南昌市污染物AQI指数特征分析

邹琳　刘玲　熊劦

摘 要：本文分析了南昌2013年至2014年的环境空气监测数据，结果显示：南昌空气质量良好;主要污染期集中在10月至2月;PM2.5是南昌城区首要污染物;PM10、PM2.5、CO呈冬季>春季>秋季>夏季的季节特性;SO2、NO2呈冬季>秋季>春季>夏季的季节特性;8小时O3则呈现出春季>夏季>秋季>冬季的季节特性。在夏季，8小时O3成为南昌市最主要的污染物。通过具体分析发现，影响南昌AQI的主要天气条件有转折性过程天气、地面强冷空气过境、降水、连阴、连晴等因素。

关键词：AQI：南昌;气溶胶颗粒物;气象要素

中图分类号：X51文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）26-0156-03

随着人们环保意识的加强，城市空气质量逐渐成为一个热门话题。徐鸣[1]等利用Morlet小波变化方法研究了空气污染时间序列的特征、周期及影响因子;王斌[2]等分析了我国沿海城市的空气污染变化特征;李文杰[3]等分析了气象因素对空气污染的作用;莫莉等[4]对北京市区域城市化程度与颗粒物污染的相关性进行了分析。本文通过分析南昌空气质量指数AQI的变化规律及气象因素对AQI的影响，以加强对南昌市雾霾天气的成因及机理的理解和认识。

1 数据来源

本文中的气象观测数据采用南昌市观象台（N28°36′，E115°55′，海拔46.9m）自动气象站地面气象观测数据（包括风向、风速、气压、相对湿度、日照时数、降水和气温等）及700、850hPa和925hPa的L波段雷达观测资料。空气质量数据使用南昌市环境监测提供的 2013年和2014年的资料。南昌市主城区共设置空气质量自动监测站9个，分别是江西省外办站、江西省林业公司站、林科所站、京东镇政府站、建工学校站、象湖站、武术学校站、石化和省站等监测站等。

2 南昌市污染物AQI指数年度特征

2013年开展了AQI观测，观测项目增加了细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）8h浓度的观测。从图1可以看出，2013年和2014年南昌市未出现严重污染，空气质量优良率分别为60.8%、80.5%，空气质量优良天数分别为222d和294d。重度污染一般出现在1月和12月，PM2.5是南昌市最主要的污染物，分别占AQI指数的比例为27%、26%，其次为PM10占23%、24%。从AQI指数季节变化中发现（见图2），PM10、PM2.5、CO呈冬季>春季>秋季>夏季的季节特性。SO2、NO2呈冬季>秋季>春季>夏季的季节特性。8小时O3则为春季>夏季>秋季>冬季的季节特性，在夏季，8小时O3则成为南昌市最主要的污染物。这是由于臭氧就是光化学烟雾的产物，其不是直接被生成的，而是经光化学作用转化而成的，其浓度变化受太阳辐射及温度的影响。南昌市春季和夏季的辐射较强，有利于臭氧的形成。再加上夏季大气对流旺盛，污染物扩散加快，SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO各污染物的AQI指数均有明显下降。但因为夏季日照强烈，辐射较大，受其影响，白天8小时O3的月均AQI指数不降反升，反而略高于PM2.5和PM10。

3 气象条件对空气质量的影响

如图3所示，1月份南昌的空气污染以PM2.5为主，其日均AQI指数明显高于其他污染物。对比PM2.5的日均AQI曲线与1月南昌市观象台地面观测资料可以看出：1月PM2.5AQI指数曲线中的几次较明显的下降分别对应该月过程性天气前变天的时间段;其中，过程性天气期间平均风速越大，AQI指数曲线降幅越大;降水对PM2.5的AQI指数也有明显影响，但不如大风的影响明显;过于微弱的降水在无明显天气系统入侵的情况下，甚至会加大AQI值;1月大部分时段连续的厚厚云层对PM2.5的日均AQI指数有非常明显的上升作用。

南昌市8月的空气质量总体良好（如图4所示），首要空气污染物较复杂，前期以日间8小时的O3为主，中后期PM10和PM2.5均较高。将之与对应8月的地面观测资料进行对比可以发现：日间8小时O3的AQI曲线与天气云量对应较好，三次高峰期分别对应8月份三次连晴时段。此外，连晴天气也对PM2.5和PM10的堆积有较明显的促进作用。

通过分析南昌市1月份与8月份各污染物日均AQI指数分布曲线明显变化时的气象条件可知，对霾有明显影响的气象条件主要包括以下几方面。

①转折性过程天气。当遇到转折性过程天气时，南昌市从低空到高空的风速会明显加大，风向会出现明显转折，一般为偏北风转为偏南风，这就使得城市上空的垂直对流和平流都会出现明显加强。增强的大气流动性会将城市内前期产生和堆积的污染物带走，城市内的空气质量就会出现明显好转。2013年1月25日08：00，500hPa欧亚大陆为一槽一脊型（见图5），南昌市处于脊前，由西北气流控制，径向环流小于纬向环流，属于晴好系统，利于晴空辐射。此外，脊前盛行下沉气流，有利于静力不稳定的形成。从25日08：00南昌市T-lnP图上（见图6）可以看到，1 000hPa到850hPa有明显逆温层，地面風场较弱，不利于污染物的扩散。这种环流形势持续多天，导致南昌市长时间雾霾的形成和维持。

②大风。地面强冷空气南下一般也是转折性过程天气的一种。强大的冷气团从地面入侵会使得从近地层到高空就出现一个明显的抽吸效应，对城市区内的空气质量有非常显著的净化作用。

③降水。一般来说，降水可以使空气中的一部分污染物溶解到雨滴中并落到地面，对空气有一定的净化作用。同时，大的雨滴在降落过程中会带来明显的下沉气流交换，使近地层的污染物被交换气流带走。但如果降水强度较小，甚至很微弱，微小雨滴在下落过程中不会形成明显的下沉气流，且形成降水时的垂直上升气流也不强，大气流动性较差，溶解到雨滴中的污染物与城市每天形成的污染物数量相差甚远，从而使空气质量更差。

④连阴。连续阴天一般表示当地稳定少变的大气环流形式，厚厚的云层也会对近地层到中高层的大气对流交换产生阻碍作用，使污染物明显堆积在城市区内，空气污染物浓度就会明显上升。

⑤连晴。连续晴天对南昌市空气污染的影响主要是在夏季。白天在强烈的紫外线辐射催化下，空气中的氧气会发生化学反应生成臭氧（O3）。一般情况下，臭氧也会缓慢地自我分解成氧气，但连续的晴天使城市市区内近地层的臭氧分解较慢，从而使臭氧浓度不断增加。

4 其他影响因子

在对空气质量进行预报的过程中，除气象条件外，还必须考虑人为等其他特殊条件，如新增或关闭的工厂、大型建筑工地、重要活动的汽车大范围限行、中小学的寒暑假等。其中最明显是我国每年除夕夜的烟花爆竹燃放，从图7可以明显看到2013年2014年春节前后空气质量指数从一级优飙升至四级中度污染，甚至达到了五级重度污染的程度。

5 结论

①分析南昌市的API得出，南昌市空气质量良好，主要污染期集中在10月至2月。

②PM2.5是南昌市城区首要污染物。PM10、PM2.5、CO呈冬季>春季>秋季>夏季的季节特性;SO2、NO2呈冬季>秋季>春季>夏季的季节特性;8小时O3则为春季>夏季>秋季>冬季的季节特性，在夏季，8小时O3成为南昌市最主要的污染物。

③影响南昌市AQI的主要天气条件是：转折性过程天气、地面强冷空气过境、降水、连阴、连晴等。

参考文献：

[1]徐鸣，王斌，吕爱华，等.大气污染物多时间分辨率的小波分析[J].环境科学学报，2008（4）：786-790.

[2]王斌，高会旺.中国沿海城市空气污染指数的分布特征[J].生态环境学报，2008（2）：542-548.

[3]李文杰，张时煌，高庆先，等.京津石三市空气污染指数（API）的时空分布特征及其与气象要素的关系[J].资源科学，2012（8）：1392-1400.

[4]莫莉，余新晓，赵阳，等.北京市区域城市化程度与颗粒物污染的相关性分析[J].生态环境学报，2014（5）：806-811.