气象条件对晋江城市空气质量的影响

书书书第２５卷第４期２００９年８月气象与环境学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹＡＮＤＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＶｏｌ．２５Ｎｏ．４Ａｕｇｕｓｔ２００９收稿日期：２００９－０３－０２；修订日期：２００９－０３－２４。基金项目：福建省晋江市科技基金项目（２００７－４－４－７）资助。作者简介：赵惠芳，女，１９７２年生，工程师，主要从事天气动力和应用气象研究。气象条件对晋江城市空气质量的影响赵惠芳１　杨建东１　陈雅莲１　蔡文进２　施俊岳２（１晋江市气象局，福建晋江３６２２００；２晋江市环境保护局环境监测站，福建晋江３６２２００）　　摘　要：根据２００６—２００７年晋江市环境监测资料和同期气象资料，对晋江市空气质量状况分布特征、空气污染与气象条件的关系进行分析。结果表明：晋江市区空气质量优良率较高，夏季空气质量最好，春季空气质量最差；海洋性气候是形成晋江市空气质量优良率高的主要原因；空气质量为优的天气形势主要包括冷空气、副热带高压和台风等，空气质量持续为优；空气质量为轻微污染以上的天气形势主要包括ＳＷ暖湿气流、入海高压后部偏东气流、弱冷空气影响后期、副热带高压减弱或东退等。关键词：空气质量特征；空气质量等级；气象条件；晋江市　　中图分类号：Ｘ８２３　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１６７３－５０３Ｘ（２００９）０４－００１１－０６１　引言影响空气质量的因素主要有气象条件、浮尘、扬沙、沙尘暴和汽车尾气、工业排污、生活烟尘及冬季采暖等诸多因素。晋江市地处福建省东南部沿海，不需要冬季采暖，北方的沙尘暴也没有直接影响，晋江市区没有重工业区，因此可以说气象条件是影响晋江市区空气质量的重要因素。由于空气中的污染物在大气中的传播、扩散受到气象条件的制约，因此，城市空气质量的好坏与季节及气象条件的关系十分密切。陈添［１］在气象条件对北京市空气质量的影响研究中指出，气象条件是影响空气质量的客观因素，有利于污染物扩散的地面天气形势类型包括冷高压前部、冷锋后部、河套低压前部、高压和回流等；不利于污染物扩散的地面天气形势类型包括高压类、低压类、均压类，低压类中的华北倒槽、华北小低压、华北小倒槽和华北地形槽是受北京地区地形影响形成的具有北京特点的地面天气形势。刘兴中等［２］对南京大气高浓度污染与气象条件的关系研究中指出，天气形势与大气污染程度有密切的关系，造成南京冬季高浓度污染的地面天气形势为：（１）从河套到长江中下游维持稳定的Ｌ型高压；（２）主体位于蒙古的高压分裂出小高压到长江中下游地区。孙韧等［３］发现天津市滨海地区独特的污染气象特征与空气污染物浓度之间有着密切相关性，滨海地区环境空气质量与风速呈较好的负相关性，即风速小，污染浓度高，风速大，污染浓度低，但通常在风速大于等于７ｍ／ｓ时会产生扬尘，使ＰＭ１０浓度明显增高；空气中污染物浓度和气温呈正相关，气温高时，污染物浓度较高，气温低时污染物浓度较低。山义昌等［４］对潍坊市区近１０ａ空气质量与气象条件的关系研究发现，空气质量随着气候、季节的变化呈现明显的不同。楼丽银等［５］分析了２００２年温州出现高浓度空气污染日的地面天气类型，主要有高压底部型、冷锋前部型、入海高压后部型、大陆高压型和均压场型。王宏等［６］分析了福州天气形势分型与大气污染物相关关系，总结出不利于大气污染物扩散的天气类型有高压底部、高压后部、锋前暖区和地面倒槽；有利于大气污染物扩散的天气类型有高压脊、低涡锋面、副热带高压及边缘、台风（热带辐合带）及外围。本文以晋江市为研究对象，分析了２００６—２００７年晋江市区空气污染指数、空气质量状况和同期的气象要素及天气形势，分别探讨了空气质量为优及轻微污染以上的天气事件，较为客观地分析了气象条件对晋江城市空气质量的影响情况，为建立空气质量预报指标及统计预报方法提供科学依据。２　资料来源与处理方法２１　相关规定空气质量状况。根据国家环境保护总局与中国气象局联合发文的规定，以及中国环境监测总站关于城市空气质量日报技术规定，取二氧化硫（ＳＯ２）、二氧化氮（ＮＯ２）和可吸入颗粒物（ＰＭ１０）３种污染物指数最大者为污染指数（ＡＰＩ指数），并根据ＡＰＩ指数的范围对空气质量状况进行分级。目前分为Ⅰ级（优）、Ⅱ级（良）、Ⅲ１级（轻微污染）和Ⅲ２级（轻度污染）、Ⅳ１级（中度污染）和Ⅳ２级（中度重污染）、Ⅴ级（重污染）共５个等级。为方便起见，将空气质量等级简化为３个等级：即空气质量状况为优，用Ⅰ级表示；空气质量状况为良，用Ⅱ级表示；空气质量１２　　　气象与环境学报第２５卷　状况为轻微污染及以上，用Ⅲ级表示。季节划分。按照目前气候评价的标准，将３—５月规定为春季、６—８月为夏季、９—１１月为秋季、１２月—翌年２月为冬季。２２　资料来源及处理空气质量数据。来源于位于市区的晋江市环境保护局环境监测站，即２００６—２００７年每月上报的《空气质量日报》文件，其日数据统计时段为前日１２时—当日１２时平均值。气象数据。地面气象观测资料来源于晋江市气象局２００６—２００７年每月地面月报表Ａ文件，日数据统计时段为前日２０时—翌日２０时。其他气象资料取每日０８时地面、８５０ｈＰａ和５００ｈＰａ天气图，并将天气形势划分为冷空气型、副热带高压型、热带系统（统称“台风”）型、高空槽型、低层切变或低涡切变（统称“切变”）型、暖区辐合型和入海高压型。３　晋江市区空气质量特征分析３１　污染物浓度分布大气污染物浓度的大小决定了空气质量状况。从图１可知，２００６—２００７年的ＳＯ２、ＮＯ２、ＰＭ１０三条曲图１　２００６—２００７年晋江市ＳＯ２、ＮＯ２和ＰＭ１０浓度月变化曲线线变化基本一致，均有较明显的峰谷起伏特征，且三条曲线的最高峰值均出现在３—５月（春季）；但最低谷三条曲线并不同步，ＰＭ１０出现在６—７月，而ＳＯ２和ＮＯ２均出现在１０月；１０月以后，ＳＯ２和ＮＯ２浓度有较明显上升，而ＰＭ１０变化不大。ＮＯ２、ＳＯ２和ＰＭ１０浓度依次成倍增大，浓度最大的为ＰＭ１０，最小的为ＮＯ２，２００６—２００７年ＰＭ１０浓度平均值是ＮＯ２浓度的１６倍，是ＳＯ２浓度的５９倍；日ＡＰＩ指数最大值仅有１ｄ为ＳＯ２，其他均为ＰＭ１０；ＰＭ１０作为首要污染物出现频率高为９９９％。３２　空气质量状况分布２００６—２００７年，空气质量监测ＡＰＩ数据有４ｄ缺测，按照分级标准，其中达到Ⅰ级（优）日数为２６１ｄ，占３６％；Ⅱ级（良）为４２０ｄ，占５８％；Ⅲ１级（轻微污染）为３７ｄ；Ⅲ２级（轻度污染）为７ｄ；而Ⅳ１级（中度污染）仅为１ｄ，出现在４月；无Ⅳ２级（中度重污染）和Ⅴ级（重污染）天气；Ⅲ级的日数仅占６％。３２１　空气质量状况月分布　　从空气质量分级标准的月分布（图２）可知，Ⅰ图２　２００６—２００７年空气质量等级各月出现日数级日数３—５月最少，６—９月最多；Ⅱ级日数３—５月和１０月—翌年１月最多，６月最少；Ⅲ级日数３月最多，１０—１１月无。统计Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级日数对各月份的贡献率，若以Ⅲ级的贡献率作为评估空气质量优劣的标准，则可以看出，２—４月空气质量最差，Ⅲ级的贡献率均在１０％以上；１０—１１月空气质量最好，均为Ⅰ级和Ⅱ级，但Ⅱ级比Ⅰ级多１倍或以上。３２２　空气质量状况季节分布从空气质量分级标准的季节分布（图３）可知，Ⅰ图３　２００６—２００７年空气质量等级各季出现日数级与Ⅱ级呈明显的反对应关系，Ⅰ级呈“峰谷型”，而Ⅱ级呈“谷峰型”。冬、春、秋三季Ⅱ级远高于Ⅰ级，Ⅱ级大致为Ⅰ级的２倍，在春季则高达３倍，而夏季Ⅱ级则略低于Ⅰ级。Ⅲ级在春季最高，夏、冬季次之，秋季最低。以上表明，一年当中夏、秋季空气质量最好，春季空气质量最差。３３　晋江市区空气质量状况根据２００６—２００７年观测资料统计，发现晋江市区空气质量状况主要有以下特征：　第４期赵惠芳等：气象条件对晋江城市空气质量的影响１３　　　（１）晋江市区空气质量总体较好，优良率高达９４％，有限的污染天气里主要以轻微（度）污染为主，２００６—２００７年仅１ｄ出现中度污染，无重污染天气。（２）一年当中空气质量优良天气最多出现在夏秋季，其中夏季空气质量最好，空气质量Ⅰ级居多；春季空气质量最差，空气质量Ⅰ级为一年当中最少。（３）晋江市大气污染物主要有ＳＯ２、ＮＯ２和ＰＭ１０，其中ＰＭ１０浓度远大于其他２种污染物浓度，而ＰＭ１０作为首要污染物出现的频率几乎达１００％。可见，ＰＭ１０浓度对空气质量起到关键的作用。４　气象条件对晋江市区空气质量状况影响的统计分析　　２００６—２００７年的空气质量监测资料表明，在晋江，空气质量高达９４％的优良率中，空气质量Ⅱ级达５８％，说明大多数情况下，空气质量为良。以下分析空气质量为Ⅰ级和Ⅲ级两种情况下对应的气象条件和天气背景。４１　空气质量Ⅲ级的气象条件２００６—２００７年晋江市出现空气质量Ⅲ级共４５ｄ，其中Ⅲ１级日数为３７ｄ，占８２％；Ⅳ１级仅为１ｄ，出现在４月；无重污染天气。表明晋江市区出现空气污染时绝大多数情况表现为“轻微污染”，在春季空气质量Ⅲ级最多，盛夏（８月）次多，秋季最少。４１１　主要气象要素变化对空气质量Ⅲ级的影响天气系统的变化直接体现在各气象要素的变化上，也就是说气象要素的变化可以间接地反映天气的变化情况。统计空气质量Ⅲ级内各主要气象要素２４ｈ变化趋势，即空气质量Ⅲ级当日气象要素平均值减前１ｄ气象要素平均值，如：Δｐ２４＝ＰＮ－ＰＮ－１。Δｐ２４、Δｔ２４、ΔＥ２４分别表示２４ｈ平均本站气压、平均气温及平均水汽压变化。统计结果见表１。由表１可表１　空气质量Ⅲ级时Ｐ、Ｔ、Ｅ变化趋势统计气象要素２４ｈ变化趋势Δｐ２４!!!!Δｔ２４!!!!ΔＥ２４!!!!次数２６１２２４４２４百分率５８２４４９９４９知，在所有空气质量Ⅲ级的天气里ΔＰ２４呈下降趋势的次数为３１次，占６９％，其中，ΔＰ２４下降、ΔＴ２４和ΔＥ２４均上升的情况下，即气压下降、气温和水汽压上升时，空气质量Ⅲ级次数为２６次，占５８％。说明降压、升温易导致空气质量变差。４１２　天气现象对空气质量Ⅲ级的影响按照业务规定将天空状况简要分为晴好（总云量之和小于５成）、多云（总云量６—９成）和阴天（总云量大于９成）；天气现象分为轻雾、霾、雾和雨。其中一日当中先后出现雾和轻雾则记雾，若一日当中先后出现霾和轻雾则记为霾。　　由表２可知，空气质量Ⅲ级与雾霾天气密切相表２　空气质量Ⅲ级时对应的天气现象和天空状况统计天气现象晴好／ｄ无雨小阵雨多云／ｄ无雨小阵雨阴天／ｄ无雨有雨合计／ｄ轻雾２０２２２３３３２霾４１１１１１９雾－－－１－２３雨－－－－－１１总日数２４３３４４７４５百分率５３７７９９１６－关，除１ｄ以外，其余空气质量Ⅲ级均为雾霾天气，其中有轻雾日数为３２ｄ，占７１％，有霾日数为９ｄ，有雾日数为３ｄ。说明出现雾霾天气时大气能见度差，风力较弱，往往伴随着逆温层，大气层结稳定，污染物不易扩散，空气浑浊，造成空气质量较差。从天空状况和能见度来看，空气质量Ⅲ级天气状况多为晴好有轻雾日为２０ｄ，占４５％；在１４ｄ雨日当中，除１ｄ没有雾霾天气外，其余均伴有雾霾天气，小雨以下（小于３ｍｍ）占大多数，为１１ｄ，其中微量为５ｄ，伴有弱雷暴为４ｄ；中雨（１０—１５ｍｍ）为２ｄ，降水时间长但强度较弱，且均伴有大雾天气；大雨为１ｄ，降水均匀。以上表明，空气质量Ⅲ级多数为晴好有雾霾天气，此时本区一般处在暖区里，气温高，湿度相对较大，风速小，偶尔（３ｄ）也会出现暖区短暂弱降水，或远处有弱雷，感觉闷热的天气，但天气条件相对稳定，污染物不易扩散；另一种情况是天空云量多，伴有雾霾天气，但同时伴有弱降水或均匀降水，风力较弱，较厚的云层不利于空气的流动，因此空气污染指数较高。４１３　天气形势对空气质量Ⅲ级的影响统计２００６—２００７年出现空气质量Ⅲ级的所有天气形势个例，结果见表３，可以发现空气质量Ⅲ级的表３　空气质量Ⅲ级时对应的天气形势统计天气形势ＳＷ暖湿气流（暖区辐合）高压后部偏东气流弱冷空气影响后期副热带高压减弱或东退雨后转好台风外围下沉气流出现日数１６１０７６３３百分率３６２２１６１３７７主要天气背景有：　　（１）地面和中低层为