河津市大气污染气象条件分析

河津市大气污染气象条件分析
摘要：利用2017年至2021年河津市空气污染物日浓度监测资料、同期的气象观测资料，分析了河津空气污染物的状况及其时空分布特征。

结果表明，全年平均AQI为105左右，河津的空气质量特征以良为主，占比51.3%，轻度污染以上天数占40%左右，秋季空气质量最好，冬季最差。

PM2.5、O3和PM10为该地区的主要污染物，春秋季三大污染物均有出现，分布相对均衡，夏季主要以O3为主,冬季主要以PM2.5和PM10为主。

气温、降水、风速与PM10、PM2.5、SO2、CO、NO存在显著负相关，气温与O3呈明显正相关。

关键词：河津市、空气质量、气象要素
引言
随着社会、经济的发展，环境问题尤其是城市环境问题越来越多地引起人们的关注，许多城市都有非常严格的管控政策、措施来改善环境质量。

河津地处山西西南部，位于汾渭平原，汾渭平原属于河谷地带，南面平原，北面高原，不利于污染物扩散，平原内城市之间污染物排放相互影响较为明显，加之冬季大气扩散条件差，空气质量都是人们关注的重点。

许多研究表明空气质量不仅与污染物的排放与地形有关，而且与气象要素有密切的关系，例如冬季随着冷空气南下产生的大风或者高空槽过境产生的降水，都可以使空气质量由严重污染转为优良。

近年来许多学者对空气质量与气象要素的关系进行了深入的研究，李小飞等[1]研究表明气象要素对大气污染物有制约关系,降水量、风速、逆温与空气质量存在显著线性关系，城市的空气质量与人类的活动密切相关,并且相互影响。

刘彩霞等[2]对天津的空气质量研究发现天气形势可以影响空气质量,两者密切相关。

潘本锋[3]对我国大中型城市秋冬季节雾霾天气研究表明气象条件与环境条件共同影响着空气质量。

廖代强[4]等对重庆市主城区气象要素与空气质量相关性研究表明,前一天与当天的空气质量的相关性非常显著;各气象要素之间的协同作用明显。

1资料
选取的资料为中国环境保护部网站提供的逐日污染物浓度平均值，数据包括AQI、PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3。

时间序列为2017年1月1日至2021年12月31日共1826天的数据。

气象数据为同期的河津市国家气象观测站逐日观测资料，包括日平均气温、日最高气温、日最低气温、日降水量、日平均气压、日平均相对湿度、日最小相对湿度、日照时数、风速等。

2 结果与分析
2.1 河津市空气污染概况
2017-2021年河津市日平均空气质量指数（AQI）为105，总体空气质量一般，从年平均空气质量变化（图1）来看，AQI介于100-121之间，其中2018、2020、2021年年平均AQI在100左右，2017、2019年超过100，其中2017年达到了121，为五年来最差的一年。

近五年空气质量优155天、良930天、轻度污染468天、中度污染136天、重度污染97天、严重污染28天，分别占总日数的8.5%、51.3%、25.8%、7.5%、5.3%、1.5%。

总体来看河津的空气污染特征以良为主，轻
度污染及以上天数占40%左右，污染形势较为严峻。

从季节变化来看，秋季（9-
11月）空气质量最好，质量为优的天数为79天，冬季（12-2月）最差，空气质
量仅有5天达到优的程度，河津的四级以上污染天气主要出现在冬季。

春夏季的
空气质量主要以良和轻度污染为主，有44天的中度污染，重度污染和严重污染
天数为6天。

图1 河津市AQI2017-2021年年均值
分析其原因，夏季太阳辐射强，气温较高，对流活动旺盛且混合层高度高，
利于污染物的扩散；春秋季节冷空气活动频繁，经常有冷空气南下，造成偏北风，不利于污染物的累积，因此空气质量较好。

冬季气温低，燃煤取暖等因素造成等
因素造成污染物排放增多，加之河津盆地地形和高空逆温的影响，混合层高度较低，不利于污染物扩散，因此冬季空气质量最差。

从近五年各季节每天的首要污染物情况（图2）看，河津全年的主要污染物
为PM2.5、O3、PM10,占全年的94%。

其中PM2.5为第一污染物，全年占比38.5，
各个季节均有出现，以秋冬季节为主；O3全年占比34.8%，主要以夏季为主，春
秋季节也有出现，冬季占比很少，分析其原因主要是由于在夏季，气温高，阳光
充足，工业废气和汽车尾气在阳光照射下易生成O3；PM10占比20.8%，主要出现
在春季和秋季，冬夏季节也出现，占比较少；SO2、NO2和CO全年占比很少，三
者总共占6%，主要出现在秋冬季。

图2 河津市各季节首要污染物天数分布（单位：天）
2.2气象要素与污染物浓度的关系
选取河津市国家气象观测站的近五年的观测数据,包括平均气温、最高气温、最低气温、降水量、平均湿度、最小湿度、平均气压、日照时数、风速等要素及
每日的污染物数据。

首先分析气象要素间的相关性（表1），发现平均气温、最
高气温、最低气温之间的正相关性较高，达到了90%以上，最小相对湿度和平均
相对湿度的相关性达到了84%，因此剔除最高气温、最低气温、最小湿度项。

表1 各气象要素间的相关性
气象要素
平
均
气
最
高
气
最
低
气
降
水量
平
均
湿
最
小
湿
平
均
气
日
照
时
风
速
温温温度度压数
平均气温1
.97
.97
.06
-
0.03
.04
-
0.13
-
0.03
.14
最高气温
.97
1
.9
.01
-
0.1
-
0.1
-
0.13
-
0.04
.08
最低气温
.97
.9
1
.14
.08
.19
-
0.14
-
0.02
.16
降水量
.06
.01
.14
1
.34
.4
.02
-
0.01
.01
平均湿度
-
0.03
-
0.1
.08
.34
1
.84
.36
.01
-
0.28
最小湿度
.04
-
0.1
.19
.4
.84
1
.18
.03
-
0.12
平均气压
-
0.13
-
0.13
-
0.14
.02
.36
.18
1
.01
.03
日照时数
-
0.03
-
0.04
-
0.02
-
0.01
.01
.03
.01
1
.02
风速
.14
.08
.16
.01
-
0.28
-
0.12
.03
.02
1
从气象要素与污染物之间的相关性分析（表2）来看，各污染物与平均气温、降水量、平均气压、风速关系较为密切，并且能通过0.01的显著性检验，平均
湿度、日照时数与各个污染物浓度之间的相关性较差。

平均气温与污染物的浓度
的相关性最高，分析原因，夏季平均气温越高，上下层容易产生上冷下暖的层结，造成大气的不稳定，扩散条件变好，从而使PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO等颗粒
污染物浓度降低，这些污染物与平均气温成明显的负相关，冬季平均气温低时，
大气层结相对稳定，加之采暖期污染物排放导致颗粒污染物浓度增加；风速对污
染物的输送和扩散起重要的作用，各类污染物与其都呈负相关，风速越大，越有
利于污染物的扩散，O3与风速为弱正相关；降水对污染物有冲刷作用，各类污染
物浓度与降水均呈现负相关，降水越大，作用越明显，空气质量越好，但是有研
究表明较弱的降水在一定条件下会使污染物浓度增大[5-6]；湿度与PM2.5、PM10、NO、CO都存在正相关性关系，较高的相对湿度利于污染物吸湿增长和二次转化，
在高温低湿的条件下有利于光化学反应导致O3浓度增大，因此O3与相对湿度呈
负相关；气压对污染物浓度有一定影响，当地面为高压控制时，下沉气流抑制污
染物扩散导致颗粒污染物浓度升高，当地面为低压控制时，有利于形成上升气流
导致混合层高度升高，降低颗粒污染物浓度，但同时也会使周围的污染物向低压
区聚集。

表2、各个气象要素与各污染物间之间的相关性
要素
PM1
PM2
.5
O3SO2NO2CO AQI
平均气温
-
0.48**
-
0.48**
0.7
5**
-
0.53**
-
0.61**
-
0.48**
-
0.3**
降水量
-
0.18**
-
0.14**
-
0.07**
-
0.16**
-
0.18**
-
0.09**
-
0.19**
平均湿度
0.0
3
0.1
6**
-
0.27**
0.0
6**
0.1
6**
0.0
2
平均气压
0.0
6**
0.0
6**
-
0.12**
0.1
2**
0.0
9**
0.1
1**
0.0
3
风速
-
0.22**
-
0.27**
0.1
4**
-
0.27**
-
0.42**
-
0.32**
-
0.22**
注：**表示超过99%的可信度检验（p<0.01）
3 小结
1、近五年来河津市空气质量总体良好，秋季最好，冬季最差，春夏季节以
良和中度污染为主，重污染天气主要出现在冬季；全年来看PM2.5为第一污染物，O3和PM10分别为第二和第三污染物，从季节变化来看，春秋季三大污染物分布
相对均衡，夏季主要以O3为主，PM2.5次之，冬季主要以PM2.5为主，PM10次之。

2、风速、降水、气温等气象要素与污染物呈负相关性，风速大时有利于污
染物的水平扩散，气温高时有利于污染物垂直扩散，当降水较小时，在一定的条
件配合下，可能会使污染物浓度增大。

参考文献：
[1]李小飞,张明军,王圣杰,赵爱芳,马潜.中国空气污染指数变化特征及影响
因素分析[J].环境科学,2012,33(06):1936-1943.
[2]刘彩霞,边玮瓅.天津市空气质量与气象因子相关分析[J].中国环境监
测,2007(05):63-65+70.
[3]潘本锋,汪巍,李亮,李健军,王瑞斌.我国大中型城市秋冬季节雾霾天气污
染特征与成因分析[J].环境与可持续发展,2013,38(01):33-36.
[4]廖代强,向波,刘永明.重庆市主城区气象要素与空气质量相关性研究[J].
环境影响评价,2020,42(01):75-80.
[5]蒲维维,赵秀娟,张小玲.北京地区夏末秋初气象要素对PM_(2.5)污染的影
响[J].应用气象学报,2011,22(06):716-723.
[6]张夏琨,王春玲,王宝鉴.气象条件对石家庄市空气质量的影响[J].干旱气象,2011,29(01):42-47.
作者简介：崔胜（1990.03）男，汉族，山西省运城市河津市人，大学本科，助理工程师，从事综合业务工作。