降水对中国部分城市空气质量的影响分析

第23卷 第12期干 旱 区 资 源 与 环 境Vo.l23 No.12 2009年12月Journal ofA rid Land Resources and Env ironm ent Dec.2009

文章编号:1003-7578(2009)12-043-06

降水对中国部分城市空气质量的影响分析*

董继元,王式功2,尚可政2

(1.兰州大学西部环境教育部重点实验室,兰州730000;2.兰州大学大气科学学院,兰州730000)

提 要:对2001年到2008年兰州、上海、广州、合肥、南京、长沙6个典型城市城区空气质量公报进行了分析,同时结合降水数据,分析了降水和颗粒物污染变化的规律。结果表明:6个城市的大气都有不同程度的污染,南方城市空气质量普遍优于西北内陆的城市,6个城市大气中的首要污染物是可吸入颗粒物(P M

10

),降水

可以有效去除可吸入颗粒物(PM

10)、二氧化硫(S O

2

)和二氧化氮(NO

2

)。2008年1月六个城市的空气质量优

良天数比过去七年有一定程度的增加。

关键词:降水;空气质量;湿清除能力

中图分类号:X823 文献标识码:A

城市空气质量的好坏与气象条件的关系十分密切。多数城市的大气污染物是燃煤烟雾,其次是汽车尾气和二次扬尘,它们的共同作用使空气污染更加严重。目前我国经济正处在高速发展时期,污染物的排放总量不断增加,污染范围不断扩大[1],以可吸入颗粒物(P M10)为主的大气污染问题日趋严重,城市颗粒污染物正日益引起公众的重视。近年来,人们对气象因子与空气质量相关性进行了一些研究[2~12],一般而言,影响城市空气质量的因素包括城市发展规模、地理特征、生态环境和各种气象条件,诸如温度、风、降水、湿度以及大气稳定度等。在发展规模、地理环境和排放量相对稳定的前提下,每日气象要素的影响占据主导地位,而其中一个主要因素是降水[3]。

自然降雨、降雪对空气污染物能起到清除和冲刷作用。在雨雪作用下,大气中的一些气体污染物能够溶解在水中,降低空气中气体污染物的浓度,较大的雨雪对空气污染物粉尘颗粒也起着有效的清除作用。从2008年1月10日开始全国大部分地区受持续冷空气影响,出现大范围持续低温雨雪冰冻天气,全国平均降水量为17.6mm,较常年同期(12.1mm)偏多5.5mm[13],且雨雪天气较多,降水量较大,对空气污染物清除作用明显,使空气污染程度相对减轻。

以兰州、上海、广州、合肥、南京、长沙六个典型城市城区空气质量为研究对象,利用从2001开始到2008年每年1月份的空气质量日报资料;揭示不同城市城区大气污染状况。同时结合上述地区气象数据,分析了降水对城市空气质量的影响。

1 资料与研究方法

所用的空气污染资料取自国家环境保护部信息中心的 中国环境保护网(/) 中国重点城市空气质量日报,由国家环境保护部汇总全国46个大中城市根据国家 环境空气质量标准中规定的几种常见污染物例行监测的结果,评价城市的空气质量,并以空气污染指数的形式向公众发布,包括可吸入颗粒物(P M10)、二氧化硫(SO2)和二氧化氮(NO2)。空气质量公报的主要内容为空气污染指数(API)、空气质量级别和首要污染物,空气质量为优时无首要污染物。选择2001-2008年兰州、上海、广州、合肥、南京、长沙等六个城市每年1月份的空气质量日报资料进行分析。各年1月份的逐日气象资料为兰州大学大气科学学院实时接收的资料。

*收稿日期:2008-10-13。

基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2006CB403701)和国家自然科学基金(40675077)资助。

作者简介:董继元(1982-),男,甘肃兰州人,博士研究生。Em ai:l yu i opdongji yuan@163.co m

2 结果分析

2.1 6个城市总体空气质量状况

2001-2008年6个城市每年1月份大气质量平均优良率分别为:兰州35.1%,上海75.0%、南京69.0%、合肥75.0%、长沙52.0%、广州76.6%。6个城市均出现过程度不同的大气污染,兰州、上海、南京、长沙都出现过重度污染,上海、南京、合肥和广州的污染天数相对较少(图1)

。

图1 2001-2008年六城市大气质量状况

F i g .1A t m osphere qua lities o f the si x c i ties fro m 2001to 2008

通过对6个城市每年1月份大气质量状况统计分析发现(图2),2001-2008年6城市每年1月份的首要污染物绝大多数情况下是可吸入颗粒物,其中合肥的首要污染物全是可吸入颗粒物,兰州的首要污染物是可吸入颗粒物的天数占90.0%以上;6城市只有较少天数的首要污染物是二氧化硫,出现频率较多的城市是长沙和南京,出现天数分别占34.7%和11.3%,而且,在由二氧化硫为首要污染物的天数中,二氧化硫造成的污染一般在良和轻微污染以下,说明我国城市的二氧化硫污染相对可吸入颗粒物污染较轻;首要污染物为二氧化氮的天数在广州有38天,其它城市在每年1月份出现过首要污染物为二氧化氮的情况

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图2 2001-2008年6城市首要污染物的天数统计F i g .2D ays po ll uted by m ain po ll utants i n si x cities from 2001to 2008较少。这与广州人口数量众多,机动车数量增

长过快有很大关系。而广州市机动车排放对

大气NO 2污染的贡献率在40%以上,成为市区

大气污染的主要因素。再加上广州市常年静

风频率高达31%,近地200m 以下和贴地逆温

现象严重,冬季逆温频率高达84%[14]。这样

的气象条件极不利于污染物的自然扩散,客观

上又加重了广州市的大气污染。

2.2 空气污染与降水的关系分析

2.2.1 降水对空气污染的清洗作用

如前所述,6个城市的首要空气污染物都

是P M 10;而大气降水不仅可冲刷空气中的部分

P M 10颗粒,也可在一定程度上抑制地面扬尘发

生,从而有效减少P M 10排放。图3给出了研究

时段P M 10的日变化序列与该日是否发生降水的关系。从图3中可以看出,当出现降水时,当日或次日P M 10空气污染物浓度较降水前有一定幅度下降,当日降水量∀1mm 时,兰州、上海、南京、合肥和广州的P M 10质量浓度均能达到国家二级标准(0.15m g /m 3)。可见,降水的清洗作用是颗粒物浓度下降的主要原因之一

[10~11,15],但并没有使颗粒物完全消失,说

明降水不能将所有的颗粒物去除。图3 不同年份P M 10与降水的关系

F i g .3R e l a tionsh i p be t w een P M 10

and prec i p itati on i n diff e rent years

2.2.2 6个城市在2008年低温雨雪冰冻天气期间空气污染特征

2008年1月上旬,全国未出现明显的雨雪天气过程。兰州、上海、广州、合肥、南京、长沙六个城市空气污染指数在1月10第一次雨雪天气过程开始前,空气污染指数均超过国家二级标准。从图4中可以看出:1月10日至16日全国出现了明显的雨雪天气过程,到1月13日为止,兰州、上海、广州、合肥、南京、长沙等六个城市空气污染指数与雨雪天气之前相比,有一定程度的下降。从下降的幅度来看,兰州、南京、合肥、长沙的下降幅度较大,上海、广州下降幅度较小。从地域上分析,由于兰州的降水量较小,与南京、合肥、长沙三城市相比,兰州的空气污染指数下降的幅度还是有限的。虽然1月13日以后降水还在持续,但兰州、上海、广州、合肥、南京、长沙等六个城市空气污染指数却有一定程度的反弹。原因可能是降水对空气中污染物的湿清除能力存在一个最低极限,超过一定的极限后,降水对空气中污染物的清除作用减弱,空气中污染物有可能增加。

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