海口市重污染天气潜在源分析研究
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第 ３５卷 第 ２期 ２０１９年 ４月
气象与环境学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ
Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．２ Ａｐｒｉｌ２０１９
张滢滢，陈明，陈丽英．海口市重污染天气潜在源分析研究［Ｊ］．气象与环境学报，２０１９，３５（２）：１０７－１１１． ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎｇｙｉｎｇ，ＣＨＥＮ Ｍｉｎｇ，ＣＨＥＮ Ｌｉｙｉｎｇ．ＰｏｔｅｎｔｉａｌｓｏｕｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｅａｖｙｐｏｌｌｕｔｉｏｎｗｅａｔｈｅｒｉｎＨａｉｋｏｕ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｔｅ ｏｒｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１９，３５（２）：１０７－１１１．
ＣＷＴ分析表明，广东、福建、江西的大部分地区，以及湖南东部、广西东部等地区，是对海口地区污染天气污染物浓度的潜在贡
献大值区。在进行预报时，可参考主要天气影响系统，和一些关键区域的外源影响以及本地污染的堆积情况。
关键词：空气质量；气象要素；聚类分析；ＰＳＣＦ；ＣＷＴ
中图分类号：Ｘ５１ 文献标识码Leabharlann BaiduＡ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３５０３Ｘ．２０１９．０２．０１６
１月的气团轨迹进行了聚类分析、潜在源贡献因子分析（ＰｏｔｅｎｔｉａｌＳｏｕｒｃｅＣｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎＦｕｎｃｔｉｏｎ，ＰＳＣＦ）和重轨迹分析（Ｃｏｎｃｅｎｔｒａ
ｔｉｏｎＷｅｉｇｈｔｅｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ，ＣＷＴ），结果表明：在 污 染 时 段 内，海 口 大 多 受 到 来 自 中 国 华 南 和 华 东 的 东 北 向 气 流 影 响。 ＰＳＣＦ和
１１ 资料来源 所用环保监测数据来自海南省环境科学研究院
的海口市总体日平均污染物浓度数据和海口市 ５个 观测点的分站点污染物浓度的观测资料，包括 ＰＭ１０， ＰＭ２．５，Ｏ３，ＣＯ，ＮＯ２ 数 据。气 象 数 据 来 自 美 国 大 气 和海洋研 究 中 心 （ＮＯＡＡ）全 球 同 化 资 料 （ＧＤＡＳ数 据）。 １２ 后向轨迹方法和聚类分析方法
１ 资料与方法
物的转化和输送过程。而在短时间内污染物排放相 对稳定的情 况 下，研 究 污 染 物 的 输 送 过 程 显 得 尤 为 重要［１］。气象条件作为影响空气质量环境重要因素 之一，制 约 着 大 气 污 染 物 的 稀 释、扩 散、输 送 和 转 化 过程，进而影响着大气污染物的分布及污染物浓度。 于庚康等［２］认 为 特 定 的 气 象 条 件，如 持 续 变 化 较 小 的气压梯度、较低的风速、相对湿度的增大均为雾霾 天气的发 生 提 供 有 利 条 件。 针 对 京 津 冀 地 区［３］、上 海［４］、宁 波［５］、石 家 庄［６］以 及 一 些 中 国 典 型 代 表 城 市［７］的污染天气和气象要素之间的关系均有一定的 研究。此外，刘 端 阳 等［８］分 析 了 淮 安 一 次 雾 霾 过 程 的污染物变 化 特 征 和 来 源；王 郭 臣 等［９］进 行 了 天 津 ＰＭ１０和 ＮＯ２ 的 输 送 路 径 和 潜 在 源 区 研 究；石 春 娥 等［１０］分析了合肥市 ＰＭ１０的输送轨迹；杨浩等［１１］分 析了河南地区大气污染过程的空气输送通道。分析 空气污染物 的 输 送 路 径 和 潜 在 污 染 源，能 够 较 好 的 得到上游地 区 对 本 地 空 气 污 染 物 浓 度 的 影 响，结 合 上游地区的 污 染 物 浓 度 状 况，对 本 地 污 染 物 浓 度 的 状况做出综合判断。花丛等［１２］认为传输作用是污染 天气的形成条件之一，在环境气象预报业务中，可将
大气气溶胶的时空分布受气流输送轨迹影响较 大，因此，轨迹分析法被广泛地应用于研究城市地区 污染物分布及扩散特征［１３］。采用后向轨迹方法追踪 达到海口的气团运动轨迹，再进行聚类分析，能较好 地描述到达海口的主要气团路径特征。２０１３—２０１５ 年 １０月至翌年 １月，是海口地区污染天气的主要发 生时段，因此 着 重 对 这 一 时 间 段 内 的 气 团 做 轨 迹 分 析。使用 ＨＹＳＰＬＩＴ模式（ＴｈｅＨｙｂｒｉｄＳｉｎｇｌｅＰａｒｔｉｃｌｅ ＬａｇｒａｎｇｉａｎＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＴｒａｊｅｃｔｏｒｙＭｏｄｅｌ）对 分 析 时 段 内每日 ００时的 －７２ｈ的后向轨迹进行分析计算 ， ［１４］ 然后利用 Ｍｅｔｅｏｉｎｆｏ软件中的 Ｔｒａｊｓｔａｔ［１５］模块进行聚 类分析，得出气团轨迹分析结果，本次的模拟高度设 在 ５００ｍ。
１ ０８
气象与环境学报
第 ３５卷
ＣｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎＦｕｎｃｔｉｏｎ，ＰＳＣＦ）和 重 轨 迹 分 析 法 （Ｃｏｎ ｃｅｎｔｒａｔｉｏｎＷｅｉｇｈｔｅｄＴｒａｊｅｃｔｏｒｙ，ＣＷＴ）来 对 外 源 的 贡 献情况做具体分析。ＰＳＣＦ方法和 ＣＷＴ方法均为将 分析区域划 分 成 正 方 形 的 网 格，并 对 经 过 网 格 点 内 的气团轨 迹 进 行 分 析。 ＰＳＣＦ值 可 以 理 解 为 网 格 点 内的气团传输到观测点时这一气团轨迹上出现浓度 大于所给出 标 准 值 的 条 件 概 率，条 件 概 率 大 值 代 表 了对 观 测 点 的 污 染 物 浓 度 有 高 的 潜 在 贡 献。在 ＰＳＣＦ方法中，格点的 ＰＳＣＦ值在对比标准值时，略高 于标准值和比标准值高出较多时，ＰＳＣＦ值是 一 样 的，无法区分出更主要的污染来源，因此需要同时参 考 ＣＷＴ的分析结果，ＣＷＴ分析方法跟 ＰＳＣＦ方法类 似，但是更 多 的 需 考 虑 浓 度 权 重。 加 权 浓 度 代 表 了 潜在来源的 浓 度 梯 度，这 个 方 法 能 够 辨 别 出 主 要 的 污染来源［１６］。
引言
影响一个地区的污染物浓度主要是污染物的本 地排放和外源输入两部分。有效的污染控制不仅需 要详细了解 污 染 物 排 放 源，更 需 要 了 解 空 气 中 污 染
的气团输送 轨 迹 和 潜 在 污 染 源 进 行 分 析，以 期 找 到 对污染天气影响较大的天气系统和污染物来源等， 为预报工作提供参考。
传输指数与天气分析相结合以得到污染物浓度变化 １３ ＰＳＣＦ和 ＣＷＴ分析方法
的正确趋势。本文将重点针对海口出现污染天气时
本文使用潜在源贡献因子方法（ＰｏｔｅｎｔｉａｌＳｏｕｒｃｅ
收稿日期：２０１７－０９－２２；修订日期：２０１８－０１－１９。 资助项目：海南省气象局青年基金项目（ＨＮ２０１３ＭＳ１９）资助。 作者简介：张滢滢，女，１９８６年生，工程师，主要从事专业气象服务工作，Ｅｍａｉｌ：ｅｖａｚｈａｎｇ９２８＠１６３ｃｏｍ。
海口市重污染天气潜在源分析研究
张滢滢１，２ 陈明１ 陈丽英１
（１海南省气象服务中心，海南 海口 ５７０２０３；２海南省南海气象防灾减灾重点实验室，海南 海口 ５７０２０３）
摘 要：在进入冬半年后，海口市受弱冷空气或较强下沉气流控制时，易出现污染天气，对 ２０１３—２０１５年当年 １０月至翌年
气象与环境学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ
Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．２ Ａｐｒｉｌ２０１９
张滢滢，陈明，陈丽英．海口市重污染天气潜在源分析研究［Ｊ］．气象与环境学报，２０１９，３５（２）：１０７－１１１． ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎｇｙｉｎｇ，ＣＨＥＮ Ｍｉｎｇ，ＣＨＥＮ Ｌｉｙｉｎｇ．ＰｏｔｅｎｔｉａｌｓｏｕｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｅａｖｙｐｏｌｌｕｔｉｏｎｗｅａｔｈｅｒｉｎＨａｉｋｏｕ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｔｅ ｏｒｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０１９，３５（２）：１０７－１１１．
ＣＷＴ分析表明，广东、福建、江西的大部分地区，以及湖南东部、广西东部等地区，是对海口地区污染天气污染物浓度的潜在贡
献大值区。在进行预报时，可参考主要天气影响系统，和一些关键区域的外源影响以及本地污染的堆积情况。
关键词：空气质量；气象要素；聚类分析；ＰＳＣＦ；ＣＷＴ
中图分类号：Ｘ５１ 文献标识码Leabharlann BaiduＡ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３５０３Ｘ．２０１９．０２．０１６
１月的气团轨迹进行了聚类分析、潜在源贡献因子分析（ＰｏｔｅｎｔｉａｌＳｏｕｒｃｅＣｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎＦｕｎｃｔｉｏｎ，ＰＳＣＦ）和重轨迹分析（Ｃｏｎｃｅｎｔｒａ
ｔｉｏｎＷｅｉｇｈｔｅｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ，ＣＷＴ），结果表明：在 污 染 时 段 内，海 口 大 多 受 到 来 自 中 国 华 南 和 华 东 的 东 北 向 气 流 影 响。 ＰＳＣＦ和
１１ 资料来源 所用环保监测数据来自海南省环境科学研究院
的海口市总体日平均污染物浓度数据和海口市 ５个 观测点的分站点污染物浓度的观测资料，包括 ＰＭ１０， ＰＭ２．５，Ｏ３，ＣＯ，ＮＯ２ 数 据。气 象 数 据 来 自 美 国 大 气 和海洋研 究 中 心 （ＮＯＡＡ）全 球 同 化 资 料 （ＧＤＡＳ数 据）。 １２ 后向轨迹方法和聚类分析方法
１ 资料与方法
物的转化和输送过程。而在短时间内污染物排放相 对稳定的情 况 下，研 究 污 染 物 的 输 送 过 程 显 得 尤 为 重要［１］。气象条件作为影响空气质量环境重要因素 之一，制 约 着 大 气 污 染 物 的 稀 释、扩 散、输 送 和 转 化 过程，进而影响着大气污染物的分布及污染物浓度。 于庚康等［２］认 为 特 定 的 气 象 条 件，如 持 续 变 化 较 小 的气压梯度、较低的风速、相对湿度的增大均为雾霾 天气的发 生 提 供 有 利 条 件。 针 对 京 津 冀 地 区［３］、上 海［４］、宁 波［５］、石 家 庄［６］以 及 一 些 中 国 典 型 代 表 城 市［７］的污染天气和气象要素之间的关系均有一定的 研究。此外，刘 端 阳 等［８］分 析 了 淮 安 一 次 雾 霾 过 程 的污染物变 化 特 征 和 来 源；王 郭 臣 等［９］进 行 了 天 津 ＰＭ１０和 ＮＯ２ 的 输 送 路 径 和 潜 在 源 区 研 究；石 春 娥 等［１０］分析了合肥市 ＰＭ１０的输送轨迹；杨浩等［１１］分 析了河南地区大气污染过程的空气输送通道。分析 空气污染物 的 输 送 路 径 和 潜 在 污 染 源，能 够 较 好 的 得到上游地 区 对 本 地 空 气 污 染 物 浓 度 的 影 响，结 合 上游地区的 污 染 物 浓 度 状 况，对 本 地 污 染 物 浓 度 的 状况做出综合判断。花丛等［１２］认为传输作用是污染 天气的形成条件之一，在环境气象预报业务中，可将
大气气溶胶的时空分布受气流输送轨迹影响较 大，因此，轨迹分析法被广泛地应用于研究城市地区 污染物分布及扩散特征［１３］。采用后向轨迹方法追踪 达到海口的气团运动轨迹，再进行聚类分析，能较好 地描述到达海口的主要气团路径特征。２０１３—２０１５ 年 １０月至翌年 １月，是海口地区污染天气的主要发 生时段，因此 着 重 对 这 一 时 间 段 内 的 气 团 做 轨 迹 分 析。使用 ＨＹＳＰＬＩＴ模式（ＴｈｅＨｙｂｒｉｄＳｉｎｇｌｅＰａｒｔｉｃｌｅ ＬａｇｒａｎｇｉａｎＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＴｒａｊｅｃｔｏｒｙＭｏｄｅｌ）对 分 析 时 段 内每日 ００时的 －７２ｈ的后向轨迹进行分析计算 ， ［１４］ 然后利用 Ｍｅｔｅｏｉｎｆｏ软件中的 Ｔｒａｊｓｔａｔ［１５］模块进行聚 类分析，得出气团轨迹分析结果，本次的模拟高度设 在 ５００ｍ。
１ ０８
气象与环境学报
第 ３５卷
ＣｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎＦｕｎｃｔｉｏｎ，ＰＳＣＦ）和 重 轨 迹 分 析 法 （Ｃｏｎ ｃｅｎｔｒａｔｉｏｎＷｅｉｇｈｔｅｄＴｒａｊｅｃｔｏｒｙ，ＣＷＴ）来 对 外 源 的 贡 献情况做具体分析。ＰＳＣＦ方法和 ＣＷＴ方法均为将 分析区域划 分 成 正 方 形 的 网 格，并 对 经 过 网 格 点 内 的气团轨 迹 进 行 分 析。 ＰＳＣＦ值 可 以 理 解 为 网 格 点 内的气团传输到观测点时这一气团轨迹上出现浓度 大于所给出 标 准 值 的 条 件 概 率，条 件 概 率 大 值 代 表 了对 观 测 点 的 污 染 物 浓 度 有 高 的 潜 在 贡 献。在 ＰＳＣＦ方法中，格点的 ＰＳＣＦ值在对比标准值时，略高 于标准值和比标准值高出较多时，ＰＳＣＦ值是 一 样 的，无法区分出更主要的污染来源，因此需要同时参 考 ＣＷＴ的分析结果，ＣＷＴ分析方法跟 ＰＳＣＦ方法类 似，但是更 多 的 需 考 虑 浓 度 权 重。 加 权 浓 度 代 表 了 潜在来源的 浓 度 梯 度，这 个 方 法 能 够 辨 别 出 主 要 的 污染来源［１６］。
引言
影响一个地区的污染物浓度主要是污染物的本 地排放和外源输入两部分。有效的污染控制不仅需 要详细了解 污 染 物 排 放 源，更 需 要 了 解 空 气 中 污 染
的气团输送 轨 迹 和 潜 在 污 染 源 进 行 分 析，以 期 找 到 对污染天气影响较大的天气系统和污染物来源等， 为预报工作提供参考。
传输指数与天气分析相结合以得到污染物浓度变化 １３ ＰＳＣＦ和 ＣＷＴ分析方法
的正确趋势。本文将重点针对海口出现污染天气时
本文使用潜在源贡献因子方法（ＰｏｔｅｎｔｉａｌＳｏｕｒｃｅ
收稿日期：２０１７－０９－２２；修订日期：２０１８－０１－１９。 资助项目：海南省气象局青年基金项目（ＨＮ２０１３ＭＳ１９）资助。 作者简介：张滢滢，女，１９８６年生，工程师，主要从事专业气象服务工作，Ｅｍａｉｌ：ｅｖａｚｈａｎｇ９２８＠１６３ｃｏｍ。
海口市重污染天气潜在源分析研究
张滢滢１，２ 陈明１ 陈丽英１
（１海南省气象服务中心，海南 海口 ５７０２０３；２海南省南海气象防灾减灾重点实验室，海南 海口 ５７０２０３）
摘 要：在进入冬半年后，海口市受弱冷空气或较强下沉气流控制时，易出现污染天气，对 ２０１３—２０１５年当年 １０月至翌年