 域性沙尘暴和扬沙天气。21日08:00--14:00,济南 位于蒙古气旋中心南部的暖区中,在冷锋的前部,西 南风增大,平均风速6~8 m/s,由于空气干燥,风将 地面沙尘吹起,出现扬沙天气。随着气旋东移,21 日20:O0前后,气旋冷锋影响济南,西南风转为东北 风,风力短时减小,扬沙消失。此时,冷锋后部的沙 蒙古高压呈L形,向东南伸展,影响济南,冷高压前 沿的气压梯度较小,偏北风较小,大量的灰尘在近地 面层悬浮,形成浮尘天气。 (3)2004年1月6~7日烟幕、浮尘和轻雾天 气,受均压区和冷空气前部逆温层的影响,大气重度 污染。6日08:00--20:O0济南受均压区控制,风力 维普资讯 http://www.cqvip.com
第6期 王新等:济南市空气质量特征分析 很小,在123--250 rn出现逆温,温度从1.8℃上升 到5.7℃。低层大气中的污染物无法向外扩散,悬 浮在空中,形成烟幕。6日夜间至7日上午,弱冷空 气从低层侵入,温度降低,但逆温层仍然存在,厚度 增大,强度减弱,在123~263 rn之间,温度从一0.7 上升到1.3℃。逆温层抑制了上升运动的发展。由 于低层湿度较大,水汽在低层悬浮的污染颗粒上凝 结,形成轻雾,大气污染加重,7日API值从6日的 277上升到500,随着冷空气的南下,均压区逐渐转 为冷高压的前部,北风增大,使暖湿空气南压,7日 中午轻雾消散。 2.4清洁日的气象条件分析 2001--2005年共有43个空气质量为优的清洁 日,清洁日数以秋季最多,9月高达15天,1月、3 月、4月和7月没有出现空气质量为优的清洁日,说 明济南秋季空气质量最好。绝大多数清洁日是出现 在冷空气影响后的高压区,只有1次是在气旋影响 的低压区。在清洁日的前一天或当天,冷空气影响 时有降水的概率为83.7%,说明降水对空气质量的 优化起到了重要作用。 在夏季、秋季和冬季分别选取了3个空气质量 为优的清洁日(2005年8月18日、2002年9月14 日和2001年2月7日),3个清洁日都是出现在冷 空气影响后的高压区,在冷空气前锋影响后的前一 天或当天,出现降水天气,降水把空气中的污染物带 到地面,起到了净化空气的作用(表5)。雨过天晴, 空气中的悬浮物减少,空气污染降到最低。3个清 洁日的海平面气压场,都是在冷空气过后,济南位于 东北一西南走向的等压线密集带的西北部、西高东 低的高压场中。与重度污染相比,清洁日是出现在 冷空气影响后的冷高压控制下;而污染日是出现在 暖低压、均压区和冷空气影响前及影响时的暖湿或 暖干空气中。由此可见,大气的清洁度与冷暖空气 的活动密切相关。 表5 3个空气质量为优的清洁日概况 出现日期 API耋 天气现象 地面影响系统 3结论 (1)济南市近5年平均API为96.2,良好率仅 占64.7%,轻微污染和轻度污染每年平均124.8 天,5年中中度污染以上天数为20天,空气污染较 为严重。冬季和春季API的月平均值超过100,空 气质量状况为轻微污染。最大值出现在3月,月均 值达到了115.3。6~11月API平均值都在50~ 100之间,空气质量状况都为良好。可吸人颗粒物 是造成济南市空气污染的最主要的污染物。 (2)济南市区自然地势低凹,城市自然通风能力 差,不利于污染物的扩散;是典型的北方内陆城市, 能源结构以煤炭为主,冬季采暖期污染物排放量大, 且常遇静风、逆温等不利于污染物扩散的气象条件。 春季多大风天气,同时又由于干旱少雨,南部石灰岩 山区生态环境脆弱,多粗骨性褐土,植被发育较差, 北部黄河冲积物土质松散,遇大风地面易起风沙扬 尘。城市建设二次扬尘污染也较重。 (3)风速的大小与每日API之间关系较为复 杂,近似呈U形分布特点,2 m/s以下微风或静风会 抑制污染物质的扩散,使污染物积聚,污染较重。在 风速大于6 m/s时,由于地面灰尘的扬起或上游沙 尘的侵入,使空气中的可吸人颗粒物浓度再次升高。 当地面风速为2~6 m/s时,污染物浓度相对较低。 (4)2001--2005年中度以上的污染20天,其中 重度污染3天,产生污染的首要污染物均为PM10。 污染事件大多产生在春季和冬季,夏季甚少,6月只 有1次,7~9月没有中度污染。有两种污染类型, 一种是风力较大,在气旋南部和冷锋前后,伴有沙尘 和扬沙天气;另一种是风小,在大气中悬浮着烟雾。 (5)一般重污染日出现在蒙古气旋和冷锋影响 前和影响时,海平面气压场为暖低压、均压区、低压 槽区和冷高压的前部,空气暖湿或暖干的条件下。 清洁日出现在冷空气影响后,雨过天晴的冷高压区。 参考文献 [1]石宇虹,张菁,刘从容.沈阳空气质量时空变化[J].气象科技 2002,30(5):313 317. [2]李雄,董惠青.南宁市空气质量状况特征研究[J].广西气象 2001,22(4):31—33. 维普资讯 http://www.cqvip.com 气 象 科 技 第35卷 [3]袁美英,周秀杰.天气形势对哈尔滨空气质量影响的初步研究 [J].气象,2005,31(1):55—58. [4]王宝鉴,许东蓓,王锡稳.兰州市冬季空气污染的天气成因分析 及浓度预报[J].甘肃气象,2001 19(4):18—21. [6]董蕙青,郑永骏,黄海洪.广西城市空气质量预报技术[J].气象 科技,2002,30(6):328—334. [7]王淑英,张小玲,徐晓峰.北京地区大气能见度变化规律及影响 因子统计分析[J].气象科技,2003,31(2):110~114. [8]周自江,章国材.中国北方的典型强沙尘暴事件(1954—2002 年)[J].科学通报,2003,48(11):1224—1228. [5]朱传风,赵和平.用空气污染指数评价城市空气质量[J].甘肃 环境研究与监测,1998,l1(2):30—31. Characteristic Analysis of Air Quality in Jinan Wang Xin Yang Xiaoxia2 Liu Huanbin3 (1 Shandong Provincial Meteorological Information Center,2 Shandong Pmvincial Institute of Meteorology. 3 Shandong Provincila Climate entCer,Jinan 250031) Abstract:The characteristics of air quality in Jinan are studied on the basis of the daily air pollution index(API from 2001 to 2005.The average AP1 was 96.2 for the period.and the number of days with good air quality ac— counted for 64.7%.Annual average numbers of days with slight olplution and middle olplution were 1 24.8 and 20 in the 5 year period,respectively.As a whole,the city is relatively polluted.The relationship of API and wind speed in J inan has a U—shaped curve,with higher APIs at the wind speeds being less than 2 m/s nd ahigher than 6 m/s nd awith lower APIs at the wind speeds in the range of 2 to 6 m/s.The moderate or above olplution was caused mainly by weather:sand storms or blowing sands followed by cyclones nd colad fronts,and smog or fg foollowed by breeze.Clear air days were mainly accoy ̄:,anied with the weathers patterns affected by the rear— ward of cold fronts or cold highs. Key words:air quality,air pollution index,severe pollution,clear day,weather pattern,wind speed WMo出版南极臭氧公报 2007年首期《wMO南极臭氧公报》(wMO Antrcatic Ozone Bulletin)于8月28日出版。该公报综合了 不同来源的资料:气象资料、卫星资料以及来自气球和地面观测的资料。这些资料由WMO各成员国提供, 能够反映南极臭氧层的总体状况。欲获得首期(WMO南极臭氧公报》,访问下列网址:http://、v、vw.vcIno. int/pages/pmg/arep/gawozobull07en.html。欲全面了解2006年臭氧洞的情况,可访问http://、v、vw. 一wIno.int/pages/prog/arep/documents/ant—bulletin-8—2006.pdf 程也编译自美国气象学会网站,Atmospheric News,2007—10—20, http://www.ametsoc.org/amsnews/news.html
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