嘉兴市一次污染过程特征分析

张颖龙,熊传芳,李 莉,吴伟超

(嘉兴市生态环境局, 浙江 嘉兴 314000)

1 引言

近年来,随着城市化进程的加快,大气污染问题显著,特别是在2013年后,京津冀及周边地区大范围的污染过程频发[1],引起了社会广泛关注[2]。京津冀地区颗粒物污染多发生于秋冬季,且具有时间长、范围广的特征[3]。细颗粒物(PM2.5)可以通过呼吸进入肺部,对人体身体健康有较大危害[4，5]。

目前国内外学者针对大气污染天气已经开展了很多研究[6，7],如在气象变化影响、颗粒物化学组分、污染时空分布和区域乃至长距离的输送方面,但针对嘉兴污染过程少有分析和报道。

2021年1月15日晚嘉兴遭遇了一次短时重度的污染天气过程,浙江省内多市都经历了这次污染过程。本研究针对2021年1月13～17日期间的空气质量情况变化过程,对天气形势、气象要素和污染变化进行分析,以期为嘉兴市大气污染防治提供科学依据。

2 资料和方法

本文利用PM2.5、气象数据(温度、湿度、风速、风向)等分析近期污染趋势及原因,并通过特征雷达图分析各小时污染类型。特征雷达数据计算公式如下:

(1)

式(1)中:Zij为i时间第j种污染物归一化成分谱;cij为i时间第j种污染物原始质量浓度,μg/m3。特定时间污染物特征值公式为:

(2)

本研究使用hysplit模型对观测期间到达嘉兴的气团后向轨迹进行了模拟和聚类[8]。聚类分析是根据气团移动速度和方向对大量轨迹进行分组,得到不同的轨迹分类,可以较为直观地判断气团的来源地和途径地以及轨迹来源方向。后向轨迹使用的气象数据由美国国家环境预报中心全球资料同化系统(GDAS)提供, 数据间隔为6 h,分别为00:00、06:00、12:00和18:00(UTC),下载链接为ftp://arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/gdas1。

3 结论与讨论

3.1 天气形势及PM2.5变化趋势

2021年1月13～17日,嘉兴市空气质量以良为主,15日开始出现一次重度污染过程,首要污染物为PM2.5(图1)。本次污染过程可分为3个阶段:1月13～15日17时为本地本地积累阶段,空中为槽前西南暖湿气流控制,有利于地面减压增湿,地面由高压后部转为低压区控制,水平和垂直方向大气扩散条件不利,PM2.5浓度缓升,污染物以本地累积为主;1月15日18时～16日0时为上游输送阶段,嘉兴市风速骤增,风向骤变,相对湿度保持高值,PM2.5浓度也随之骤增,至15日夜间达到小时重度污染水平(20时,峰值浓度177 μg/m3),重污染持续累积4 h;16日1时～17日为污染清除阶段,持续偏北风导致嘉兴本地大气扩散条件改善,PM2.5小时浓度迅速下降,空气质量转为优良,污染过程结束。

3.2 特征雷达图分析

为了充分地利用环境监测数据对污染成因进行分析,通过数据算法得到特征雷达数据,对多种污染物进行百分比成分谱化,并除以一定时期(或一定区域)的平均值,从而得到标准化特征谱,以消除污染物浓度变化的影响以及不同污染物间浓度值差异的影响。13～15日17时主要是以偏综合型为主,15日18时至16日6时为偏二次型,16日7时开始,PM2.5浓度下降明显,后转为偏粗颗粒型和其它类型等,说明本地污染积累以综合型为主,传输时二次生成为主(图2)。

图1 PM2.5浓度、相对湿度和风向风速小时变化

图2 特征雷达图小时序列

3.3 后向轨迹

根据气流24 h反向轨迹(图3),前期清洁时段嘉兴市主要受偏西南部方向气流影响,进入污染期间气团由西南向西北回旋,且气团移动缓慢,易于污染物累积;加之偏西北方向污染气团影响增大,明显受上游污染传输影响,污染程度进一步加重。之后,持续偏北风导致嘉兴本地大气扩散条件改善,加之上游污染传输结束,污染浓度出现快速下降。

图3 污染期间嘉兴市24 h后向轨迹

4 结论

(1)2021年1月13～17日,嘉兴市空气质量以良为主,15日出现一次轻度污染过程,20时达PM2.5小时浓度峰值(177 μg/m3),重度污染持续累积4 h,首要污染物为PM2.5。

(2)从气象及传输条件分析,嘉兴经历一次大气扩散条件逐渐转差然后好转改善的天气过程,前期地面风速较小,天气静稳,扩散条件极为不利,污染以本地累积为主,后期伴随偏北方向外来传输影响,导致PM2.5浓度进一步升高,随后持续偏北风导致嘉兴本地大气扩散条件改善,加之上游污染传输结束,污染浓度出现快速下降。

(3)嘉兴市本地积累阶段以偏综合型为主,上游输送阶段为偏二次型,消散阶段PM2.5浓度下降明显,转为偏粗颗粒型和其它类型等,说明本地污染积累以综合型为主,传输时以二次生成为主。