辽宁空气中度污染和重污染天气类型分析

书书书第２５卷第６期２００９年１２月气象与环境学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹＡＮＤＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＶｏｌ．２５Ｎｏ．６Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２００９收稿日期：２００９－０８－２５；修订日期：２００９－１０－１２。基金项目：横向课题“葫芦岛经济技术开发区环境容量研究”资助。作者简介：杨洪斌，男，１９６０年生，副研究员，从事大气环境研究工作，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]。辽宁空气中度污染和重污染天气类型分析杨洪斌１　李元宜２　邹旭东１　张云海１　李英志３（１中国气象局沈阳大气环境研究所，辽宁沈阳１１００１６；２辽宁省环境监测中心站，辽宁沈阳１１００３１；３辽宁省环境保护厅，辽宁沈阳１１００３３）　　摘　要：统计分析了２００５—２００９年辽宁省１４个城市５种污染物逐日的污染指数ＡＰＩ数据，基于东北低压型、南大风型、干冷锋北大风型和夏秋大雾型４种易形成辽宁地区沙尘污染的天气类型，对污染天气类型进行归类统计分析。结果表明：重污染和中度污染天气中ＰＭ１０污染所占比例最高，污染天气类型主要是干冷锋北大风型。关键词：重污染；中度污染；污染指数ＡＰＩ；天气分型；归类统计　　中图分类号：Ｘ１６　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１６７３－５０３Ｘ（２００９）０６－００１５－０３１　引言城市经济的快速发展将导致空气质量下降。在既要保持高速经济发展，同时又要保持良好的城市环境，因此人们对环境污染也日益关注。污染与气象条件的影响是分不开的，而气象条件的变化一定是由相应天气形势控制［１］。沙尘天气危害严重，现在对于沙尘等污染天气分型方面的研究也越来越多［２－５］。污染天气分型是指污染天气出现时，从大范围天气形势中所归纳出来的不同天气类型，用于在天气形势分析基础上制作空气质量预报［６］。在不同的天气形势下，各种气象因子对空气质量的综合影响不同，尽管污染源条件相同，空气质量会对应不同的大气污染等级。因此，对不同污染等级所对应的大气环流进行分型，研究其特点，对空气质量管理、空气质量预报等具有重要意义。２　资料与方法２１　资料来源污染物资料来源于辽宁省环境监测中心站２００５年１月１日—２００９年８月３日逐日１４个城市５种污染物（ＰＭ１０、ＳＯ２、ＮＯ２、ＣＯ、Ｏ３）的ＡＰＩ指数。天气形势分析资料来源于辽宁省气象台。２２　辽宁污染天气类型简介辽宁地区形成沙尘污染的天气类型大致分为４种：东北低压型、南大风型、干冷锋北大风型和夏秋大雾型［７］。（１）东北低压型，是最常见的沙尘污染型，受冷暖空气及春季地面辐射加热影响，在蒙古东部到我国东北有强烈的低压冷锋发展，低压前部为强劲的西南风，后部为较强的西北风，由于水汽输送少，系统内部非常干燥，难以产生降水天气。另外内蒙古东部、吉林西部有沙漠，且春季辽宁地表疏松提供了沙源条件。（２）南大风型，是辽宁春季气候的主要特征，东北低压型中前期对应强的西南大风，其他对应南大风的天气型还有南高北低型和东高西低型，其共同特性就是在辽宁形成很大的气压梯度，辽宁上空对应较强的暖空气和暖平流，大气层结稳定性较差。（３）干冷锋北大风型，一般性的北大风由于大气层结比较稳定，只能导致局部的扬沙天气，难以形成大范围空气污染。但对于强干冷锋后对应的北大风，由于低层气流辐合强，近地面仍维持较暖空气，大气层结不稳定，形成较强的上升气流，加之风大和上游有很好的沙源条件，就容易形成强的沙尘天气。（４）夏秋大雾型，夏季和秋季辽宁很少出现比较严重的污染，但在出现大雾天气时，由于水滴对尘埃的吸附作用，ＰＭ１０也会严重超标。产生大雾的环流型主要有两种，一种为低压槽型，另一种为低压前均压场型。３　２００５—２００９年辽宁污染天气统计３１　污染物统计分析依据国家环境保护部下发的２００８年《城市空气质量日报和预报技术规定（二次征求意见稿）》中空气污染指数范围及相应的空气质量类别的新规定，优、良和轻度污染的ＡＰＩ指数范围没有变化，中度污染ＡＰＩ指数由原规定的２０１—５００修改为２０１—３００，重污染ＡＰＩ指数由原规定的大于５００修改为大于３００。　　根据表１，对辽宁省１４个城市２００５年１月１日—２００９年８月３日５种污染物（ＰＭ１０、ＳＯ２、ＮＯ２、１６　　　气象与环境学报第２５卷　ＣＯ、Ｏ３）逐日的ＡＰＩ指数数据重新分类统计，得出全省各污染等级的ＡＰＩ指数宏观分布数据（表２）。　　根据表２可知，近４ａ辽宁空气质量以优、良为主，样本数占总样本数的９５０３％，其中“优”样本数表１　空气污染指数范围及相应的空气质量类别污染指数ＡＰＩ空气质量级别空气质量状况表征颜色对健康的影响建议采取的措施０—５０Ⅰ优绿无可正常活动５１—１００Ⅱ良蓝无可正常活动１０１—２００Ⅲ轻度污染黄易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状心脏病和呼吸系统疾病患者应减少体力消耗和户外活动２０１—３００Ⅳ中度污染红心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群中普遍出现症状老年人和心脏病、肺病患者应停留在室内，并减少体力活动＞３００Ⅴ重污染黑健康人运动提前出现某些症状老年人和病人应停留在室内，避免体力消耗，一般人群应避免户外活动表２　２００５—２００９年辽宁ＡＰＩ指数分布空气质量状况空气质量级别污染指数ＡＰＩ样本数／个占总样本数的百分率优Ⅰ０—５０２９５７０６５３９良Ⅱ５１—１００１３４０１２９６４轻度污染Ⅲ１０１—２００２１９７４８６中度污染Ⅳ２０１—３００３０００７重污染Ⅴ＞３００２０００４比率达６５３９％；轻度污染样本数占总样本数的４８６％；中度污染和重污染占总样本数的０１１％，其中中度污染级为００７％，重污染级为００４％。５种污染物ＡＰＩ指数在空气质量不同等级中的分布见表３。表３　２００５—２００９年辽宁主要污染物各污染等级样品数个污染物Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅳ级Ⅴ级ＰＭ１０１６４６１３７４９１６５８２９１９ＳＯ２１１０４２５４３１４８８００ＣＯ０１０６４８００ＮＯ２１６８８２１０４１００Ｏ３０４６２１１样本数２９５７０１９４３６２１９７３０２０　　由表３可知，一氧化碳、二氧化氮和二氧化硫ＡＰＩ指数污染等级没有超过轻度污染Ⅲ级，仅ＰＭ１０、臭氧的ＡＰＩ指数污染等级达到中度污染Ⅳ级和重污染Ⅴ级，其中臭氧的出现频次极低，只具有警示作用，因此ＰＭ１０是中度污染和重污染的主要污染物。根据以上统计结果，近４ａ辽宁空气质量中度污染和重污染在样本中所占的比率为０１１％。ＰＭ１０是中度污染和重污染的主要污染物，因此本文重点分析ＰＭ１０中度污染和重污染发生情况下的污染气象类型。３２　ＰＭ１０污染天气类型统计环境监测表明，ＰＭ１０中度污染和重污染是沙尘型污染，主要发生在冬季和春季。沙尘污染可分为沙尘暴、扬沙和浮尘。沙尘暴一般是由境内外沙尘源共同引起的，是一种最典型的大气污染类型；扬沙的沙尘源一般在本地，而浮尘一般是由境外输入的。沙尘暴是发生于沙源地区强烈的干对流过程，气流将大量的沙尘卷入空中并向前移动，一般发生在强烈发展的干燥的低压冷锋附近，大气层结静力不稳定，风大，大气低层有抬升作用。扬沙是大风将本地沙尘吹起而形成的污染天气，其发生的基本条件是大风、大气层结稳定性差、有沙源。浮尘是境外细小沙尘通过高空风输送形成的大气污染，上游地区发生沙尘暴是其发生的基本条件。根据２００５年１月１日—２００８年１２月３１日环境监测数据以及相应的天气形势资料，统计ＰＭ１０中度污染和重污染发生时对应的天气类型（表４和表５）。表４　２００５—２００８年辽宁ＰＭ１０沙尘中度污染天气类型统计天气类型样本数／个浓度范围／（ｍｇ·ｍ－３）ＡＰＩ范围东北低压型６０３５４—０４１２２０６—２８９南大风型３０３６６—０４００２２３—２７２干冷锋北大风型２００３６５—０４１８２２２—２９７夏秋大雾型０－－表５　２００５—２００８年辽宁ＰＭ１０沙尘重污染天气类型统计天气类型样本数／个浓度范围／（ｍｇ·ｍ－３）ＡＰＩ范围东北低压型４０４２５—０５２８３０７—４２９南大风型４０４３３—０５７２３１６—４３７干冷锋北大风型１００４４６—０５８１３３３—４８１夏秋大雾型１０５００４００　　由表４可知，影响生成ＰＭ１０中度污染的天气类型主要是干冷锋北大风型占６９％，其次是东北低压　第６期杨洪斌等：辽宁空气中度污染和重污染天气类型分析１７　　　型占２１％，南大风型占１０％。由表５可知，影响生成ＰＭ１０重污染的天气类型主要是干冷锋北大风型占５３％，其次是东北低压型和南大风型占２１％，最后是夏秋大雾型占５％。因此，影响生成ＰＭ１０中度和重度污染的主要天气类型是干冷锋北大风型，分别约占总样本数的６９％和５３％。４　结论与讨论（１）统计辽宁省１４个城市２００５年１月１日—２００９年８月３日５种污染物（ＰＭ１０、ＳＯ２、ＮＯ２、ＣＯ、Ｏ３）逐日监测资料，结果表明，ＰＭ１０的ＡＰＩ指数污染等级达到中度污染Ⅳ级和重污染Ⅴ级出现比例最大，其次是臭氧。（２）基于易形成辽宁地区沙尘污染的４种天气形势，对２００５—２００８年环境监测数据进行统计分析。结果表明，造成ＰＭ１０污染的主要天气类型是干冷锋北大风型，其次是东北低压型和南大风型，最后是夏秋大雾型。（３）进一步将统计分析的结果应用于空气质量预报，以期能够对辽宁空气质量预报的发展提供参考。参考文献［１］　袁美英，周秀杰，张桂华，等．天气形势对哈尔滨市空气质量影响的初步研究［Ｊ］．气象，２００５，３１（１）：５５－５８．［２］　刘万军，李祥云，王瀛，等．辽宁２００１年与近１０年沙尘天气对比分析［Ｊ］．辽宁气象，２００２（１）：２－５．［３］　刘景涛，钱正安，姜学恭，等．中国北方特强沙尘暴的天气系统分型研究［Ｊ］．高原气象，２００４，２３（４）：５４０－５４６．［４］　蒋大凯，陈艳秋，盛永．辽宁沙尘暴天气预报方法研究［Ｊ］．辽宁气象，２００５（３）：５－７．［５］　李岩瑛，李耀辉，罗晓玲，等．河西走廊东部沙尘暴预报方法研究［Ｊ］．中国沙漠，２００４，２４（５）：６０７－６０８．［６］　邹旭东，李岱松，杨洪斌．我国北方地区的污染天气分型［Ｊ］．气象与环境学报，２００６，２２（６）：５３－５５．［７］　陈力强，杨洪斌．辽宁省区域性空气污染的天气分型［Ｊ］．环境污染与防治，２００６，２８（６）：４３５－４３８．ＳｙｎｏｐｔｉｃｓｉｔｕａｔｉｏｎｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｍｅｄｉｕｍａｎｄｈｅａｖｙａｉｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓｏｖｅｒＬｉａｏｎｉｎｇｐｒｏｖｉｎｃｅＹＡＮＧＨｏｎｇｂｉｎ１　ＬＩＹｕａｎｙｉ２　ＺＯＵＸｕｄｏｎｇ１　ＺＨＡＮＧＹｕｎｈａｉ１　ＬＩＹｉｎｇｚｈｉ３（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＣｈｉｎａＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＣｅｎｔｅｒｏｆＬｉａｏｎｉｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００３１，Ｃｈｉｎａ；３．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆＬｉａｏｎｉｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００３３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤａｉｌｙｐｏｌｌｕｔｉｏｎｉｎｄｅｘＡＰＩｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｆｉｖｅｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｆｒｏｍ２００５ｔｏ２００９ｉｎ１４ｃｉｔｉｅｓｏｆＬｉａｏｎｉｎｇｐｒｏｖｉｎｃｅ．ＢａｓｅｄｏｎｗｅａｔｈｅｒｔｙｐｅｓｃａｕｓｅｄｂｙｓａｎｄｄｕｓｔｐｏｌｌｕｔｉｏｎｏｖｅｒＬｉａｏｎｉｎｇｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｉ．ｅ．ｎｏｒｔｈｅａｓｔｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅｔｙｐｅ，ｓｏｕｔｈｇａｌｅｔｙｐｅ，ｎｏｒｔｈｇａｌｅｏｆｄｒｙａｎｄｃｏｌｄｆｒｏｎｔｔｙｐｅ，ｈｅａｖｙｆｏｇｉｎｓｕｍｍｅｒａｎｄａｕｔｕｍｎ，ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｗｅａｔｈｅｒｔｙｐｅｓｗｅｒｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔＰＭ１０ｐｏｌｌ