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哈尔滨市空气质量变化特征与气象条件的相关性分析

更新时间:2009-03-28

1 引言

秋季和冬季是哈尔滨地区雾霾多发、污染严重的季节。随着现代工业及交通运输业等的快速发展,城市空气污染日益严重。雾霾不仅对交通造成危害,对人体健康有着更重要的影响 [1-2]。因此空气污染已被国内外众多学者所关注。周亚军等 [3]通过分析2003年上半年广州地区的污染指数特征,分析了其与地面气压型的关系。饶晓琴等 [4]利用空气污染资料、常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对2007年2月5日我国中东部大范围霾天气进行了分析,认为前倾槽结构和逆温层结为霾的形成提供了有利条件,大气混合层高度的变化对霾的生消有很好指示作用。王宏等 [5]分析了福州的城市空气污染物浓度变化和气象条件有着显著的相关关系。

目前关于污染天气与气象要素相关性的研究颇多,许多学者对于污染天气发生时的天气形势已有很深入的认识,但由于各大城市的地理位置、复杂地形,污染源分布及气象条件的不同,差别也很大。因此,开展哈尔滨市空气质量的研究是很有必要的。同时,对于哈尔滨主城区来说,空气质量超过200的天气基本都是存在逆温的。因此,本文着重研究逆温以及地面形势特征对空气质量的影响。

“第一等工人”是提高工作效率的第一个具体,什么是“第一等工人”呢?这个概念常常会引起人们的误解。因此,它给泰勒引来了不少麻烦,如果他知道之后会发生克罗泽将军在兵工厂引入自己科学管理而引发员工罢工以至于遭到国会调查,当初他一定不会用“第一等工人”这个概念。因为工会的很多人不理解他的“第一等工人”的含义,却在一味地指责他不顾及除“第一等工人”以外的其他工人的生死。那些只懂斗争不懂经济的政客让一个55岁的老人(泰勒)在4天内断断续续地站在证人席上站了12个小时来“解释”什么是“第一等工人”,可笑的是他们却不听泰勒的解释。工会也想方设法攻击泰勒,听证会场“充满了恐怖气氛”,问答中带着冷冷的刀光剑影。

2 资料与方法

本文采用2013-2016年哈尔滨市探空站逐日07时和19时的探空数据;哈尔滨市环保局环境监测站每日空气污染物质量浓度平均数据。NECP/NCAR全球再分析月、日平均资料。

克里斯蒂娜把手指关节掰得咔咔响,看得出她很紧张。我想祝她好运,但不知道那么做会有什么帮助。克里斯蒂娜不算弱,但比莫莉还是要瘦一些,希望身高能帮上她。我默默祈祷着。

利用L波段(1)型数据处理软件[6],分别统计每日07时和19时的近地层逆温资料。

3 空气质量变化特征

3.1 AQI的时间变化特征

因哈尔滨市冬半年空气污染物浓度较高,因此选取了哈尔滨市冬季08时污染物浓度和逆温厚度、强度之间的关系进行了分析。冬季哈尔滨市逆温厚度与污染物浓度呈正相关,分别为 0.848、0.971、0.984 和 0.162,NO2、PM10通过了 0.01 显著性检验,SO2和PM2.5未通过显著性检验,说明冬季逆温厚度对NO2、PM10影响较大。冬季逆温强度与污染物浓度呈负相关,分别为 0.663、0.864、0.892、0.125,除 PM10通过了0.05显著性检验外,其它未通过显著性检验。AQI与冬季逆温厚度相关性较好,相关系数为0.982(α=0.01),与逆温强度呈负相关,相关系数为-0.887(α=0.05)。表明冬季AQI与逆温厚度和强度比其它季节具有较好的相关性。

 

表1 2013-2016年哈尔滨市空气质量级别年天数变化

  

AQI均值级别天数 良好率/%优良 轻度污染 中度污染 重度污染 严重污染2013年 112 38 201 56 14 38 18 66 2014年 105 59 183 40 41 30 10 67 2015年 103 82 145 71 20 31 11 63 2016年 80 97 182 56 19 7 1 77平均 100 69 178 56 24 27 10 68

 

表2 2013-2016年哈尔滨市空气质量等级月天数变化

  

AQI等级 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 百分比0-50 3 5 8 6 31 35 45 52 60 29 3 2 19%51-100 35 34 88 86 86 73 71 69 59 51 42 27 50%101-150 22 38 18 26 5 10 5 2 1 17 32 40 15%151-200 28 15 7 1 1 0 2 0 0 9 17 17 7%201-300 26 15 3 0 0 0 1 0 0 7 16 31 7%>300 10 4 0 0 0 0 0 0 0 9 9 7 3%AQI平均值 177 132 87 83 66 63 63 50 51 115 150 161

AQI总体统计分布来看(表2),哈尔滨市AQI存在显著的季节性变化。AQI超过100,即出现污染,4 a中哈尔滨市出现污染的日数共计为464 d,其中,轻度污染占15%,中度和重度污染占14%;AQI>300的日数相对较少,仅为3%。另外从表2明显看出,4 a当中,AQI<平均值的月份为3-9月,其中8、9月空气质量为全年最好,良好率均在95%以上;AQI>平均值的月份为10-2月,峰值出现在12月和1月,此两个月污染日数较多,且AQI月平均值均达到150以上,良好率仅为23%和31%。这是因为春、夏季节晴朗天气较多,地面温度高,对流旺盛,降水也多,污染扩散和稀释较好;而秋、冬季节近地面易出现逆温天气,静稳天气居多,大气扩散能力差,多雾、霾天气,容易产生污染。另外,10月中下旬哈尔滨市区进入供暖期,燃煤造成污染物排放量迅速增加,同时进入秸秆集中焚烧期,大量秸秆的燃烧造成污染源的增加和累积,难以扩散。因此,AQI变化存在一定的季节性。

审计质量无法直观观测,从目前的研究结果来看,有以下审计质量的替代指标,但单独指标具有局限性,需要多个指标互相支撑印证来评价审计质量的高低。

3.2 首要污染物分析

 

表3 2013-2016年哈尔滨市首要污染物所占天数

  

PM2.5 PM10 NO2 SO2 2013 123 78 60 8 2014 116 97 40 32 2015 120 67 38 20 2016 42 26 7 0总401 268 145 60

按照首要污染物污染标准,统计4 a来各污染物的天数如下(表3),首要污染物为PM2.5的天数最多,共出现401 d,占比为45.9%,接近总污染天数的一半,说明PM2.5对污染的贡献最大。其次为PM10,总天数为268 d,占比为31%。NO2和SO2出现天数相对较少,分别为145 d和60 d。(空气质量为优时不计首要污染物)。

5.2.1 高低压过渡带型

4 不同空气污染物的气象条件分析

2014年重污染日海平面气压场中哈尔滨处于弱的高压控制,基本处于静风状态,风力微弱。垂直方向上,因夜间辐射降温剧烈,极容易形成逆温层,因此不利于污染物的水平输送和垂直输送。

4.1 哈尔滨市逆温频率与空气污染物的变化

  

图1 2013-2016年哈尔滨市污染物季平均浓度与逆温频率变化

通过分析逆温频率和空气污染物资料,发现哈尔滨市近地层逆温频率和空气污染物(SO2、NO2、PM10和PM2.5)月平均浓度变化规律基本一致。表明逆温频率和大气的污染密切相关。从图1明显看出,哈尔滨市2013-2016年冬季和秋季近地层逆温出现频率较高,对应的污染物浓度也较高;相反,夏季逆温出现频率低,对应的污染物浓度也较低。因此。4 a中主要污染物的月平均浓度值与逆温出现频率变化规律呈正相关关系,也就是说,逆温的存在,能明显抑制空气污染物的稀释和扩散。

5.2.3 高压南部型

2013年和2015年的重污染日海平面气压场属于高低压过渡带中,气压梯度大,且哈尔滨整体为西南风,近地面增暖明显,升温阶段污染指数最高,不利于污染物扩散。

4.2 逆温与空气质量的相关分析

从表1可以明显看出2013-2016年哈尔滨市AQI的年平均值为100,良好天数年平均为247 d,良好率为68%。近4 a的AQI均值呈下降趋势,良好率有所上升,表明哈尔滨市的空气质量状况总体有所改善。轻度污染的天数每年平均为56 d,中度污染天数每年平均为24 d,重度污染及以上的天数为37 d。因此,不难看出,近4 a属优的天数逐年上升,良以及轻度污染的天数呈起伏状态,中度污染及以上天数总体呈减少趋势,尤其是2016年严重污染日数仅有1 d。

5 天气形势的特征

哈尔滨市重污染日基本出现在冬半年,因此主要对哈尔滨市冬半年重污染日的高空和地面形势特征进行分析。

5.1 12月与1月高空和近地面形势特征

对2013-2016年的12月与1月高空500 hPa、925 hPa高度场、温度场以及海平面气压分别进行合成。

500 hPa上,环流为纬向环流,虽然黑龙江处在槽后西北气流中,但等高线稀疏,风力较弱,北部没有冷中心。925 hPa形势场上,我国受大陆高压控制,黑龙江省为高、低压过渡带区,气压梯度较小,以西北气流为主。温度场上,黑龙江地区为弱的温度脊。海平面气压场上,哈尔滨处于高压西北部,高压中心在哈尔滨东南部,中心为975 hPa,哈尔滨地区等压线稀疏,以偏南风为主,这种形势夜间极易形成近地面的逆温,并且风力较小,污染物易累积。

5.2 严重污染日地面形势分析

近4 a,四种首要污染物出现天数呈现下降趋势,尤其是 2016 年,PM2.5仅有 42 d,SO2没有出现。统计各主要污染物浓度,发现哈尔滨市从10月至次年3月污染最为严重,其中PM10和NO2月平均最大值均出现在 12 月,分别为 0.186 mg·m-3和 0.075 mg·m-3,PM2.5和 SO2月平均最大值出现在 1 月, 分别为0.086 mg·m-3和 0.114 mg·m-3。 夏季 7、8 月份平均污染物浓度最小。 其中,8月 PM10值最小,为 0.049 mg·m-3;9 月 PM2.5值最小,为 0.029 mg·m-3。另外,10 月-1月PM10与SO2迅速持续增长,2月开始逐渐减小,说明哈尔滨市燃煤期间PM10与SO2对污染物的贡献明显。

霍尼韦尔安全与生产力解决方案集团(Honeywell Intelligrate)总经理梁俊告诉记者:“霍尼韦尔(Honeywell)观察到Intelligrate在整个欧美市场的强势发展,2013至2015年,Intelligrated的收入增长了30%以上,有效帮助物流、工业企业自动化水平再升级,为原本就处于高自动化、科技水平的欧美市场,带来了新风潮。同时,近几年中国仓储物流行业的快速前行,也让霍尼韦尔(Honeywell)察觉到中国市场的巨大潜力,认为未来巨大的自动化设备需求,通过吸收Intelligrate,并将其引入中国市场,将是一种双赢的操作。”

5.2.2 高压中心型

哈尔滨市地属温带大陆性季风气候区,其特点是四季分明:冬季寒冷干燥,大多情况受极地大陆气团控制,风力微弱,昼夜温差大;夏季短暂凉爽,降雨充沛;春、秋季节为过渡季,气温起伏多变,这种特定的地形和气候特点,决定了哈尔滨地区冬季大气层结稳定,极易形成逆温层,不利于污染物的扩散,尤其是持续性逆温天气导致污染物累积,加剧污染物浓度,因此以下重点分析逆温与空气污染物的相关性。

ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库以及力库创建完全参数化的机械系统几何模型,其求解器采用多刚体系统力学理论中的拉格朗日方程方法,建立系统动力学方程,对虚拟机械系统进行动力学分析,输出位移、位置等所需要的数据曲线[1]。

2016年重污染日海平面气压场中哈尔滨基本为静稳状态,在吉林东南部存在有一弱高压,这种形势对哈尔滨地区形成弱的南风,有外源性污染源输入,造成污染。这种形势下夜间也极容易形成逆温,不利于污染物扩散,从而产生重污染。

5.3 燃煤供暖和秸秆燃烧型

哈尔滨10月中下旬,燃煤供暖以及集中秸秆焚烧两项污染叠加在一起,使得污染加重。因此,通过2013-2016年10月份的合成资料来分析,高空500 hPa大陆北部基本都是纬向环流控制中,以纬向西风环流控制。等高线稀疏,风力较弱,有弱冷空气控制东北地区。925 hPa上,哈尔滨受暖脊控制。而地面为弱高压控制,基本处于静稳状态,夜间辐射降温极易形成逆温层,因此双重的污染无法扩散,累积增多,这样就会出现重度甚至严重污染。

6 结论

(1)哈尔滨市2013-2016年平均空气质量指数为100,良好率为68%。近4 a哈尔滨市的空气质量状况总体有所改善,其中8、9月空气质量最好,良好率均在95%以上。12月空气质量状况最差,良好率仅为23%。

第四,丰富绿色金融产品。通过增加绿色金融产品种类可以拓宽融资渠道,有效的扩大直接融资规模,吸引投资者加大对生态领域的投资力度,扩大对生态产业的正效益通。

在以天然气为燃料的锅炉中,烟气中水蒸气的含量直接与燃料的原始组成以及锅炉的排烟温度密切相关[8-9]。当燃料中H元素的含量大时,产生的水蒸气量也会较多,此时,高、低位发热量差值越大。其中天然气等有机气态燃料为最大,液态燃料依次减小,其汽化潜热也逐次减少。

(2)哈尔滨市首要污染物主要为PM2.5和PM10,且在冬季PM10和PM2.5为最重,NO2和SO2出现天数相对较少;近4 a中,四种首要污染物出现天数呈现下降趋势。

(3)哈尔滨市近地逆温频率和空气污染物(SO2、NO2、PM10和PM2.5)月平均浓度变化规律基本一致。冬季哈尔滨市逆温厚度与污染物浓度呈正相关。冬季逆温强度与污染物浓度呈负相关。AQI与冬季逆温厚度相关性较好,与逆温强度呈负相关。表明冬季AQI与逆温厚度与强度比其他季节具有较好的相关性。

(4)高空500 hPa大陆北部基本都是纬向环流控制中。等高线稀疏,风力较弱,有弱冷空气控制东北地区。925 hPa上,哈尔滨地区受暖脊控制。哈尔滨市重污染的典型地面形势主要有高压南部型、高低压过渡型、高压中心型、高压南部型、燃煤供暖型和秸秆燃烧型5类。

参考文献

[1]陈秉衡,洪传洁,阚海东.城市大气污染健康危险度评价的方法第一讲绪论[J].环境与健康杂志,2004,21(2):112-113.

[2]Qian Z G,He Q C,Lin H M,et al.Association of dailycause-specific mortality with ambient particle air pollution inWuhan,China[J].Environmental Research,2007,105(3):380-389.

[3]周亚军,熊亚丽,肖伟军,等.广州空气污染指数特征及其与地面气压型的关系[J].热带气象学报,2005,21(1):93-99.

[4]饶晓琴,李峰,周宁芳,等.我国中东部一次大范围霾天气的分析[J].气象,2008,34(6):89-96.

[5]王宏,林长城,蔡义勇,等.福州市 PM 10突变特征与气象条件的关系研究 [J].热带气象学报,2008,24(5):564-568.

[6]樊振德,刘凤琴,徐磊,等.L波段(1)型高空气象探测业务操作手册[M].北京:气象出版社,2005.

 
欧娜音,牟景和,曹蕾,付洪泰
《黑龙江气象》 2018年第04期
《黑龙江气象》2018年第04期文献

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