孝感春节期间空气质量与气象条件的关系

罗金芳 魏杰平 吴君涛 邓凯

摘要 利用 2015—2017年春节逐时的孝感、武汉、随州环境监测站空气质量监测数据，孝感市地面气象观测站日、时气象要素，地面天气图、高空天气图及武汉探空数据。孝感春节期间气压、气温的变化对空气质量的影响不是很显著，中层的逆温对污染物的扩散影响不明显;近地层的逆温如果是由中层暖湿气流和低层降水共同影响造成的，降水對空气污染物的清除作用更显著;近地层的逆温如果是由于晴空辐射造成的，逆温将极不利于空气污染物的稀释、扩散和清除。

关键词 春节空气质量;SO2;相对湿度;风向风速;降水;逆温

中图分类号：X51 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）04–0071–03

分析2015—2017年春节期间孝感及周边城市空气质量发现，除夕日上午10：00开始可能会出现空气污染第一峰值，初一02：00开始陆续出现第二阶段的高峰期。这两个阶段的空气污染可能与大量燃放烟花爆竹有密切的关系。SO2是鞭炮燃烧的主要污染物之一，SO2的剧增对鞭炮燃放有一定的指示作用。春节期间的主要污染物是PM10、PM2.5、SO2[1-3]。

2015—2017年春节期间，严重污染、重度污染、中度污染时相对湿度变化小，天气少变。严重污染时地面水平风速较小，为1～2级;重度污染、中度污染、轻度污染时，风速均以2级为主;空气质量为良时，风速以3级为主，风速越大，代表空气流动性越强，即大气扩散条件越好。春节期间持续明显的降水对污染物的清除有较好的作用。良好的空气质量基础加上有利的扩散条件，空气质量可以达到良，而在春节期间不利的扩散条件，空气质量可以达到严重污染。

1 结果与分析

1.1 空气质量的时空分布特征

空气质量指数（Air Quality Index，AQI）是定量描述空气质量状况的无量纲指数，参与空气质量评价的主要污染物为PM10、PM2.5、SO2、NO2、O3、CO这6项。本文主要分析春节期间AQI、PM10、PM2.5、SO2等的变化。

2015—2017年春节期间武汉城区禁鞭，2016—2017年春节期间随州城区禁鞭，2017年春节期间孝感城区禁鞭。

对2015—2017年春节期间除夕、初一、初二这3天AQI等进行分析，并将其与孝感西北方的随州、东南方的武汉AQI进行对比分析。

2015年除夕至初二，3个城市AQI为双峰形态分布，除夕10：00随州达到第一个峰值，为严重污染;孝感、武汉分别在12：00、14：00达到峰值，为重度污染、中度污染。初一02：00随州出现第二峰值，为严重污染;孝感、武汉延迟两小时，即04：00、06：00出现第二峰值，为重度污染、中度污染;初二3个城市AQI均呈波动下降的趋势，并下降至良的等级。

2016年除夕，随州城区禁鞭AQI仍在10：00出现第一峰值，为重度污染，孝感、武汉为良。分析湖北及周边省市AQI发现，空气质量以良为主，说明湖北空气污染扩散条件总体上较有利于污染物稀释、扩散。初一01：00随州严重污染，02：00AQI爆表，持续4 h;02：00孝感AQI爆表，持续3 h;武汉08：00达到严重污染。武汉、孝感、随州分别于12：00、13：00、15：00下降为重度污染。之后3个城市AQI呈波动下降的趋势。武汉、孝感、随州达到严重污染时段，荆门为轻度到中度污染。

2017年除夕随州、孝感、武汉分别在10：00、13：00、13：00出现第一峰值，均为重度污染，在初一05：00～09：00出现第二峰值，之后呈多峰形态分布。与2015年、2016年不同的是，初二呈波动上升而不是波动下降的趋势。

分析2015—2017年春节期间空气质量发现，除夕10：00开始可能会出现第一峰值（2016年除夕除外），初一02：00开始会陆续出现第二阶段的空气污染高峰期。这两个阶段的空气污染可能与大量燃放烟花爆竹有密切的关系（图1）。

分析2015—2017年春节期间SO2发现，2015年、2016年春节孝感城区没有禁鞭，孝感SO2浓度在初一00：00以后都出现了剧增，SO2剧增较PM2.5、PM10陡升提前1～2 h。2017年孝感城区实施禁鞭，孝感SO2浓度在初一00：00也出现了增长，增长幅度没有前两年剧烈。随州2015年春节城区没有禁鞭，SO2浓度在初一00：00以后出现了剧增，2016年、2017年实行了城区禁鞭，SO2浓度在初一00：00以后有增长，但增长幅度不剧烈。SO2是鞭炮燃烧的主要污染物之一，SO2的剧增对鞭炮燃放有一定的指示作用。除夕10：00以后的孝感SO2变化没有初一00：00以后的SO2变化显著。

2015年春节期间孝感AQI与PM2.5、PM10变化趋势一致，CO、NO2、O3在春节期间变幅不大，说明春节期间的主要污染物是PM10、PM2.5、SO2。

1.2 天气形势分析

2015年春节期间高空由脊前转受低槽影响，地面由偏东路强冷空气影响转受地面倒槽影响，天气由阴转为持续小雨。2016年春节期间高空受东亚大槽后西北气流控制，地面气压场由西高东低转变为南高北低，天气晴朗。2017年春节期间天气形势与2015年春节期间相似，高空由沿海槽后转受南支槽影响，地面由偏东路弱冷空气影响转为受地面倒槽影响，天气由阴转零星小雨。

2016年初一02：00，孝感AQI短时间内由良剧增为爆表，高空 500、700、850 hPa的天气形势和配置没有发生变化，地面气压场由西高东低转变为了南高北低，近地层气象要素出现了变化，变化最显著的是气温的下降。

1.3 影响AQI的主要气象因子分析

1.3.1 相对湿度 分析2015—2017年春节期间空气质量与相对湿度发现，严重污染、重度污染、中度污染时空气相对湿度变化范围略小，表明天气变化小，空气质量为轻度污染和良时的空气相对湿度变化范围更广，从27%～95%均可出现。重度污染、中度污染时，相对湿度位于50%～70%的比例占65%左右;轻度污染时，相对湿度分布在50%～80%更广泛，约65%;空气质量为良时，相对湿度大于80%的比例占66%。

1.3.2 风向和风速 2015—2017年春节期间，严重污染时，风向以偏E风为主，同时也出现了WSW风，风速为1～2级;重度污染时主要以NNE、ESE风为主，风速以2级为主，其次为3级、1级;中度污染时NNE、ENE、ESE风出现频率较高，风速以2级为主，其次为1级、3级;轻度污染时N、NNE风出现频率较高，风速以2级为主，其次为1级、3级;空气质量为良时NNE、N风出现频率较高，S风次之，风速以3级为主，其次为2级、1级。

分析2015—2017年春节期间空气质量与风速发现，严重污染时水平风速较小，为1～2级;重度污染、中度污染、轻度污染时，风速均以2级为主;空气质量为良时，风速以3级为主。风速越大，代表空气流动性越强，即大气水平扩散条件越好，越有利于大气中污染物的稀释、扩散，对空气质量的改变作用明显。

1.3.3 降水 2015—2017年春节，严重污染、重度污染、中度污染时，无降水;轻度污染时，基本无降水，仅个别时次有弱降水，为降水的初始阶段，污染物浓度开始下降;空气质量为良时，部分时次出现了降水。表明春节期间持续的明显降水对污染物的清除有较好的作用。

1.3.4 气压和气温 2015—2017年春节，严重污染时，海平面气压为1 020 hPa左右;重度污染时，海平面气压为1 012～1 026 hPa;中度污染、轻度污染、空气质量为良时，海平面气压范围与重度污染时范围基本一致。

对于2015—2017年春节期间，各等级污染状况所对应的气温变化范围也较为一致，表明春节期间气压、气温的变化对空气质量的影响不是很显著。

1.3.5 探空逆温分析 2015年春节期间高空由干-湿-干结构，依次转变为上干下湿、整层为湿层的结构。除夕08：00有多层逆温，初一08：00开始中层西南暖湿气流加强，中层增温增湿，20：00湿度层结表现为上干下湿，地面受冷空气和降水影响，接近饱和，同时近地层逆温达最强阶段，约10℃的逆温。强逆温出现时段，由于降水对空气污染物的清除作用较明显，地面风速加大对空气污染物的水平扩散也有一定的作用，此时孝感的空气质量为良，并持续至初一。

2016年除夕，08：00有多层逆温，近地层逆温约5℃，除夕白天为晴天，近地层升温，逆温消失;除夕为西路强冷空气过境后，我国大部空气质量为良，良好的空气质量基础，较好的扩散条件，使孝感空气质量保持良。除夕夜间至春节早晨受到晴空辐射影响，近地层出现了强逆温，至初一08：00，近地层最强逆温约10℃。初一02：00～12：00达到了严重污染，严重污染时，地面气压场为南高北低，孝感为偏东风或偏西风，风力微弱，污染物水平扩散有限，污染物的累积与本地及附近的排放及近地层的强逆温关系密切。随着初一白天的太阳辐射，近地层逆温减弱，污染物浓度下降。但当夜间来临时污染物浓度又有所上升。

2017年春节期间孝感空气质量在轻度污染到重度污染之间波动变化，与2015年春节的变化有相似之处，且两年初一08：00的探空图的湿度分布、近地层的逆温强度都极为相似，不同的是，2017年初一的中层还有一较强的逆温层，高度约4 000 m左右。霾主要集中在近地层，2017年中层的逆温层对春节期间的污染物扩散没明显影响。

2 结论

（1）分析2015—2017年春节期间空气质量发现，除夕上午10：00开始可能会出现第一峰值，初一02：00开始会陆续出现第二阶段的空气污染高峰期。这两个阶段的空气污染可能与大量燃放烟花爆竹有密切的关系。

（2）春节期间的主要污染物是PM10、PM2.5、SO2。SO2是鞭炮燃烧的主要污染物之一，SO2的剧增对鞭炮燃放有一定的指示作用。

（3）严重污染、重度污染、中度污染时空气相对湿度变化小，空气质量为轻度污染和良时的空气相对湿度变化范围广，从27%～95%均可出现。

（4）严重污染时水平风速较小，为1～2级;重度污染、中度污染、轻度污染时，风速均以2级为主;空气质量为良时，风速以3级风为主。污染严重时天气少变，相对湿度和风速变化均较小。

（5）春节期间持续明显的降水对污染物的清除有较好的作用。

（6）春节期间气压、气温的变化对空气质量的影响不是很显著。

（7）中层的逆温对污染物的扩散影响不明显;近地层的逆温如果是由中层暖湿气流和低层降水共同影响造成的，降水对空气污染物的清除作用更显著;近地层的逆温如果是由于晴空辐射造成的，逆温将极不利于空气污染物的稀释、扩散和清除。

参考文献

[1] 李小飛，张明军，王圣杰，等.中国空气污染指数变化特征及影响因素分析[J].环境科学，2012，33（6）：1936-1943.

[2] 吴兑.近十年中国灰霾天气研究综述[J].环境科学学报，2012，32（2）：257-269.

[3] 张莹，贾旭伟，杨旭，等.中国典型代表城市空气污染特征及其与气象参数的关系[J].气象与环境学报，2017，33（2）：70-79.

责任编辑：黄艳飞