武汉市空气污染状况及其与气象条件的关系

降 计了武汉市 !""! 年 的 地 面 风 、 3!4 百 帕 以 下 逆 温 、 水量等主要影响低层大气扩散条件的气象要素的特 征， 其结果见表 & 。 从表 & 中可见，各个季节的静风频率都比地面主 导风向频率高， 地面主导风向随季节有较明显的变化。 但主导风向频率不高。静风频率高是地面污染物浓度
.+/ 张家宝 0 新疆降水概论 0 乌鲁木齐新疆人民出版社， +,,"-+(#0 .!/ 1*23*45 607 89:2 *;5 < =>9?0@9;A2?*4 @BCD32E F;*?GH9H-F 3:GI93 J:4 H>:43K ;:9HG D>*:39D H9A;*?H0 7>GH9D*? L$+,,!%)M’,)(+!N0 .&/ 魏 风 英 0 现 代 气 候 统 计 诊 断 与 预 测 技 术 0 北 京 - 气 象 出 版 社 ， +,,,-OO(++!0
节 ()*" 的平均浓度都远远高于 +,!、 -,!。 为了便于公众理解，在公开发布空气污染实况和 预报前，要将各污染物浓度转化为公众容易理解的空 指数的转换主要依据该污染物对人 气污染指数 %.(/’ ， 体健康的影响0*1， 取当日污染物分指数最大值为当日的 空气污染指数， 该项污染物为当日的首要污染物。 以首 要污染物 .(/ 指数按照国家空气质量评定标准将空气 质量进行等级划分， !""! 年武汉市各个季节空气质量 “2” 指该等级未出现’ 。 等级评定见表 !% 表中
./-" 的 影 响 用 地 面 到 0!) 百 帕 的 温 度 变 化 和 位 温 变 化 表 示 ， 而 对 12! 和 32! 的 影 响 ， 在 冬 季 用 地 面 到 其它季节用地 -""" 百帕的温度变化和位温变化表示， 面到 0!) 百帕的温度变化和位温变化表示。
表! 季节 冬 春 夏 秋 优25 良25 轻微污染 2 5
!""! 年四季武汉市空气质量状况 &* !& *3 #& *& * 2 *" * 2 2 * * 2 2 2 2 * 2 2
2 # 2 *
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从表 ! 中可看出，春季武汉市的空气质量的变化 范围是最大的， 从优到重污染均有发生， 而夏季空气质 量的变化范围是最小的， 仅出现良好和轻微污染。
冬季
32! 6 8"*(!# 6 6 "*&"# "*&"( 6 8"*)#"*)!9 "*)#! "*#"+ "*#-" 6 8"*#"0 6 6 8"*!98"*##! "*&&6 "*#&9 "*##!
12! 8"*9"+ 8"*(&) "*##"*#!) "*+"& "*+"# 8"*#98"*&-"*##) "*&!& "*!+9 "*!08"*))) 6 "*&(& 8"*#-) 8"*9!9 8"*(-"*))) 8"*)!( "*#9) "*#+-
中图分类号"12.0,#
文献标识码"3
文章编号： .%%#45%#2!(%%#’%$4%%.64%2 站提供， 污染物浓度为 !""! 年武汉市市区 N 个观测站 东湖梨园、 汉阳月湖、 武昌紫阳、 青山厂 点 % 汉阳沌口、 前、 汉口花桥 ’ @P!、 QP!、 7<+" 的日平均浓度值 $ 即空气 质量日报，气象资料则采用国家基本站武汉市观象台 地面四个时次 （"! 时、 、 高空两个时 "M 时、 +# 时、 !" 时） 次%"M 时、 !" 时’的观测资料及 !""! 年中国历史天气图 资料。
!""+ 年 N 月 ) 日起共同发布空气质量预报。该文利用 !""! 年度逐日的各污染物浓度实 测 值 和 同 期 相 关 的
气象资料，对污染物浓度与气象条件的关系进行了分 析，旨在为武汉市的空气质量的预报准确率的提高及 未来城市建设规划提供一定的参考依据。
# 空气污染资料和气象资料
该文所使用的污染物浓度资料由武汉市环境监测
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湖北气象
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武汉市空气污染状况及其与气象条件的关系
李 兰! 危万虎! 魏 静! 王祖承! 杨 超
!武汉城市气象工程技术中心" 武汉 #$%%&#’
高空两个时次的观 摘 要"利用 (%%( 年全年的 )*(、 +*(、 ,-.% 的逐日平均浓度资料和武汉市观象台地面四个时次、 测资料及 (%%( 年的历史天气图资料 " 对武汉市空气污染状况及其与气象条件的关系进行了天气气候学和动力统计学 分 冬季各污染物的平均浓度最高， 其次为秋季， 夏季最低， 冬季各污染 析 /结果表明 0武汉市的主要污染物为 ,-.%"其次为 )*(； 物与气象要素的相关性最好。我国北方沙尘暴天气过程、 地面冷空气从河西走廊南下影响武汉地区时， 在一定的高空系统 配合下会对武汉市空气质量造成严重影响。 相关性； 天气系统 关键词"空气污染；
位温梯度 温度梯度 日平均风速 日平均相对湿度 春季
! 污染物浓度与气象因子相关分析
!"# 污染物浓度与气象要素之间的关系
武汉市大气污染物主要来源于本地排放和其他地 区污染物的平流输送， 这与武汉市地形、 气候特点， 天 气系统影响等密切相关，假定某一段时间地形和污染 物的排放量相对稳定，此时影响武汉市空气质量的主 要因子就是气象条件。 因此， 通过气象条件和污染物浓 度、 污染事件之间的相关分析， 可以寻找武汉市空气质 量的预报方法。 为了寻找污染物浓度与气象要素之间的关系， 将 温、 压、 湿、 风的地面常规观测资料和 +)" 百帕 （边界层 顶）以下各层高空观测资料与污染物浓度逐日平均值 之间进行相关分析， 同时， 对部分与大气污染密切联系 的物理量与污染物浓度的关系进行相关分析，降水对 空气中污染物的清洗是明显的， 特别是较大的降水， 但 由于日降水的统计时段和污染物浓度的统计时段不能 很好的对应， 无法给出准确的统计数据。 大气稳定度状 况实质是大气热力过程和动力过程对湍流的发生发展 或抑制能力的一种量度，气温的垂直变化表征了大气 层结的热力不稳定状况，温度梯度和位温梯度对于
轻度污染 2 5 中度污染 2 5 中度重污染 2 5 重污染 2 5
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从各季的污染物平均浓度来看，冬季各种污染物 浓度平均值均为最大， 其次是秋季， 夏季最低， 各个季
!""+ 年 N 月 ) 日起，发布 #O 个环境重点保护城市的
空气质量预报， 武汉市属国家环境重点保护城市之一。 湖北省气象科学技术研究所和武汉市环境监测站从
$ 污染物浓度分布特征
武汉市地处江汉平原属东亚季风气候区，季节性 变化明显， 同时， 在地形上受鄂西山地与鄂东北同柏、 大洪山的两山相夹， 以及大别山、 幕阜山脉的阻挡， 武 汉市是冷空气南下和东灌的通道，地面风具有明显的 地形特征， 天气形势变化剧烈。 各污染物浓度受扩散条 件的影响也有明显的季节变化特征。图 + 为不同季节 的污染物浓度分布曲线。 从图 + 中可看出， 7<+" 年度最大值出现在春季的 一 & 月 &+ 日，且曲线变化幅度比 @P!、 QP! 要大的多， 般情况下 7<+" 浓度远远高于 @P!、 表 + 为不同季 QP! 。
随着城市工业发展和技术进步，大气污染问题引 起了人类普遍关注和各级政府高度重视。污染问题已 成为各国的主要公害之一，城市繁荣和经济发展使武 汉国级声望越来越高。 与此同时， 大气污染问题也变得 越来越严重。!""" 年 ++ 月 !# 日中国国家环境保护总 局 和 中 国 气 象 局 联 合 下 文 % 环 发 .!"""/!&+ 号 ’ 规 定 自
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-# 时地面相对湿度 -# 时地面气温 0!) 百帕温度
收稿日期： (%%#4%$4.#
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 出现在 &()* 左右的周期上。
参考文献：
% 结论
通过对乌鲁木齐市 +,)+(+,,, 年四季降水进行奇 异谱分析， 综上所述， 可以得到如下结论 -%+’ 乌鲁木齐 春季和夏季降水存在显著的 &* 左右的周期； %!’ 乌鲁木 齐秋季和冬季降水存在 #()* 的周期； %&’乌鲁木齐各季 降水存在 &()* 的周期， 这与我国西北地区的降水具有 准 &* 周期.#/有很好的一致性。
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湖北气象
表! 季节 污染物浓度与气象要素的相关系数 要素 日平均风速
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高的一个重要因素。 同时， 逆温是阻挡污染物垂直扩散 的重要因子， 冬季、 秋季的接地逆温频率、 低悬逆温频 率较高， 静风频率大， 这也是冬秋二季各种污染物浓度 平均值高的重要原因。 另外，降水也是影响污染的重要因子， !""! 年春 季降水 量 为 ()&*+,,$ 夏 季 为 )")*!,,$ 秋 -#"*),,$ 冬 为 !-(*(,,。 春季降水量较常年偏多。 冬秋两季降水量 小也是污染浓度高的原因。
+)" 百帕高度 -""" 百帕温度露点差
位温梯度 温度梯度 日平均风速
夏季
日平均相对湿度
+)" 百帕温度露点差 0!) 百帕平均风速
日平均风速
-# 时地面相对湿度
秋季
0!) 百帕温度露点差 -""" 百帕平均风速
位温梯度 温度梯度
日污染物浓度与前一、二日的气象要素之间的相关性 并不是太好，在某种程度上说明武汉地区的天气形势 变化较剧烈。 在 12! 和地面日平均风速的相关性最好， 各个季节都有一定的相关性， 其次是 ./-"， 32! 和风速 当东北 的相关性不明显， 32! 和风向有一定的相关性， 风速达到 )5(, 6 7 时， 32! 浓度随风 速 的 增 加 而 增 加 ， 其主要原因是武汉市的 32! 污染源比较单一，主要污 染源位于城市东北角的武汉钢铁公司，当东北风风速 不太大时， 不会引起下风方的观测站的 32! 浓度增加， 当东北风速达到 )5(, 6 7 时，既便于工业区内污染物 向市区扩散， 又不足以使污染物迅速扩散到市外， 造成 市区环境空气质量恶化。 同时， 各个季节 12! 和 32! 和 相对湿度都有一定的负相关性，这可能是由于化学反 应的原因。 从表 # 还可以看出，冬季污染物与稳定度的关系 较好， 而其它季节的指示意义不太好， 其中一个原因是 其它季节日照时长， "+ 时和 !" 时 的 高 空 资 料 对 日 稳 定度的代表意义不如冬季好。另外， 在春季， 当北方出 现沙尘暴天气过程时， 不稳定天气下， 污染物容易通过 高空气流输送到市区上空造成严重污染。 同时， 春季容 易发生大风， 当空气干燥时， 容易将地面的尘土扬起使 空气中可吸入颗粒物增加。 夏季由于对流发展太旺盛， 污染物浓度普遍较低， 已经看不出什么相关性。 总体来
# 主要气象因子特征
为了研究气象条件对污染物浓度分布的影响， 统
表# 季节 冬 春 夏 秋 降水量 2 << 地面静风 频率 2 :
!""! 年武汉市主要气象因子气候特征
地面主导风 风向 频率 2 : 地面平均 风速 2 %< 2 =’ 接地逆温 频率 2 : 低悬逆温 频率 2 :
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湖北气象
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年份
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"##" 年武汉市污染物浓度变化
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节各污染物浓度的平均值。
表$ 时间 冬 春 夏 秋 平均 （%& ’ %#） !""! 年污染物浓度季节平均值 +,! -,! ()*"