城市氣象條件對空氣質(zhì)量的影響分析與探討

（佛山市環(huán)境監(jiān)測站，廣東佛山 528000）

0.引言

對一定的地區(qū)而言，污染物的排放在短期內(nèi)一般變化不會很大，但環(huán)境空氣質(zhì)量可以變化較大。在同一地點的污染物濃度監(jiān)測結(jié)果不一定相同，這種變化的主要原因是氣象條件在不斷改變，也就是大氣輸送、稀釋、轉(zhuǎn)化和清除污染物的能力發(fā)生變化。不同氣象條件下，污染物的輸送、擴(kuò)散規(guī)律是不相同的。我們以廣東省某市為例分析氣象條件對空氣質(zhì)量的影響。

1.2019年廣東省某市空氣質(zhì)量變化（表1）

2019年廣東省某市環(huán)境空氣主要污染物月均值變化情況如表1所示。

表1 2019年廣東省某市環(huán)境空氣主要污染物月均值變化情況

2.影響空氣質(zhì)量的氣象條件

目前廣東省某市禪城區(qū)空氣質(zhì)量中的主要大氣污染物大體包括大氣二氧化氮、臭氧、可吸入顆粒物和細(xì)粒性顆粒物，其中任何一種主要污染物達(dá)到超標(biāo)含量都會直接造成嚴(yán)重空氣污染。在室內(nèi)污染源空氣排放量總體變化不大的正常情況下，氣壓、溫度、風(fēng)向以及風(fēng)速、降水、濕度等各種氣象條件因素會直接影響室內(nèi)空氣質(zhì)量的總體好壞。

首先，經(jīng)過多年的大氣數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計，在同一個季節(jié)內(nèi)在氣壓相對高的這個時候不容易直接出現(xiàn)環(huán)境污染，氣壓相對低的這個時候容易直接出現(xiàn)大氣污染。這主要理由是因為高溫低氣壓時期的城市上空仍然存在深層下沉高壓氣流，而同時城市核心地面及其周邊地區(qū)存在由整個城市核中心向外的高壓氣流，氣流將通過城市核心中的空氣污染物向城市周邊地區(qū)快速擴(kuò)散，降低了整個城市的空氣污染。這和一個城市熱島的深層環(huán)流存在形勢完全相反，由于一個城市熱島的環(huán)流存在，形成了整個城市中心地面由其近周邊地區(qū)向整個城市區(qū)域中心的深層氣流，這和高密度氣壓勢力形成的深層氣流相對，當(dāng)兩者形成氣流的氣壓勢力強(qiáng)度相當(dāng)時或者整個城市熱島中的環(huán)流勢力較強(qiáng)時就可能會在整個城市區(qū)域中心近周邊地層地區(qū)形成比較明顯的中度污染大氣層，在這層以上地區(qū)空氣質(zhì)量良好。這種高溫現(xiàn)象常常會出現(xiàn)在冬天，因為此時的城市熱島較強(qiáng)。當(dāng)真空氣壓較低時，城市上空仍然存在氣壓上升時的氣流，而整個城市內(nèi)部地面以及周邊地區(qū)存在向整個城市整體中心的下降氣流，氣流將整個城市以及周邊地區(qū)的空氣污染物向整個城市整體中心快速堆積，增加了整個城市的空氣污染[1]。

其次，溫度對于整體空氣污染也是相當(dāng)有影響的，但是整體氣溫的變化高低不能直接反映整體空氣質(zhì)量的好與壞，而是因為氣溫在地球垂直旋轉(zhuǎn)方向的溫度變化對整體空氣質(zhì)量的變化影響比較明顯。通常所說的造成大氣環(huán)境逆溫變化現(xiàn)象直接因素影響的是大氣環(huán)境污染物的快速擴(kuò)散。逆溫現(xiàn)象是由于空氣中的溫度通過隨高度逐漸增加而不斷增高的對流大氣層和垂直對流層冷熱結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。一般來說，冬季大氣逆溫層相對較強(qiáng)較厚，維持高溫時間相對較長；夏季則相對偏弱。通常在晴朗且有微風(fēng)的夜間也會有逆溫結(jié)構(gòu)現(xiàn)象同時存在，逆溫結(jié)構(gòu)是一種穩(wěn)定的自然大氣對流結(jié)構(gòu)，空氣的對流運(yùn)動緩慢，非常冷且不利于大氣污染物質(zhì)的擴(kuò)散。太陽輻射出來后，隨著太陽地表大氣溫度的逐漸升高，使它的逆溫逐漸完全消失，大氣對流運(yùn)動逐漸加強(qiáng)，有助于大氣污染物的快速擴(kuò)散。一般氣候條件下，氣溫是隨著海拔高度的不斷增加而逐漸降低的，平均每高度上升100m，溫度約向下降低0.6℃，這樣，大氣中的低層氣體溫度高，空氣密度??；高層大氣溫度低，空氣密度相對較大，為了能量保持平衡處在低層的臭氧大氣可以向上快速運(yùn)動，高層的臭氧大氣向下快速運(yùn)動就會形成高層對流，這樣就有機(jī)會有效使處在低層特別尤其是處于近距離地面和高層面的空氣系統(tǒng)中的臭氧污染物和大氣粉塵向高空快速移散，從而大大減輕在高層大氣中向低層排放污染物的程度。相反，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)地區(qū)氣溫隨高度逐漸增加而不斷升高的逆溫現(xiàn)象時，即使當(dāng)發(fā)生大氣逆溫時，大氣資源配置結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)固，空氣熱量流動緩慢，空氣不能完全向上表層擴(kuò)散，從而可能加重地區(qū)大氣污染。

再次，空氣質(zhì)量與當(dāng)?shù)仫L(fēng)力的作用大小程度有關(guān)。通常來說風(fēng)速越大越好更有利于實現(xiàn)空氣中含有污染化學(xué)物質(zhì)的有效稀釋以及擴(kuò)散。而長距離時間的強(qiáng)弱微風(fēng)或者強(qiáng)靜風(fēng)則可能會有效抑制惰性污染氣體物質(zhì)的快速擴(kuò)散，使存在近距離地面大氣層的惰性污染氣體物質(zhì)成倍地濃度增加。但在冬春干燥大風(fēng)季節(jié)，土壤濕度小，風(fēng)速過大又有可能將進(jìn)入地面的懸浮塵粒直接帶到空中，形成城市大風(fēng)中的浮塵、揚(yáng)沙或嚴(yán)重的大風(fēng)沙塵暴污染天氣，使得城市天空有時呈現(xiàn)一片土黃色或漫天昏暗，降低了城市空氣質(zhì)量。因此，風(fēng)向?qū)τ谝粋€大型城市來說也是一個影響城市空氣質(zhì)量的重要影響因素。

最后，空氣質(zhì)量與暴風(fēng)雨雪天氣有關(guān)。自然界的降雨、降雪對室內(nèi)空氣中的污染物并沒能及時起到有效清除和發(fā)揮沖刷性的作用。在濃度雨雪光合作用下，大氣和水中的一些酸性污染有害氣體不僅能夠迅速溶解在水中，降低室內(nèi)空氣中一些污染有害氣體的排放濃度，較大的濃度雨雪對室內(nèi)空氣及其污染物中的粉塵和小顆粒也能夠起著有效的大氣清除保護(hù)作用。同時夏季降水過后往往還會伴有大量冷空氣環(huán)流過境，風(fēng)力大且同時地面幾乎沒有揚(yáng)沙、浮塵，非常適合有利于城市空氣中有害污染物的快速擴(kuò)散，空氣質(zhì)量非常好，因此夏季降水往往是城市空氣的自然清新劑[2]。

3.廣東省某市出現(xiàn)重空氣污染的氣象條件初步分析

近年廣東省某市地區(qū)空氣質(zhì)量指數(shù)研究結(jié)果表明，廣東省某市的地區(qū)空氣污染為中性復(fù)合型重度空氣污染，造成廣東省某市地區(qū)空氣質(zhì)量指數(shù)超標(biāo)的危險因子主要有3類：一是PM2.5造成的，二是03造成的，三是由于PM2.5和四是03同時污染造成的。從2019年1月至12月間與禪城區(qū)生態(tài)環(huán)境空氣綜合質(zhì)量指數(shù)綜合影響指數(shù)、PM2.5、03濃度對比變化可見，2019年9月至10月，禪城區(qū)03濃度相對較高，1月和10月至12月份，禪城區(qū)PM2.5濃度相對較高，禪城區(qū)高濃度綜合污染指數(shù)主要原因是由濃度PM2.5造成的。03在2019年9月最大平均值已經(jīng)到達(dá)225，而在2019年2月最大平均值只有86，相對去年下降較多。強(qiáng)風(fēng)(平均風(fēng)速通常大于3m/s)和并沒有較大綜合降水時間相對應(yīng)的冬季綜合降水指數(shù)相對較低，較高多指數(shù)出現(xiàn)在較強(qiáng)冷空氣過后的冬季回暖期，回暖期即使風(fēng)速較小，也通常沒有較大降水現(xiàn)象發(fā)生。另外在低降水區(qū)的出現(xiàn)對于室內(nèi)污染物的快速沉降活動起了重要的抑制作用，而由于降水的濕潤性沉降和反作用力也是造成污染物短期期間迅速程度下降的重要原因。風(fēng)和持續(xù)降水兩者共同對2019年P(guān)M2.5和03污染物的濃度持續(xù)下降升級起了重要推動作用[3]。

4.結(jié)論

影響我國城市整體空氣質(zhì)量的主要構(gòu)成原因之一是大氣污染源中對污染物的集體過量合理排放。氣象條件惡劣是直接影響一個城市周圍環(huán)境空氣綜合質(zhì)量的重要原因。污染物大氣總體的濃度減少主要是由于風(fēng)速相對較大時所造成的，而陸地降水的濕度沉降和反作用力則是造成污染物短期期間迅速程度下降的主要原因。風(fēng)和持續(xù)降水兩者共同對在每年P(guān)M2.5和03期間的大氣污染生物濃度持續(xù)下降變化起了重要推動作用。