環境空氣質量的優劣,直接影響著整個生態系統和人類的健康。環境空氣質量的好壞反映了環境空氣受污染的程度,它是依據空氣中污染物濃度的高低來判斷的?？諝馕廴臼且粋€復雜的現象,在特定時間和地點空氣污染物濃度受到許多因素影響,影響空氣質量的主要因素有:污染物質的排放量和氣象條件。在沒有明顯的天氣系統轉折變化的情況下,空氣質量的變化主要取決于污染物的排放;當有大的天氣變化時,則引起氣象要素的一系列變化,從而引起污染物擴散條件的明顯變化,導致空氣質量的重大變化。本文在對呼和浩特市2000年6月至2011年3月的空氣污染指數進行統計分析的基礎上,探討了空氣污染指數與氣象要素之間的相關性,為有效地控制污染、改善環境和城市的合理規劃提供科學的依據。
1、 資料來源
呼和浩特市空氣質量數據是源于中華人民共和國環境保護,而地面氣象數據是源于中國氣象科學數據共享服務網 ,兩種資料收集的數據時段均為為2000年6月至2011年3月?？諝赓|量數據包括:空氣污染指數、首要污染物、空氣質量級別、空氣質量狀況等數據項;地面氣象資料中包括:平均風速、最大風速、相對濕度、平均溫度、最高溫度、最低溫度、日照時數、降水量等數據項。
2、 空氣污染指數
空氣污染指數\\(Air Pollution Index,簡 稱API\\),就是根據環境空氣質量標準和各項污染物對人體健康和生態環境的影響,將常規監測的幾種空氣污染物濃度簡化成為單一的概念性指數值形式,將空氣污染程度和空氣質量狀況分級表征,適合于表示城市的短期空氣質量狀況和變化趨勢。參加空氣污染指數計算的污染因子為可吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮。
中國目前采用的空氣污染指數\\(API\\)分為五個等級、七個檔,對應于空氣質量的七個級別,指數越大,級別越高,說明污染越嚴重,對人體健康的影響也越明顯\\(具體分級見表1\\)。
2.1 首要污染物
在空氣質量日報中,三項污染指數分指數的最大值代表該區域或城市的空氣污染指數\\(API\\),該指數所對應的污染物即為該區域城市的首要污染物,當污染指數API小于50時,不報告首要污染物。呼和浩特市的大氣環境中,首要污染物為可吸入顆粒物\\(PM10\\)占84.86%和SO2占1.53%。
可吸入顆粒物是指大氣中粒徑小于10μm的固體顆粒。它包括一系列化學物質,兩種主要成分是鉛和芳香族的碳氫化合物,其對人體的危害較其它粒徑的固體顆粒相對較大,SO2也是一種大氣污染物。因此,對呼和浩特的首要污染物統計十分必要。
本文統計了十年來呼和浩特空氣中各月首要污染物。其中PM10主要出現在春季\\(3~5月\\)、夏季\\(6~8月\\)、秋季\\(9~11月\\)。冬季\\(12~2月\\)由于燃煤供暖,空氣中的首要污染物為SO2,可見,可吸入顆粒物是造成空氣污染的最主要污染物。減少可吸入顆粒物的排放,能更有效降低空氣污染指數,提高空氣質量。
2.2 空氣污染指數總體分布
不同年份城市空氣質量個等級所占的天數不同,從表2可以看出每年空氣質量為良所占的天數最多。其中,除2001至2003年空氣質量為輕微污染所占天數超過占優的天數外,其余各年空氣質量占優的天數居第二位。
2.3 空氣污染指數的年際變化
隨著現代化建設不斷進行,呼和浩特市的工業不斷發展。同時氣候條件也隨著不同的年份而不同。對十年來API得統計匯總最后得出該市API得年際變化規律\\(見圖2\\)。由圖2可看出呼和浩特市2001至2010十年來,空氣污染指數呈波動式下降趨勢。其中2001年達到最大值,2008和2010年達到歷年最小值?？梢姳臼锌諝赓|量有所提高,這與呼和浩特市政府貫徹實施節能減排政策,加大對轄區內燃煤鍋爐、土磚窯和儲煤場的控制治理力度有關。
2.4 空氣污染指數的各月變化
圖3的API各月變化曲線都表現出兩頭高中間低的情況,3月至5月\\(春季\\)和12月至2月\\(冬季\\)API均比其它兩個季節高。這與采暖期的燃煤有關。
因為,在采暖期大多城市都會啟用燃煤鍋爐為城市供暖。冬季燃煤量的大大增加,加重城市的空氣污染狀況。呼和浩特市及周邊城市冬季采暖時間大都是每年11月上旬至次年4月上旬,從首要污染物統計中也發現這段時間呼和浩特市二氧化硫作為首要污染物出現的頻率增高。
3、 氣象條件對空氣質量的影響
3.1 風速
風是邊界層內影響污染物擴散的重要動力因子。污染物進入大氣之后,經過混合、稀釋和擴散,最終決定城市大氣污染物濃度。一方面,風速越大污染物在單位時間內擴散的空間便越大,而單位體積內的污染物濃度卻越小。但另一方面,風速越大,則煙羽的抬升高度越低,反而會增加污染物的地面濃度,同時風速增大還可能增加開放源源強,因此風速對污染物環境濃度具有雙重影響。反之,在風速小,低 層大氣 穩定度高時,則空 氣污 染物濃 度增大。
以最大風速為自變量,空氣污染指數為因變量,進行回歸分析,并建立回歸方程?？梢钥闯?二者呈指數函數關系如圖4所示,回歸方程:y=41.01×e0.067x,r2=0.119,方差分析表中F統計值為16.136,p<0.01,表明最大風速與空氣污染指數之間存在著正相關關系。但相關程度比較低,這是由于空氣污染指數受多個因子的綜合影響。
呼和浩特地面流場受天氣系統控制和地方性局地環流控制。在東亞季風的影響下,地面風向隨季節變化明顯。呼和浩特地區夏季處于東亞東南季風邊緣的影響下,冬季則完全在亞洲內陸高壓\\(蒙古高壓\\)的控制下。當受系統型天氣控制時,受鋒面和氣旋等天氣系統影響,呼和浩特市地面流場完全由天氣系統的活動狀況而定。此時地面風速較大,一般在3m·S-1以上,且市內各區的風向基本一致。冬季在南下的西伯利亞冷空氣影響下,呼和浩特地區盛行西北風,風速較大。當受系統型天氣控制時,既有利于大氣污染物的稀釋和擴散,又易形成浮塵或揚沙天氣,致使污染加重。在天氣系統活動不明顯時,呼和浩特地面流場主要受山谷風和城市熱島環流的影響,天氣晴好,地面風速較小,一般小于1.5m·S-1,市內各區風向偏差較大,易產生局地環流。
受局地環流控制時,對大氣污染物的稀釋和擴散極為不利,易于污染物的累積,造成污染。
3.2 降水量
以降水量為自變量,空氣污染指數為因變量,進行回歸分析,并建立回歸方程:y=85.384×e-0.004x,r2=0.251,方差分析表中F統計值為38.852,p<0.01,根據圖5所示,表明降水量與空氣污染指數之間呈指數函數式負相關。隨著降水量的增大,空氣污染指數逐漸下降。說明降水量對API指數有顯著負效應作用。在降雨過程中,有些污染氣體能溶解在水中或者與水起化學反應產生其他物質,顆粒物與雨滴碰撞可附著在雨滴上并隨著降水帶到地面,使大氣中污染物濃度降低。通常,雨滴可兼并粒徑大于2μm的氣溶膠粒子,降雨對各污染物的影響不一,對PM10的影響最大,SO2次之,而呼和浩特市首要污染物正是PM10。所以降水對呼和浩特市污染物有較好的凈化作用。降水量月變化趨勢與API月變化也呈反位相關系,在6~8月,降水量大,而API較小,尤其全年最大降水量的9月,API為全年最小;而降水量較小的1~3月和10~12月,API處較高水平。
3.3 氣溫
以月平均氣溫為自變量,空氣污染指數為因變量,進行回歸分析,并建立回歸方程:y=84.224×e-0.016x,r2=0.345,方差分析表中F統計值為62.587,p<0.01,如圖6所示,表明月平均氣溫與空氣污染指數之間呈指數函數式負相關?？諝馕廴局笖惦S著月平均氣溫的增大呈下降趨勢。表明氣溫越高,空氣質量越好。因為當近地面氣溫較高時,大氣垂直對流作用和湍流擴散得以加強,越有利于污染物向上輸送和擴散,API就降低;當受低溫控制時剛好相反。
3.4 氣壓
以月平均氣壓為自變量,空氣污染指數為因變量,進行回歸分析,并建立回歸方程:y=2.1055x-1807.65,r2=0.163,方差分析表中F統計值為23.252,p<0.01,如圖6所示,表明月平均氣壓與空氣污染指數之間呈線性相關關系。氣壓越高,空氣污染指數越高,污染越重。在高壓控制下,天氣晴朗,風速小,并存在著微弱的下沉氣流,阻止了空氣向上的輸送。尤其是冬季,呼市地區往往處在穩定的蒙古高壓控制下,夜晚極易產生輻射逆溫。大氣非常穩定,污染物被限制在逆溫層之下,無法向高空擴散,常產生較高濃度的大氣污染。
在低壓控制時,天氣特點一般是云較多,常具有一定的風速,且有微弱的上升運動,大氣多為中性或不穩定狀態,比較有利于污染物的擴散、稀釋。
4、 結論
呼和浩特市2001至2010年來空氣污染指數呈波動式下降趨勢,空氣質量正逐步變優,優良率已達95.6%?？諝馕廴局笖蹬c氣壓和最大風速呈正相關關系,并與氣溫和降水量呈負相關關系。
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