摘要：為有效防控宜昌地區(qū)大氣污染，采用宜昌地面氣象降水?dāng)?shù)據(jù)和市生態(tài)環(huán)境局發(fā)布的2021年1月4日宜昌一次增雨前后環(huán)境空氣污染物大氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析宜昌24 h降水對(duì)空氣污染指數(shù)的影響，以及實(shí)施人工增雨作業(yè)對(duì)城市空氣質(zhì)量的改善情況。選取主要大氣污染物PM2.5，PM10，O3，NO2，SO2，CO為研究對(duì)象，針對(duì)增雨前后的大氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析空氣污染指數(shù) （API）。對(duì)宜昌地區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響進(jìn)行研究，探索了利用人工增雨對(duì)宜昌城區(qū)污染性天氣進(jìn)行治理的可行性。結(jié)果表明：此次人工增雨是在宜昌城區(qū)出現(xiàn)重污染天氣的時(shí)期進(jìn)行，增雨前PM 2.5小時(shí)濃度上升至接近嚴(yán)重污染級(jí)別，增雨后PM 2.5濃度緩慢下降，增雨作業(yè)對(duì)改善空氣質(zhì)量效果明顯。研究成果可為今后人工增雨改善空氣質(zhì)量作業(yè)提供參考。

關(guān)鍵詞：污染性天氣； 人工增雨作業(yè)； 降水量； 改善空氣質(zhì)量； 宜昌市

中圖法分類(lèi)號(hào)：P481;X51

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S1.017

文章編號(hào)：1006-0081（2024）S1-0061-04

0 引 言

大氣污染是目前最受關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一。中國(guó)很多城市都開(kāi)展了控制大氣污染排放的措施，氣象條件是影響空氣質(zhì)量的重要因素，國(guó)內(nèi)外已有很多學(xué)者就氣象條件與城市空氣污染的關(guān)系進(jìn)行了研究，取得了較大進(jìn)展［1-2］。王艷秋等［3］分析了哈爾濱地區(qū)降水對(duì)大氣污染物濃度稀釋影響，發(fā)現(xiàn)春季降水對(duì)污染物濃度影響較大，降水對(duì)PM10有較大的稀釋作用；李瑞等［4］研究發(fā)現(xiàn)烏魯木齊地區(qū)不同等級(jí)降雨的清除能力大小排序?yàn)榇笥?、小雨、中雨、微雨。陳小敏等?］分析重慶主城區(qū)人工增雨對(duì)空氣質(zhì)量的影響，指出重慶在冬半年開(kāi)展人工增雨作業(yè)后，可以讓城市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)平均增加34～62 d。

大氣中污染物清除的同時(shí)，新的污染物又不斷進(jìn)入大氣，因此大氣質(zhì)量處于動(dòng)態(tài)平衡。大氣中很多污染氣體或溶于水，或在大氣條件下變成氣溶膠粒子。大氣清除過(guò)程可分為干清除與濕清除過(guò)程兩大類(lèi)。干清除過(guò)程指污染物粒子重力沉降，風(fēng)場(chǎng)在清除污染物的過(guò)程中，將被污染的空氣搬運(yùn)到清洗區(qū)，同時(shí)將經(jīng)過(guò)沉降及清洗后的干凈空氣送往污染區(qū)。而濕清除過(guò)程主要指云雨不停吸收與沖刷大氣中可溶氣體及氣溶膠，云雨帶氣流上升，低層四周氣流向云中輻合，從而將低層四周的氣溶膠輸送到云雨區(qū)清洗。

人工增雨指在自然冰晶不足的冷云中播撒干冰、碘化銀等催化劑，產(chǎn)生大量人工冰晶，促進(jìn)降水發(fā)生。同時(shí)由于冰晶凝華潛熱的釋放，可以使云體溫度提高，促進(jìn)上升氣流的發(fā)展，進(jìn)一步加強(qiáng)成云降雨的過(guò)程［6］。由于降水對(duì)大氣污染濃度有較大影響，人工增雨可以提高云層的降水效率，增加降雨量和降雨時(shí)間，從而使降落的雨滴能更持久地對(duì)大氣污染物進(jìn)行清洗。因此，人工增雨將成為改善空氣質(zhì)量的重要手段之一。本文結(jié)合宜昌地區(qū)氣象及空氣污染資料，選取主要大氣污染物PM2.5，PM10，O3，NO2，SO2，CO為研究對(duì)象，分析降水與空氣污染之間的關(guān)系及宜昌24 h降水對(duì)空氣污染指數(shù)的關(guān)系和影響，以及實(shí)施人工增雨作業(yè)對(duì)城市空氣質(zhì)量的改善情況。

1 資料來(lái)源

1.1 研究區(qū)域概況

宜昌市位于湖北省西南部、長(zhǎng)江中下游分界處，“上控巴蜀，下引荊襄”，地跨東經(jīng)110°15′～112°04′、北緯29°56′～31°34′，國(guó)土面積為2.1萬(wàn)km2，是典型的亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，四季分明，水量豐富。2022年，全市戶(hù)籍人口為405.97萬(wàn)人，實(shí)現(xiàn)國(guó)民生產(chǎn)總值4 261.4億元，因三峽大壩建設(shè)而被譽(yù)為“世界水電之都”［7］。由于宜昌市東西高差大，長(zhǎng)江穿越其間，形成了自西部山地向東部平原開(kāi)口的“喇叭口”地形。受此特殊地形影響，宜昌地區(qū)主要大氣污染物為PM2.5，PM10和O3［8］。針對(duì)這一特點(diǎn)，對(duì)2022年1月4日人工增雨對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境空氣質(zhì)量的影響進(jìn)行研究，探索人工降雨對(duì)宜昌城區(qū)污染性天氣進(jìn)行治理的可行性。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

2021年12月31日開(kāi)始，宜昌市空氣質(zhì)量由優(yōu)良轉(zhuǎn)差，連續(xù)120 h空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）在100 μg/m3以上，最高達(dá)到226 μg/m3，屬重度污染天氣。宜昌市啟動(dòng)污染天氣應(yīng)對(duì)預(yù)案，2022年1月4日宜昌市氣象局實(shí)施了一次以改善空氣質(zhì)量為目的冬季人工增雨作業(yè)，本文利用宜昌市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)、國(guó)家氣象站地面氣象資料、區(qū)域自動(dòng)站降水資料，對(duì)此次作業(yè)進(jìn)行了綜合分析，以期為后期開(kāi)展人工增雨改善空氣質(zhì)量活動(dòng)提供參考。

2 作業(yè)實(shí)施情況

由于2021年12月31日起宜昌市空氣質(zhì)量持續(xù)轉(zhuǎn)差，2022年1月3日下午，宜昌市大氣重污染應(yīng)急指揮部啟動(dòng)了重污染天氣黃色預(yù)警，為改善空氣質(zhì)量，需根據(jù)天氣情況適時(shí)開(kāi)展人工增雨作業(yè)。宜昌市人工影響天氣辦公室（人影辦）密切關(guān)注天氣變化，與氣象臺(tái)開(kāi)展天氣會(huì)商分析研判，做出“2022年1月3日夜間至4日夜間，全市有一次降水過(guò)程，具備人工增雨作業(yè)條件”的預(yù)報(bào)。根據(jù)天氣會(huì)商意見(jiàn)，4日市人影辦抓住最佳作業(yè)時(shí)機(jī)利用地面遠(yuǎn)程遙控撒播系統(tǒng)先后在夷陵、秭歸、長(zhǎng)陽(yáng)等地開(kāi)展作業(yè)，共消耗焰條30根；夷陵、五峰、宜都、興山、長(zhǎng)陽(yáng)、秭歸等地抓住最佳作業(yè)時(shí)機(jī)利用地面火箭積極開(kāi)展作業(yè)，消耗火箭彈21枚。

3 2022年1月4日降水實(shí)況

2022年1月4日夜間至5日夜間，宜昌市北部出現(xiàn)小雨，南部小到中雨，局部中雨。據(jù)自動(dòng)雨量站網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，1月4日00∶00至5日00∶00，全市累計(jì)雨量≥5 mm的有290站，累計(jì)雨量≥10 mm的有84站，累計(jì)雨量≥15 mm的有22站，最大雨量為19 mm，出現(xiàn)在五峰的清水灣和石柱山。這期間宜昌市累計(jì)雨量見(jiàn)圖1。

4 改善效果

2022年1月3～5日宜昌市空氣質(zhì)量指數(shù)AQI分別為202，226，127 μg/m3。此次增雨帶來(lái)的降雨時(shí)段為1月4日00∶00至5日00∶00，主要集中在1月4日。增雨前（1月3日01∶00至1月4日00∶00），小時(shí)AQI在145～295 μg/m3之間，均值196 μg/m3；增雨后（1月4日01∶00至1月5日00∶00），小時(shí)AQI在160～291 μg/m3之間，均值為223 μg/m3。從小時(shí)AQI看，增雨前空氣質(zhì)量在逐漸變差，增雨后空氣質(zhì)量在緩慢改善，但改善速度較慢，至1月4日16∶00才脫離重度污染范圍。增雨前后小時(shí)AQI見(jiàn)圖2。

從監(jiān)測(cè)項(xiàng)目來(lái)看，PM10和PM 2.5在增雨前迅速上升，其中PM 2.5小時(shí)濃度上升至接近嚴(yán)重污染級(jí)別，增雨后顆粒物濃度緩慢下降（圖3）。其中，PM10于2022年1月4日20∶00開(kāi)始降至國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)日濃度限值以下，PM 2.5始終維持在二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以上。

對(duì)比增雨前后宜昌主城區(qū)各項(xiàng)環(huán)境空氣污染物濃度小時(shí)值，取增雨前、后各24 h均值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)增雨后，僅臭氧和氮氧化物下降，包括PM 2.5在內(nèi)的其他污染物均上升或持平（表1）。

5 結(jié) 語(yǔ)

本次人工增雨是在宜昌城區(qū)出現(xiàn)重污染天氣的時(shí)期進(jìn)行的，增雨前PM 2.5小時(shí)濃度上升至接近嚴(yán)重污染級(jí)別，增雨后PM 2.5濃度緩慢下降，說(shuō)明降雨對(duì)空氣質(zhì)量的改善明顯。

需要說(shuō)明的是，受雨量較小以及降雨范圍不均衡等因素的影響，增雨后，空氣質(zhì)量改善速度較慢，導(dǎo)致增雨后24 h AQI均值（以及PM 2.5等污染物濃度）相較于增雨前高。從較長(zhǎng)的一段時(shí)間看，增雨結(jié)束后，2022年1月5日空氣質(zhì)量改善為輕度污染（AQI為127 μg/m3），2022年1月6日繼續(xù)改善為良（AQI為77 μg/m3）。

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