近三年乌兰察布市空气污染气象条件分析
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2 乌兰察布市环境空气质量特征
2.1 空气质量年变化特征 统计 2015—2017 年逐 日 空 气 质 量 指 数 （AQI）， 优 天 数
（AQI臆50）占全年总日数的 18.9%、24.8%和 22.7%；良天数（50约 AQI臆100） 占全年总日数的 64.4%、66.1%和 59.7%；污染天数 （AQI跃100）占全年总日数的 16.7%、9%和 17.5%。结果表明，本市 空气质量主要以优良为主，污染日数较少，各级别天数所占比例 保持在稳定水平。
通常污染过程与不利于污染物扩散的天气条件密切相关[4]。 如果处于高层脊区和地面冷高压控制下，有利于污染物的扩散， 空气质量较好。当高层转为槽前西南气流控制，地面冷高压逐渐 减弱，有助于稳定层结长时间保持，使空气质量变差。
选取 2017 年 5 月 1—4 日污染过程进行分析，前期 500hPa 高 空为两槽一脊形势，本市处于槽后脊前西北气流控制，地面处在高 压中心控制，有利于污染物扩散。4 月 30 日后高空形成短波槽（图 1a），全市处于西南气流控制，地面处在均压场中（图 1b），长时间保 持稳定层结，大气扩散条件差。同时连续四天气温偏高（15.3益），相 对湿度较大（36%），在低空形成暖盖，导致空气质量变差。
2.2 污染物浓度变化特征 从表 1 可以看出，近 3 年 PM10 和 PM2.5 年均浓度呈下降
趋势；SO2、NO2 和 CO 年均浓度基本持平；O3 浓度略有上升。SO2、 NO2、CO、PM10 和 PM2.5 月均浓度值冬、春季较夏、秋季浓度高， 呈“凹”字形变化；O3 与之相反，夏、秋季明显高于冬、春季，呈 “凸”字形变化。
图 1 2017 年 4 月 30 日—5 月 4 日高空平均形势场（a）
37
叶资源节约与环保曳 2019 年第 6 期
图 1 2017 年 4 月 30 日—5 月 4 日地面平均气压场（b） 3.3 大气污染与降水的关系
近三年全市有雨优良日数大于无雨日数，且雨量增大，优良 日数比例越高。本市降水集中，主要出现在夏季（6—8 月），占全 年总降水量的 65%，冬春季明显偏少。PM10 和 PM2.5 污染多发 生在 11—5 月。由此可知降水对空气冲刷沉降作用显著，并对污 染物有清洗和稀释效果[5]。 3.4 大气污染与风的关系
叶资源节约与环保曳 2019 年第 6 期
近三年乌兰察布市空气污染气象条件分析
刘烨焜 李 朋 李海燕 郭晓丽 （乌兰察布市气象局 内蒙古乌兰察布 012000）
摘 要：利用 2015耀2017 年乌兰察布市空气质量日 报数据袁分析主要大气污染物及其时间序列变化袁并研究 气象条件与主要大气污染物之间的相关性遥 结果表明院当 空气质量指数级别达到芋级渊轻度污染冤或以上时袁首要污 染物以 PM2.5尧PM10 和 O3 为主遥PM2.5 污染多发生在冷高 压控制下的冬季袁大气层结稳定尧降水少不利于污染物的 清除曰PM10 污染多发生在春季袁 此时冷暖空气活动频繁袁 蒙古气旋多发袁易形成大风尧扬沙尧空气干燥的气象条件曰 O3 污染主要出现在夏季袁较高气温和强烈日照造成光化学 作用袁催化 O3 的大量产生遥 不同季节的气候特征对空气质 量影响显著袁天气系统和各个气象要素也与污染的形成有 密切关系遥
风是边界层内影响污染物扩散的重要动力因子。风向决定 着大气中污染物的输送方向，风速则影响大气中污染物扩散稀 释快慢。低层风向、风速的变化直接影响空气污染物的聚散及各 处的浓度分布。 3.4.1 大气污染与风向的关系
风主要表现了平流输送的能力，但它又是局地性最强的气 象因子之一。本市位于中高纬度地区，受西风带气流控制，全年 主导风向以西风为主（16%），其次是西北风和西北偏西风，偏东 风出现频率较少（图 2）。
1 数据来源与分析方法
1.1 数据来源 根据《环境空气质量标准》，以乌兰察布市为研究区域，对
SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO 进行统计分析。数据来源于市环保 局提供的空气质量日报数据及市气象局的观测资料。 1.2 分析方法
利用统计学分析，得出空气质量时间分布特征及主要污染 物。使用典型相关分析，研究主要污染物与气象要素相关性。分 析得出对空气质量影响较大的气象因子。
图 2 乌兰察布市近 20 年平均风向频率分布图 统计分析风向频率特征发现，空气质量好时，西北风出现频 率较高 （21.7%）；空气质量差时，偏南和偏东风出现的频率高 （18.1%和 12.5%）。不同风向造成空气污染程度不同。这与污染 物输送有关，西北风向空气相对清洁，污染物较少；而偏南、偏东 风向空气中污染物浓度较高，易造成空气污染加重。 3.4.2 大气污染与风速的关系 分析风速与 AQI 相关性：AQI 指数与风速显著负相关，风速 大，有利于污染物扩散，风速小，会导致局地污染物的累积，不利 于水汽和污染物的扩散。与日平均 10 分钟风速的相关性最大， 与日最大风速的相关性次之,与日平均风速的相关性最小。
表 1 2015-2017 年各单项污染物年均浓度情况表（单位：μg/m3）
PM10
5
3 主要大气污染物分析及与气象条件的分析
3.1 主要污染物分析 2015—2017 年全市污染天数为 159 天，首要污染物是 PM10
占比 15.1%；PM2.5 占比 38.4%；O3 占比 44.7%。综合分析，PM10、 PM2.5 和 O3 是本市的主要污染物。3 种主要污染物发生时间具 有明显的季节性。PM10 污染多发生在 2 月—5 月；PM2.5 污染多 发生在 11 月—3 月；O3 污染多发生在 5 月—8 月。 3.2 大气污染与环流形势的关系
关键词：大气污染物曰气象条件曰相关性
引言
相关研究表明，大气污染是由污染源和气象条件两个内外 因素共同决定的，在短时期内污染源变化相对稳定的情况下，空 气质量好坏主要是由气象条件决定[1-2]。气象因素制约着污染物 稀释、扩散、输送和转化的过程，进而影响大气污染程度[3]。本文 利用乌兰察布市近三年空气质量日报数据，分析主要污染物及 其时间分布特征，研究气象条件与污染发生的关系，为打造宜 居、宜业、宜游城市提供科学依据。
2.1 空气质量年变化特征 统计 2015—2017 年逐 日 空 气 质 量 指 数 （AQI）， 优 天 数
（AQI臆50）占全年总日数的 18.9%、24.8%和 22.7%；良天数（50约 AQI臆100） 占全年总日数的 64.4%、66.1%和 59.7%；污染天数 （AQI跃100）占全年总日数的 16.7%、9%和 17.5%。结果表明，本市 空气质量主要以优良为主，污染日数较少，各级别天数所占比例 保持在稳定水平。
通常污染过程与不利于污染物扩散的天气条件密切相关[4]。 如果处于高层脊区和地面冷高压控制下，有利于污染物的扩散， 空气质量较好。当高层转为槽前西南气流控制，地面冷高压逐渐 减弱，有助于稳定层结长时间保持，使空气质量变差。
选取 2017 年 5 月 1—4 日污染过程进行分析，前期 500hPa 高 空为两槽一脊形势，本市处于槽后脊前西北气流控制，地面处在高 压中心控制，有利于污染物扩散。4 月 30 日后高空形成短波槽（图 1a），全市处于西南气流控制，地面处在均压场中（图 1b），长时间保 持稳定层结，大气扩散条件差。同时连续四天气温偏高（15.3益），相 对湿度较大（36%），在低空形成暖盖，导致空气质量变差。
2.2 污染物浓度变化特征 从表 1 可以看出，近 3 年 PM10 和 PM2.5 年均浓度呈下降
趋势；SO2、NO2 和 CO 年均浓度基本持平；O3 浓度略有上升。SO2、 NO2、CO、PM10 和 PM2.5 月均浓度值冬、春季较夏、秋季浓度高， 呈“凹”字形变化；O3 与之相反，夏、秋季明显高于冬、春季，呈 “凸”字形变化。
图 1 2017 年 4 月 30 日—5 月 4 日高空平均形势场（a）
37
叶资源节约与环保曳 2019 年第 6 期
图 1 2017 年 4 月 30 日—5 月 4 日地面平均气压场（b） 3.3 大气污染与降水的关系
近三年全市有雨优良日数大于无雨日数，且雨量增大，优良 日数比例越高。本市降水集中，主要出现在夏季（6—8 月），占全 年总降水量的 65%，冬春季明显偏少。PM10 和 PM2.5 污染多发 生在 11—5 月。由此可知降水对空气冲刷沉降作用显著，并对污 染物有清洗和稀释效果[5]。 3.4 大气污染与风的关系
叶资源节约与环保曳 2019 年第 6 期
近三年乌兰察布市空气污染气象条件分析
刘烨焜 李 朋 李海燕 郭晓丽 （乌兰察布市气象局 内蒙古乌兰察布 012000）
摘 要：利用 2015耀2017 年乌兰察布市空气质量日 报数据袁分析主要大气污染物及其时间序列变化袁并研究 气象条件与主要大气污染物之间的相关性遥 结果表明院当 空气质量指数级别达到芋级渊轻度污染冤或以上时袁首要污 染物以 PM2.5尧PM10 和 O3 为主遥PM2.5 污染多发生在冷高 压控制下的冬季袁大气层结稳定尧降水少不利于污染物的 清除曰PM10 污染多发生在春季袁 此时冷暖空气活动频繁袁 蒙古气旋多发袁易形成大风尧扬沙尧空气干燥的气象条件曰 O3 污染主要出现在夏季袁较高气温和强烈日照造成光化学 作用袁催化 O3 的大量产生遥 不同季节的气候特征对空气质 量影响显著袁天气系统和各个气象要素也与污染的形成有 密切关系遥
风是边界层内影响污染物扩散的重要动力因子。风向决定 着大气中污染物的输送方向，风速则影响大气中污染物扩散稀 释快慢。低层风向、风速的变化直接影响空气污染物的聚散及各 处的浓度分布。 3.4.1 大气污染与风向的关系
风主要表现了平流输送的能力，但它又是局地性最强的气 象因子之一。本市位于中高纬度地区，受西风带气流控制，全年 主导风向以西风为主（16%），其次是西北风和西北偏西风，偏东 风出现频率较少（图 2）。
1 数据来源与分析方法
1.1 数据来源 根据《环境空气质量标准》，以乌兰察布市为研究区域，对
SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO 进行统计分析。数据来源于市环保 局提供的空气质量日报数据及市气象局的观测资料。 1.2 分析方法
利用统计学分析，得出空气质量时间分布特征及主要污染 物。使用典型相关分析，研究主要污染物与气象要素相关性。分 析得出对空气质量影响较大的气象因子。
图 2 乌兰察布市近 20 年平均风向频率分布图 统计分析风向频率特征发现，空气质量好时，西北风出现频 率较高 （21.7%）；空气质量差时，偏南和偏东风出现的频率高 （18.1%和 12.5%）。不同风向造成空气污染程度不同。这与污染 物输送有关，西北风向空气相对清洁，污染物较少；而偏南、偏东 风向空气中污染物浓度较高，易造成空气污染加重。 3.4.2 大气污染与风速的关系 分析风速与 AQI 相关性：AQI 指数与风速显著负相关，风速 大，有利于污染物扩散，风速小，会导致局地污染物的累积，不利 于水汽和污染物的扩散。与日平均 10 分钟风速的相关性最大， 与日最大风速的相关性次之,与日平均风速的相关性最小。
表 1 2015-2017 年各单项污染物年均浓度情况表（单位：μg/m3）
PM10
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3 主要大气污染物分析及与气象条件的分析
3.1 主要污染物分析 2015—2017 年全市污染天数为 159 天，首要污染物是 PM10
占比 15.1%；PM2.5 占比 38.4%；O3 占比 44.7%。综合分析，PM10、 PM2.5 和 O3 是本市的主要污染物。3 种主要污染物发生时间具 有明显的季节性。PM10 污染多发生在 2 月—5 月；PM2.5 污染多 发生在 11 月—3 月；O3 污染多发生在 5 月—8 月。 3.2 大气污染与环流形势的关系
关键词：大气污染物曰气象条件曰相关性
引言
相关研究表明，大气污染是由污染源和气象条件两个内外 因素共同决定的，在短时期内污染源变化相对稳定的情况下，空 气质量好坏主要是由气象条件决定[1-2]。气象因素制约着污染物 稀释、扩散、输送和转化的过程，进而影响大气污染程度[3]。本文 利用乌兰察布市近三年空气质量日报数据，分析主要污染物及 其时间分布特征，研究气象条件与污染发生的关系，为打造宜 居、宜业、宜游城市提供科学依据。