宝鸡市空气质量预报系统本地化应用分析

徐衡 朱筱娟 罗汉翔

摘 要：城市空气质量不仅受到城市发展的影响，目前很大一定程度受到天气气候起到一定主导作用[1]。以宝鸡本地实际空气质量特点及污染物与气象因素与各污染物及不同时期，不同站点的影响程度，及宝鸡市工业分布，排放特点，在做空气质量预报预警模型时应做好本地优化。

关键词：环境状况；预报本地优化；宝鸡

中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）14-0017-02

宝鸡市目前工业结构相对简单，以机加工行业为主，且燃煤大户相对集中，所以污染源排放控制相对容易，同时城市大气污染源排放在短时间内变化不大，相对稳定。我国目前大气环境治理尚处于第二阶段“持续进行治理，但受到风速、湿度、降雨等影响，空气质量会出现波动”大气环境质量的好坏以及区域空间分布很大一定程度取决于大气气象扩散条件。

目前关中地区污染物排放总量过高，单位面积内的生产、生活排放远远超过了环境承载能力。现阶段只依靠减排来改善环境质量现状不现实，也不可能。如何能更好实现大气环境改善目标，早日实现蓝天绿水，在现阶段我们在制定和落实大气污染防治方案时就应该合理的考虑气象条件对大气环境质量的影响。目前国内外已经对气象对环境质量影响，开展了很多研究，并大量的在环境质量预报和大气环境治理方面应用，特别是在大气环境质量预报方面。国家层面、省、市基层面都开展了区域性的环境空气质量预报。目前国际上空气质量预报的方法有两种，一种是以统计学为基础，利用现有数据，基于统计分析，研究大气环境的变化规律，建立大气污染物浓度与气象参数间的统计预报模型，来预测大气污染物浓度，称之为统计预报；另外一种则是以大气动力学理论为基础，基于对大气物理和化学过程的理解，建立大气污染浓度在空气中的输送扩散数值模型，借助计算机来预报大气污染物浓度在空气中的动态分布，称之为数值预报[2]。如何赢得空气重污染应对主动权，准确空气质量预报为大气污染防治确立了可持续发展的基础，可持续有力的实现改善环境质量的目的[3]。本文就是在宝鸡市大气污染特征的基础上如何将统计预报更优化的完成本地化应用的研究。

1 大气环境状况分析

由于城市大气污染源的排放在一段时间内是相对稳定的，大气污染物浓度时空分布的不确定性在一定程度上主要取决于大气扩散条件。在污染物排放相对平稳的条件下，由于天气背景的不同，可以使大气污染物的平均环境浓度发生几倍、甚至几十倍的差异。因此，在进行空气质量预报研究的第一步首先要掌握本地空气质量时间、空间上的变化特征。

中国科学院地球环境研究所研究员曹军骥认为陕西关中地区在污染扩散条件方面存在“先天不足”。地形方面，关中地区在秦岭和黄土高原的包围下形成东西向的喇叭形开口，污染物只能在有西北风的时候被吹散，其他风向下都会导致本地污染物的积累甚至外地污染物的输入。气象特征方面，关中地区常年主导风向为东北风，全年静风频率为35%。而在冬季，静风频率更是高达45%，且仅有不到20%的天气形势有利于大气污染扩散。

宝鸡市地地形南、西、北三面环山，以渭河为中轴向东扩展，呈尖角开口槽形特点致使环境容量小，不利于污染物扩散。秋冬季宝鸡地区边界层高度一般只有500-600米左右，抑制了大气垂直交换，地面污染物堆积，容易形成污染天气。而且存在大气污染条件下的“空气压缩”效应。大气污染越重，边界层的高度越低，形成进一步的“空气压缩”，使大气污染加剧，恶性循环。根据研究1960年至2013年宝鸡市人均气候舒适度指数平均每10年增加0.38，春季上升幅度最大0.64每10年，其次为冬季0.53每10年[4]。也就是说宝鸡气候条件在发生变化，宝鸡在变暖。

1.1 空气质量现状

宝鸡市自2014年执行新的环境质量标准以来至2017年空气质量优良天数平均250天。PM2.5和PM10为主要超标污染物，年均值浓度超过国家年二级标准，臭氧污染天数呈现逐年增加趋势。PM10和O3-8h主要在空气质量为良和轻度污染时为首要污染物，PM2.5除了在良和轻度污染时为首要污染物外，在中度污染、重度污染和严重污染时也为首要污染物。

从近4年市区空气质量及各子站空气质量变化来看，空气质量整体呈现好转态势，颗粒物浓度减排效果显著，减煤、控煤成果明显体现，臭氧污染呈现逐年加重趋势。从近4年的数据监测来看宝雞市区空气质量受气象条件影响较大，易受气象条件变化出现空气质量反弹。宝鸡空气质量季节性变化非常明显，冬季污染最重，春秋季节宝鸡市区空气质量易受到来自新疆、甘肃等地的沙尘天气影响出现扬沙浮尘天气。夏季宝鸡空气质量最好，主要是由于气象条件影响扩散条件明显好转，但同时受到颗粒物减排及目前二氧化氮浓度上升及挥发性有机物排放量大的影响臭氧污染较重。

1.2 污染物关系分析

SO2与NO2在工业源方面具有同源性，SO2主要排放来源于工业，而NO2除工业源外还有机动车源。在冬季和初春，NO2与SO2同源性较为明显，相比机动车，工业排放污染影响更加明显，而夏季机动车影响较为明显。

PM2.5与PM10的比值主要用来评估颗粒物中二次成份来源，比值越大说明二次生成率越高，比值越小说明受沙尘、扬尘影响较大。PM2.5与PM10比值波动频率较大，在1月末和3月下旬，5月下旬，6月下旬均有较高值出现；在2月末，3月初，4月中旬，10月初均有较低值出现，说明在此期间沙尘或扬尘影响较大。

1.3 污染排放情况

2015年，宝鸡市第一产业、第二产业、第三产业之间的规模比例为7：55：38。第一产业和第三产业的规模仍远远落后于第二产业。近几年二产增速下降，但占比依然最重。表明宝鸡仍然是一个典型的工业城市。2015年全市规模以上企业煤炭使用量1089.28万吨，位于宝鸡市北部，凤翔县长青工业源中主要企业煤炭消耗量巨大，占全市煤炭使用量的近70%，园区中，大唐宝鸡热电厂共使用142.54万吨，长青能化共使用26.59万吨，东岭冶炼共用煤62.01万吨，国电宝鸡第二发电有限责任公司用煤238.03万吨，国电宝鸡发电有限责任公司用煤257.40万吨。

从污染物排放量来看，宝鸡市2015年排放SO231706.19吨，NOX45901.36吨，烟粉尘29334.24吨，凤翔县几种污染物排放量分别占比19.4%，33.4%和32.6%，在全市區县中，排放量最大。

2 空气质量预报本地化参数应用

2.1 扩散条件影响

宝鸡市地形不开阔，三面环山，呈尖角开口槽形，风速较小，静稳天气较多，频率达到80%，这种地形及气象条件十分不利于污染物浓度的扩散，污染物浓度本底值的积累增加对实时的污染物浓度有非常显著的贡献，因此，根据以上污染现状特点及排放特点在预报建模时应对PM10、PM2.5及O3的预测准确度加以侧重。根据时间变化趋势，应对O3浓度在夏、秋季加强侧重，对SO2、NO2、CO、PM10和PM2.5浓度在冬季、春季加强侧重。

2.2 沙尘影响

我们在对近几年宝鸡沙尘影响天数统计分析后，结合沙尘来源上风向相邻的几个城市PM10变化来看，沙尘到宝鸡后受到陇山侵扰，峰值浓度明显下降。但平均浓度变化幅度相对并未出现一直处于较低阶段，甚至出现高于上风向浓度情况，根据数据分析，上风向固原、庆阳、兰州出现沙尘天气后，结合风速和沙尘强度，一般到宝鸡境内需要5个小时以上。但如果上风向沙尘浓度不大，空气质量达到中度污染级别，且风速偏北时，对宝鸡一般不会产生影响，虽然沙尘到宝鸡后峰值下降，但影响时间较长，对PM10的贡献并未呈现出明显的偏低，对宝鸡的影响周期较长。因此在空气质量预报模型中必须要考虑到宝鸡市春季经常受到沙尘影响，因此在对春季沙尘天气频发的时间段建模过程中，应当注意沙尘来源区域，选择与此次沙尘相对应的城市PM10浓度。

2.3 长青工业园排放影响

宝鸡市的排放源较为集中，一半以上燃煤集中在长青工业园，因此在建模的时候把距离工业园区较近站点的监测值作为其他站点的预报的因子。但由于长青工业园不在宝鸡市区，并且距离几个监测站距离差距较小，因此要根据气象条件来选择作为参考因子的监测站。在静稳天气时，选择实际物理距离最近的监测站点的监测浓度；在非静稳天气时，则选择污染物从长青工业园传输到本站所用的传输时间最短的监测站的数据。

3 结语

本文基于宝鸡市区空气质量的深入分析，分析其变化特征和规律，为更好的实现宝鸡市区空气质量预报的准确性提供本地化应用优化的基础。

参考文献

[1]吴忠标，李伟，王莉红.城市大气环境概论[M].北京化学工业出版社，2003.

[2]聂邦胜.国内外常用的空气质量模式介绍[J].江苏环境科技，2008，（S1）：125-128.

[3]柏仇勇，李健军.环境监测预警在重污染天气应对中的作用与启示[J].环境保护，2017，45（8）：45-48.

[4]何佳，周旗，李建.宝鸡市近54年来人居气候舒适度变化特征分析[J].宝鸡文理学院学报（自然科学版），2015，35（1）：68-73.