广安市局地气候对城区空气质量影响研究

黎　红，熊华萍，李　鹏，江　林，谢　疆，杨　娟

(广安市环境监测站，四川 广安　638000)

· 大气环境 ·

广安市局地气候对城区空气质量影响研究

黎红，熊华萍，李鹏，江林，谢疆，杨娟

(广安市环境监测站，四川 广安638000)

根据广安市城区4个空气自动监测站的空气质量监测数据、气象参数，对月、季空气污染物浓度变化特征和四季盛行风、逆温层、寒潮、大雾、阴雨、连晴天气等气象条件下空气污染物浓度变化情况进行分析研究，了解污染物随气象条件变化特征、掌握局地气候对城区空气质量影响特征，从而进行区域经济发展定位、对污染企业进行合理布局、对产业结构进行科学调整，以降低局地气候对空气环境质量的不利影响，改善空气质量。

局地气候；空气质量；分析研究

广安市地处四川盆地东部边缘，空气质量在全省范围内处于较好水平。随着经济的快速发展，区域性空气污染问题凸现。通过对广安城区(广安市政府所在地，地处广安区)市委、广电花园、人工湖、思源酒店4个空气自动监测站[1]，以 2008年为研究基础年，以《环境空气质量标准》(GB 3095-1996)二级标准[2]为评价标准，对空气中二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物3项空气污染物月、季均浓度[3]变化特征和四季盛行风、逆温层、寒潮、大雾、阴雨、连晴天气下浓度变化特征进行分析研究，了解空气污染与局地气候(广安市政府所在地)的关系，掌握污染物随气象条件变化的趋势。

1　局地气候条件分析

1.1自然条件

广安市位于四川东部，呈扇形分布于川中丘陵与平行岭谷区两大地形之间，是三峡库区发展的接力带。地理坐标为北纬30°01′～30°52′，东经105°56′～107°19′，东西宽134.5km，南北长93.6km，幅员面积6344km2。广安属于四川盆地盆底逐步向盆周边过渡地带，整个地势东高西低，本课题研究所在地广安市区位于渠江右岸二、三级价地上，海拔为240～330m。

1.2气温

广安市多年平均气温为17.25℃，月平均气温以7月最高，达27.6℃，1月最低为5.0℃。广安市海拔高度184～1700m，气温随海拔高度变化显著，每上升100m,气温大约降低0.6℃，2008年广安月平均气温详见表1。

表1　2008年广安月平均气温

1.3四季盛行风概况

1.3.1四季盛行风向概况

广安地区全年盛行风向为NE～NNE风，出现频率为25.3%，其次为SW～SSW风，占11.9%，静风频率高达33.0%，年平均风速为1.1 m/s，各月平均风速在0.9～1.4 m/s范围变化，其中以春季风速较大，12、1月最小。

根据1971年～2000年广安区逐月风向资料，制作4季盛行风向风玫瑰图(从左到右依次为春、夏、秋、冬)如图1所示。

图1　广安区四季盛行风向风玫瑰图Fig.1　The Rose Diagram of wind direction ofPrevailing Winds at four seasons of Guang’an District

图1反映了广安市盛行风向的时空分布特征，在时间分布上，春季、秋季、冬季盛行东北风，夏季除盛行东北风外，西南风也占据盛行风一定比例。在空间分布上，由于广安地形复杂，风向与山脉、河谷的走向极为密切，有明显的地域性。

1.3.2四季盛行风力概况

表2　广安区四季平均风速及静风比例

从表2可知，广安市春季平均风速最大，冬季平均风速最小，平均风速从春季到冬季依次递减。春季静风比例最低，冬季静风比例最高，春季到冬季静风比例依次升高。

2　城区空气污染物月均值浓度变化特征

2.1广安城区空气质量监测概况

通过2008年广安市环境监测站对广安城区市委、广电花园、人工湖、思源酒店四个空气自动监测站[1]的二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物三项空气污染物监测数据分析城区空气污染物月均值浓度变化特征，监测点位详见图2。

图2　广安市环境空气质量监测点位图Fig.2　The map of the monitoring sites of ambient air quality in Guang’an

2.2主要污染源分布

广安市工业废气污染源有110家，广安市城区无工业污染，涉及本课题范围的污染源有4个：其中3个废气排放企业在城区东北方向边缘，污染贡献不大。另一火力发电企业位于市区东北方直线距离15 km处的代市镇，是广安市郊的唯一高架源，也是主要的污染源。该企业2008年烟尘总排放量为843458kg，其中：1～4季度排放量分别为：231106kg、212786kg、216395kg和183171kg;二氧化硫总排放量为4627440kg，其中1～4季度排放量分别为：1210992kg、1095736kg、1160571kg和1160141 kg；氮氧化物总排放量为12512263kg，其中1～4季度分别为3335419kg、3284258kg、3131306kg、2761280kg。各类污染物排放量变化不大，第4季度排放量最小。

图3　2008年广安市城区二氧化硫月变化Fig.3　Monthly change of sulfur dioxide in 2008 in the urban area of Guang’an

2.3城区空气污染物月均值浓度变化特征

2.3.1二氧化硫月均值浓度变化特征

从图3可以看出，广安城区 2008年二氧化硫月均值变化的规律性不很明显，其特征是峰值多出现在1月、2月、11月、12月，7月、8月、9月浓度相对较低。春、冬季区内二氧化硫月平均浓度为0.036 mg/m3，夏、秋季为0.034 mg/m3，春、冬季比夏、秋季平均高出6%。

2.3.2二氧化氮月均值浓度变化特征

图4　2008年广安市二氧化氮月变化Fig.4　Monthly change of nitrogen dioxide in 2008 of Guang’an

从图4可以看出，广安城区 2008年二氧化氮月变化与二氧化硫的情况类似，月变化峰值多出现在1月、12月，6～10月浓度相对较低。1月、3月、11月、12月平均浓度范围为0.062～0.064 mg/m3，6～10月为0.057～0.065mg/m3。

2.3.3可吸入颗粒物(PM10)月均值浓度变化特征

图5　2008年广安市可吸入颗粒物月变化Fig.5　Monthly change of inhalable particles (IP) in 2008 of Guang’an

从图5可以看出，广安市可吸入颗粒物月变化特征与二氧化硫和二氧化氮基本一致，均表现出1月、2月、11月、12月较高，夏、秋季较低的规律。

2.3.4空气污染物月均值浓度变化特征分析

从二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物(PM10)月均值浓度变化特征看出，广安城区空气污染物浓度1月、2月、3月、11月、12月(也就是春冬季)相应较高，4～10月份(夏、秋季)相应较低的规律。出现这种现象的原因可能是以下因素综合影响的结果：春、冬季北方冷空气到达后，受冷暖气流争持影响，在早晚出现了辐射逆温，严重阻碍着空气的对流运动；并受复杂性的地形和密集的城市建筑物影响，风速偏小，不利于冬春季大气污染物的输送和扩散；夏秋季气温较高，混合高度提高，风速相应较大，有助于空气污染物的扩散，且雨水的冲刷降解作用，降低了污染物的浓度。

3　局地气候对污染物浓度变化影响

3.1四季盛行风对污染物浓度变化影响分析

3.1.1秋冬季盛行风对污染物浓度变化影响分析

在秋冬季，静风比例较大，风速较小，风向以东北方向为主。由于广安市境内工业废气污染源主要在广安市东北方向，污染物随风向向城区方向移动，造成城区在非夏季污染较为严重。另外，非夏季大气层结较为稳定，对流运动不强，污染物难以通过垂直输送进行扩散，也是造成在非夏季我市污染较为重要原因。

3.1.2春夏季盛行风对污染物浓度变化影响分析

在春夏时，广安市境内风速较大，风向以东北风为主，西南风的比例也明显增加，城区处于上风方，有利于工业废气污染物的扩散，故在夏季污染较轻。同时，因大气的不稳定性增加，常形成强烈的对流运动，污染物可以通过垂直上升运动进行扩散，有效的降低了污染物的浓度变化。

3.2逆温层对污染物浓度变化影响分析

在逆温层中，较暖而轻的空气位于较冷而重的空气上面，形成一种极其稳定的空气层，就像锅盖一样，笼罩在近地层的上空，严重阻碍着空气的对流运动。因此，近地层空气中的水汽、烟尘以及各种有害污染物，飘浮在逆温层下面的空气层中，进一步促进了云雾等天气的形成，使空气中的污染物不能及时扩散流通，而降低了能见度，加重大气污染[4]。

3.3寒潮天气下污染物浓度变化特征

选取2008年3月28～31日一次典型寒潮天气过程作为个例，分析了在寒潮过程中空气污染物的浓度变化情况。

表3　2008年3月广安区典型寒潮天气风速统计

从表3可以看出，寒潮天气条件下，风速相对较大。

图6　寒潮天气污染物浓度变化特征Fig.6　Change characteristics of pollutant concentrations in the cold spell weather

从表3、图6可以看出，在寒潮过程中，冷空气入侵，风速较大。3月28～31日4天污染物均值[3]均较月均值偏少。因此，在寒潮天气过程中，由于冷空气的入侵造成的空气交换和降水[5]，使得空气污染物浓度降低。

3.4大雾天气下污染物浓度变化特征

选取2008年1月出现能见度小于50m的大雾天气，分别为6日、9日、29日，分析在大雾天气下污染物浓度变化情况。

表4　2008年1月广安区大雾天气风速统计

从广安市气象资料显示，6日、9日、29日广安区出现大雾天气，大雾基本出现在凌晨3时到上午9时，1月6日、9日、29日此段时间内，风速较平均明显偏小；同时，全天平均风速也较总平均偏小。

图7　大雾天气污染物浓度变化特征Fig.7　Change characteristics of pollutant concentrations in the fog weather

从表4、图7可以看出，在大雾天气过程中，风速很低，污染物极不易扩散，各项污染物均明显超过月均值。

3.5阴雨天气下污染物浓度变化特征

选取2008年2月18～20日一次持续阴雨天气作为个例，分析在阴雨天气下污染物浓度变化特征。

从表5、图8可以看出，在阴雨天气过程中，18～20日污染物明显低于月均水平，说明因雨水的冲刷作用，污染物明显下降。

3.6连晴天气下污染物浓度变化特征

选取2008年7月24～28日一次高温连晴天气作为个例，分析在连晴天气下污染物浓度变化特征。

表5　2008年2月广安区持续阴雨天气风速统计

图8　阴雨天气污染物浓度变化特征Fig.8　Change characteristics of pollutant concentrations in the rainy weather

表6　2008年7月广安区高温连晴天气风速统计

连晴天气条件下，风速相应较大，此类天气环流相应较强。

图9　高温天气污染物浓度变化特征Fig.9　Change characteristics of pollutant concentrations in the hot weather

从表6、图9可以看出， 24～28日连晴天气下，风速相应较大、天气环流相应较强，污染物明显低于月均水平。

4　结　论

空气质量下降主要集中在1、2、3、11、12月(也就是春冬季)，各污染因子的最大值亦出现在该时段范围；广安城区周边最主要污染源2008年烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放量每季度变化不大，第四季度排放量最小；从空气质量来看，污染物排放量对空气质量有一定的影响；但从主要污染源排放量情况和空气质量变化趋势看，污染物排放量变化趋势对空气质量变化趋势影响不大。通过对广安局地气候对城区空气质量的影响分析研究表明：春夏季盛行风气象条件下，风速相应较大，污染物扩散较快，空气质量相对较好；秋冬季盛行风气象条件下，受华蓥山脉阻挡，风速较小，城区呈现静风比例较大，污染不易扩散，空气质量相对较差；大雾气象条件下，大雾阻止了空气流动，风速较小，在凌晨3时～上午9时城区呈现静风比例较大，污染不易扩散，空气质量相对较差；寒潮气象条件下，由于冷空气的入侵造成的空气交换和降水，使得空气污染物浓度降低，空气质量相对较好。逆温气象条件下，逆温层阻碍空气的垂直运动，污染不易扩散，空气质量相对较差。连晴天气条件下，天气环流相应较强，风速相应较大，有利于污染物扩散，空气质量较好；阴雨天气过程中，污染物受雨水的冲刷，浓度降低，空气质量较好。

广安市位于四川盆地东部山区边缘，气象条件差，风速小，静风频率高，不利于大气污染物的稀释与扩散，广安城区空气质量主要受风(盛行风、静风)、逆温(辐射逆温)、寒潮、大雾等局地气候影响。因此，局地气候是影响广安城区空气质量变化的主要原因。

[1]HJ/T193-2005,环境空气质量自动监测技术规范[S].

[2]GB 3095-1996,环境空气质量标准[S].

[3]中国环境监测总站.空气质量日报技术规定[G].北京，中国环境监测总站，2000(026).

[4]王跃,王莉莉,赵广娜,等.北京冬季PM2.5重污染时段不同尺度环流形势及边界层结构分析[J].气象与环境研究,2014,19(2):173-184.

[5]李宗恺,孙润桥.空气污染气象学原理及应用[M].北京:气象出版社,1985.598.

The Research on the Effect of Local Climate on Air Environment Quality in Guang’an City

LI Hong，XIONG Hua-ping，LI Peng，JIANG Lin，XIE Jiang，YANG Juan

(Guang’anEnvironmentalMonitoringStation，Guang’an，Sichuan638000，China)

According to air quality monitoring data and meteorological parameter of four air monitoring stations in Guang’an urban area, this study analyzed the monthly and seasonal change features of air pollutant concentration and the change situation of air pollutant concentration in meteorological conditions like season prevailing wind, thermal inversion layer, cold wave, heavy fog, overcast and rainy and continuous sunny days, in order to study the variation of pollutants with different meteorological conditions, and to know the influence characteristics of local climate on air quality in urban area, then give orientation to regional economic development, rational distribute polluting enterprises and adjust industrial structure scienfically, so as to reduce the negative influence of local climate on air environment quality.

Local climate; air quality; analysis and research

2015-07-23

黎红(1965-),女,四川广安邻水人,1988年毕业于重庆化工职大分析化学专业，高级工程师,主要从事环境监测和环境管理方面工作。

X51

A

1001-3644(2015)04-0097-08