楊 苑，錢倩霞，白春燕，白天輝

（1.中國(guó)氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏銀川 750000；2.寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏銀川 750000；3.寧夏中衛(wèi)市氣象局，寧夏中衛(wèi) 755000；4.河北省氣象災(zāi)害防御中心，河北石家莊 050021；5.中國(guó)人民解放軍31664 部隊(duì)，甘肅白銀 730913）

中衛(wèi)市位于寧夏回族自治區(qū)中西部，是寧夏最年輕的地級(jí)市，被譽(yù)為“沙漠水城”、“花兒杞鄉(xiāng)”、“休閑中衛(wèi)”。作為國(guó)家全域旅游示范區(qū)創(chuàng)建地級(jí)市之一，空氣質(zhì)量是游客考評(píng)當(dāng)?shù)芈糜涡袠I(yè)的重要一項(xiàng)，也是綠水藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)中重要一環(huán)。隨著社會(huì)各界對(duì)大氣污染問題的深刻認(rèn)識(shí)，針對(duì)空氣質(zhì)量、空氣污染的氣象條件等研究已經(jīng)成為許多部門重點(diǎn)研究的課題之一。如張夏琨等[1]研究石家莊市空氣質(zhì)量與氣象條件的關(guān)系，表明不是風(fēng)速越小，污染質(zhì)量濃度越大，風(fēng)速在一定范圍內(nèi)，會(huì)使空氣污染物超標(biāo)。黃容等[2]統(tǒng)計(jì)分析了青島市SO2、NO2及PM10平均質(zhì)量濃度和氣象要素的關(guān)系，得到以上污染物質(zhì)量濃度與云量、降水量和氣溫呈負(fù)相關(guān)，與氣壓呈正相關(guān)的結(jié)論。肖舜等[3]分析西安世園會(huì)園區(qū)春夏兩季PM10指數(shù)與氣象因子的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)相對(duì)濕度為首要控制因子。郭虎等[4]對(duì)北京春季一次連續(xù)重污染過程的氣象條件進(jìn)行詳細(xì)分析，得到低空850 hPa 的逆溫層能夠抑制空氣的垂直運(yùn)動(dòng)，可能會(huì)造成當(dāng)?shù)刂囟任廴?。山義昌等[5]研究氣象條件對(duì)濰坊市空氣質(zhì)量的影響，表明混合層越高，越有利于污染物向四周輸送，空氣質(zhì)量容易變好。目前關(guān)于中衛(wèi)市城區(qū)空氣質(zhì)量、不同污染物質(zhì)量濃度的統(tǒng)計(jì)特征分析研究還不夠，本文將詳細(xì)分析2016—2018 年中衛(wèi)市城區(qū)空氣質(zhì)量、不同污染物質(zhì)量濃度的時(shí)間變化特征。

1 資料與方法

2 個(gè)國(guó)控自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分別是官橋站和環(huán)保局站，6 種常規(guī)污染物質(zhì)量濃度與氣象數(shù)據(jù)從中衛(wèi)市環(huán)境監(jiān)測(cè)站獲?。孩?016—2018 年2 個(gè)國(guó)控自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、臭氧8 h 的逐時(shí)、逐日質(zhì)量濃度資料；②2016—2018 年中衛(wèi)市市均PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、臭氧8 h 和AQI 的逐日質(zhì)量濃度資料。另外，本文定義的春季為3—5月份，夏季為6—8 月份，秋季為9—11 月份，冬季為12 月至次年2 月份；PM10、PM2.5、SO2、NO2、臭氧8 h 的質(zhì)量濃度的單位為μg/m3，CO 質(zhì)量濃度的單位為mg/m3。

本文剔除無效數(shù)據(jù)的天數(shù)及當(dāng)天各類污染物質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)，補(bǔ)進(jìn)同一天2 種首要污染物的日數(shù)，總樣本數(shù)為3 266。

2 不同等級(jí)空氣質(zhì)量天數(shù)的時(shí)間變化

2.1 年變化特征

根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3095—2012，當(dāng)AQI＞100，即空氣質(zhì)量指數(shù)級(jí)別達(dá)到輕度污染及以上時(shí)，稱為污染天氣，即AQI＜100 時(shí)，空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)。對(duì)中衛(wèi)市市均和官橋站、環(huán)保局站2 個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)2016—2018 年空氣質(zhì)量指數(shù)年均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，見表1。

（1）根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016—2018 年城區(qū)空氣質(zhì)量相對(duì)較好，達(dá)標(biāo)日數(shù)占75.9%～79.0%。其中，均以良天數(shù)為最多，占比達(dá)66.0%以上。污染天氣日數(shù)為74～94 d，以輕度污染為主。其中，輕度污染占比15.0%～18.1%；中度污染占比2.2%～3.8%；重度污染0.5%～1.4%；嚴(yán)重污染1.4%～3.6%。

（2）環(huán)保局站比官橋站空氣質(zhì)量相對(duì)較好，優(yōu)良天數(shù)均高于官橋站。這是因?yàn)榄h(huán)保局站位于中衛(wèi)市新城區(qū)，而官橋站位于城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)，受秸稈焚燒、冬季燒煤影響較顯著。

2.2 季節(jié)變化特征

由表2 可知，2016—2018 年中衛(wèi)市市均春季污染天氣為79 d，夏季為54 d，秋季為37 d，冬季為78 d；環(huán)保局站春季污染天氣為78 d，夏季為66 d，秋季為35 d，冬季為72 d；官橋站春季污染天氣為83 d，夏季為53 d，秋季為41 d，冬季為84 d。綜上可知，中衛(wèi)市城區(qū)秋季污染天氣出現(xiàn)的最少，空氣質(zhì)量良好，冬春污染天氣出現(xiàn)次數(shù)持平，空氣污染較為嚴(yán)重。這是因?yàn)橹行l(wèi)降水主要集中在夏季和秋季，冬春降水較少。降水多且相對(duì)頻繁會(huì)稀釋空氣污染物質(zhì)量濃度，空氣質(zhì)量呈現(xiàn)較好的態(tài)勢(shì)。而且夏秋季，太陽(yáng)輻射的熱力作用較強(qiáng)，可增強(qiáng)混合層的湍流混合作用，進(jìn)一步加強(qiáng)大氣污染物的擴(kuò)散，使得空氣質(zhì)量變好。相反，冬季太陽(yáng)輻射減弱，大氣穩(wěn)定度偏于穩(wěn)定，大氣污染物的擴(kuò)散、稀釋能力減弱，空氣質(zhì)量必然下降。另外，由于冬春降水較少，地表面干燥，且因上游有騰格里沙漠的緣故，春季大風(fēng)常常伴隨沙塵，極大地影響城區(qū)的空氣質(zhì)量。

2.3 月變化特征

由表3 可知，2016—2018 年中衛(wèi)市市均1—6月份、11—12 月份污染天氣為24～30 d。其中，6 月份最多，7—8 月份為11～13 d，9—10 月份為8 d 以下，而9 月最少，僅有3 d。環(huán)保局站1—6 月份、11—12 月份為22～35 d。其中，6 月份最多，7—8 月份為14～17 d，9—10 月份為8 d 以下，而9 月份最少，有4 d。官橋站1—6 月份、11—12 月份為24～31 d。其中，2 月份最多，3 月份次之，6 月份和1 月份并列第三，為28 d，7—8 月份為12～13 d，9—10 月份為9 d 以下，而9 月最少，僅有2 d。綜上可知，中衛(wèi)市城區(qū)空氣質(zhì)量分為3 個(gè)階梯，9—10 月份空氣質(zhì)量為第1 階梯，9 月份最好，7—8 月份為第2 階梯，1—6月份、11—12 月份為第3 階梯。結(jié)合季節(jié)變化特征來看，二者表現(xiàn)出的特征是一致的，原因同上。

2.4 首要污染物出現(xiàn)頻次

由表4 可知，①2016—2018 年，環(huán)保局站和官橋站的首要污染物主要是PM10和臭氧，分別占40.7%～50.0%和29.0%～35.2%；其次是PM2.5和SO2。②相較于監(jiān)測(cè)的6 種主要污染物來說，沒有CO和NO2為首要污染物的情況發(fā)生。③2016—2017年，2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)首要污染物為SO2的出現(xiàn)頻次逐年降低。2018 年2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均沒有出現(xiàn)首要污染物為SO2的情況。SO2主要來源為燃煤、工業(yè)污染等。近年來，中衛(wèi)采取強(qiáng)有力措施控制工業(yè)源污染、燃煤污染，取得了明顯成效。④市均和環(huán)保局站PM2.5為首要污染物出現(xiàn)的頻次以及官橋站臭氧為首要污染物出現(xiàn)的頻次在逐年降低，但是市均和兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM10為首要污染物出現(xiàn)的頻次逐年增加，增幅為23%～30%。PM10主要來源為建筑工地?fù)P塵、城市道路揚(yáng)塵污染等。近年來，中衛(wèi)城市化進(jìn)程加快，建筑工地較多，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)抑塵、祼土覆蓋和綠化等措施不夠迅速，仍會(huì)增加PM10的質(zhì)量濃度。大風(fēng)沙塵天氣同樣有利于PM10的累計(jì)，使PM10質(zhì)量濃度升高。根據(jù)氣象資料記載，2016 年中衛(wèi)城區(qū)出現(xiàn)沙塵天氣5次，2017、2018 年年均為8 次，這也是造成城區(qū)PM10質(zhì)量濃度升高的一個(gè)原因。

表1 2016—2018 年市均和監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同等級(jí)空氣質(zhì)量出現(xiàn)天數(shù) d

表2 2016—2018 年市均和監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同季節(jié)不同等級(jí)空氣質(zhì)量出現(xiàn)天數(shù) d

表3 2016—2018 年市均和監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同月份不同等級(jí)空氣質(zhì)量出現(xiàn)天數(shù) d

表4 2016—2018 年市均和監(jiān)測(cè)點(diǎn)首要污染物出現(xiàn)頻次 d

3 空氣污染物質(zhì)量濃度的時(shí)間變化

3.1 年變化特征

2016—2018 年官橋站、環(huán)保局站SO2、PM10、NO2、PM2.5、臭氧8 h 和CO 年平均質(zhì)量濃度變化見圖1。

圖1 2016—2018 年官橋站、環(huán)保局站不同污染物年平均質(zhì)量濃度變化

圖2 2016—2018 年官橋站、環(huán)保局站不同污染物季節(jié)平均質(zhì)量濃度變化

圖3 2016—2018 年官橋站、環(huán)保局站不同污染物月平均質(zhì)量濃度變化

由圖1 可知，①官橋站PM10年平均質(zhì)量濃度為103.2～121.9 μg/m3，環(huán)保局站為97.2～118.0 μg/m3；官橋站PM2.5年平均質(zhì)量濃度穩(wěn)中有降，為39.4～45.8 μg/m3，環(huán)保局站PM2.5年平均質(zhì)量濃度緩慢下降，為37.4～44.1 μg/m3，官橋站PM10、PM2.5年平均質(zhì)量濃度較環(huán)保局站略高。由于官橋站位于城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)，地理環(huán)境不如環(huán)保局站，且道路維護(hù)、建筑施工等揚(yáng)塵污染和燃煤污染長(zhǎng)期存在，加之上游騰格里沙漠源的存在，PM10質(zhì)量濃度較難控制。國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，PM2.5年平均質(zhì)量濃度一級(jí)為15 μg/m3，二級(jí)為35 μg/m3；PM10年平均質(zhì)量濃度一級(jí)為40 μg/m3，二級(jí)為70 μg/m3，2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都超出了規(guī)定限制，且呈升高趨勢(shì)。平衡城市化進(jìn)程和環(huán)境問題必然是中衛(wèi)長(zhǎng)期需要面對(duì)和解決的問題。②兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)2016—2018 年SO2、NO2年平均質(zhì)量濃度達(dá)到國(guó)家二級(jí)或一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，控制較好。③官橋臭氧8 h 年平均質(zhì)量濃度穩(wěn)中略升，為94.7～104.2 μg/m3，CO 年平均質(zhì)量濃度穩(wěn)中有降，為0.83～0.90 mg/m3。環(huán)保局臭氧8 h 和CO 年平均質(zhì)量濃度在2017 年略有升高，隨后有所降低，前者為87.8～107.2 μg/m3，后者為0.65～0.97 mg/m3。

3.2 季節(jié)變化特征

2016—2018 年官橋站、環(huán)保局站SO2、PM10、NO2、PM2.5、臭氧8 h 和CO 季節(jié)平均質(zhì)量濃度變化見圖2。

整體來說，2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)臭氧8 h 季節(jié)平均質(zhì)量濃度與其他5 類污染物季節(jié)平均質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)相反，為倒V 形，峰值主要出現(xiàn)在夏季。這是因?yàn)殡S著天氣轉(zhuǎn)暖，氣溫升高，日照時(shí)數(shù)增多，日照強(qiáng)度變大，近地面接收到的太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，臭氧質(zhì)量濃度會(huì)隨之升高，進(jìn)入冬季，近地面接收到的太陽(yáng)輻射減弱，臭氧質(zhì)量濃度則會(huì)降低；其他污染物在夏季質(zhì)量濃度降低是因?yàn)榻邓畷?huì)洗刷和清除空氣污染物，且對(duì)流天氣容易破壞大氣穩(wěn)定層結(jié)的存在，有利于空氣污染物的擴(kuò)散、稀釋；相反，冬季降水少、逆溫層長(zhǎng)期維持，不利于空氣污染物的稀釋和擴(kuò)散，加之燃煤污染的存在，促使空氣污染物的進(jìn)一步積累。

3.3 月變化特征

2016—2018 年官橋站、環(huán)保局站SO2、PM10、NO2、PM2.5、臭氧8 h 和CO 月平均質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)見圖3。

2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)臭氧8 h 月平均質(zhì)量濃度與其他5種污染物變化趨勢(shì)呈相反的特點(diǎn)，峰值主要出現(xiàn)在5—9 月份。由于進(jìn)入夏季，太陽(yáng)直射北半球，氣溫回升明顯，日照時(shí)數(shù)增多，日照強(qiáng)度變大，近地面接收到的太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，臭氧質(zhì)量濃度明顯升高，當(dāng)遇到降水集中期，地面接收到的太陽(yáng)輻射減弱，生成臭氧的光化學(xué)反應(yīng)會(huì)減弱，臭氧質(zhì)量濃度則隨之降低；10月份至次年1 月份，近地面接收到的太陽(yáng)輻射持續(xù)較弱，臭氧質(zhì)量濃度較低，因此呈現(xiàn)雙峰或單峰結(jié)構(gòu)。其他污染物的積累與臭氧不同，5—9 月份的降水和強(qiáng)對(duì)流運(yùn)動(dòng)有利于空氣污染物的稀釋和擴(kuò)散，冬季降水少，穩(wěn)定層結(jié)的長(zhǎng)期存在，不利于空氣污染物的稀釋和擴(kuò)散。

4 結(jié)論

（1）2016—2018 年，中衛(wèi)市城區(qū)空氣質(zhì)量相對(duì)較好，污染天氣日數(shù)為74～94 d，尤以輕度污染為主。城區(qū)秋季污染天氣出現(xiàn)的最少，空氣質(zhì)量良好，冬春污染天氣出現(xiàn)次數(shù)持平，空氣污染較為嚴(yán)重。

（2）2016—2018 年，環(huán)保局站和官橋站的首要污染物主要是PM10，其次為臭氧。沒有CO 和NO2為首要污染物的情況發(fā)生。

（3）官橋站PM10、PM2.5年平均質(zhì)量濃度較環(huán)保局站略高；2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5、PM10年平均質(zhì)量濃度超標(biāo)，其他污染物年平均質(zhì)量濃度沒有出現(xiàn)超標(biāo)情況。

（4）2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)臭氧8 h 季節(jié)平均質(zhì)量濃度為倒V 形，峰值主要出現(xiàn)在夏季；其他5 類污染物季節(jié)平均質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)與之相反。

（5）2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)臭氧8 h 月平均質(zhì)量濃度與其他5 種污染物峰值主要出現(xiàn)在5—9 月份，呈雙峰或單峰結(jié)構(gòu)；其他污染物月平均質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)呈相反的特點(diǎn)。