利用天津市环境监测资料及气象观测资料,对2016年12月中旬天津市重污染天气过程污染特征进行分析,结果表明,该次重污染天气过程污染程度重、持续时间长及细颗粒物浓度高,主要是在弱气压场、静风及高湿等不利气象条件下,污染物区域传输及本地污染物排放累积,同时在大气化学反应的作用下,污染物的二次反应共同导致。后向轨迹分析表明,污染气团主要来自西南方向,可能是从河南省中北部地区携带了大量污染物,并且移动速度缓慢,造成天津市较为严重的污染天气。 Based on the environmental monitoring data and meteorological data in Tianjin, the pollution characteristics of a heavy air pollution process occurred in mid December 2016 in Tianjin were analyzed; the results show that the heavy pollution process of heavy pollution levels, long duration and high concentration of fine particulate matter, mainly in the weak pressure, static wind and high humidity and other adverse weather conditions by the regional transportation of pollutions and local pollutant emissions, and the action of the two reactions of pollutants in the accumulation of atmospheric chemical reactions caused at the same time. The backward trajectory analysis shows that the pollution air masses mainly come from the southwest direction, it might carry a lot of pollutants from the middle and northern part of Henan province and moves slowly, which causes severe pollution weather in Tianjin.
李丹,刘彬*,孔君,郭瑞,白宇,徐虹
天津市环境监测中心,天津
收稿日期:2018年4月6日;录用日期:2018年4月21日;发布日期:2018年4月28日
利用天津市环境监测资料及气象观测资料,对2016年12月中旬天津市重污染天气过程污染特征进行分析,结果表明,该次重污染天气过程污染程度重、持续时间长及细颗粒物浓度高,主要是在弱气压场、静风及高湿等不利气象条件下,污染物区域传输及本地污染物排放累积,同时在大气化学反应的作用下,污染物的二次反应共同导致。后向轨迹分析表明,污染气团主要来自西南方向,可能是从河南省中北部地区携带了大量污染物,并且移动速度缓慢,造成天津市较为严重的污染天气。
关键词 :重污染天气过程,后向轨迹,天津
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近年来,我国大气污染形势十分严峻,大范围、长时间、高浓度的连续雾霾及重污染天气过程频有发生,严重影响了大气能见度 [
本研究以2016年12月天津市及其周边城市一次重污染天气过程为例,从区域污染特征、气象条件及污染气团后向轨迹变化等多个方面探讨此次重污染过程,对进一步认识天津市重污染天气成因具有重要意义,为政府更为科学、有效的采取应急预警措施提供决策依据。
本研究根据全国城市空气质量实时发布平台各城市AQI及2016年12月15日至22日天津市环境监测数据,整理天津市主要污染物及气象要素逐小时数据,判定区域污染形势及重污染天气过程中污染物的特征和变化趋势;利用HYSPLIT Trajectory Model对天津市12月15日至22日每天24时进行后推48小时气团来向进行模拟,计算和分析污染气团运动轨迹,判定重污染日气团的来源、输送、扩散和沉降过程。
为了解此次重污染天气过程前后天津市及周边城市京津冀区域污染状况,本研究对2016年12月15日至22日京津冀区域主要城市AQI日变化进行分析(见图1)。15日,石家庄AQI大于200,保定AQI大于100,其余城市空气质量较好。16日京津冀区域空气质量整体转差,直至22日下午,受冷空气影响,区域空气质量好转,此期间京津冀主要城市分别出现了连续5至7天的重污染天气过程。从城市AQI日变化看出,天津市空气质量在京津冀区域处于较好水平,北京最好,石家庄、保定、廊坊、唐山和沧州污染相对较重。由此可知,该次污染是一次典型的区域污染过程,污染程度重,持续时间长,可能主要是受到不利气象条件影响。
从污染物浓度和气象要素小时变化看(见图2),12月15日至22日六项污染物浓度均随气象条件变化呈现出较为一致的变化规律,其中PM2.5和PM10日均浓度变化幅度最大,是该次重污染过程的主要污染物,PM2.5小时浓度高达381 μg/m3。16日8时PM2.5和PM10浓度开始明显上升,天津市空气质量由良转为重度污染。17日至18日受弱气压场、小风力、高湿度影响,污染物迅速累积。19日至20日,天津市湿度过饱和,颗粒物浓度有所下降,但整体扩散条件仍较差,污染物始终处于重度至严重污染水平。21日,天津市受东北方向区域传输影响,污染物再次累积。22日,天津市受早间较强冷空气影响,各项污染物浓度逐渐下降,空气质量逐步改善。与15日非污染日相比,16至22日污染日天津市SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO浓度平均分别上升19.2%、72.6%、180.2%、257.1%和260.3%。此外,污染日期间污染物呈现为明显的单峰分布特征。
SO 4 2 − 、 NO 3 − 、 NH 4 + 主要是由气态污染物向颗粒态转化生成的二次产物,
图1. 12月15日至22日天津市及周边城市AQI
图2. 12月15日至22日天津市六项污染物浓度及气象要素小时变化
图3. 12月15日至22日天津市主要水溶性离子以及
于指示大气中机动车尾气排放与煤、石油燃烧污染源 [
污染物排放水平和气象扩散条件是影响城市大气环境质量的两个主要因子。在污染物排放水平一定的情况下,空气污染与气象条件有着非常紧密的关系 [
利用HYSPLIT Trajectory Model对天津市12月15日至22日每天24时进行后推48小时气团来向进行模拟(见图4),可以看出:15日至18日,气团主要来自西南方向,河南省中北部地区,且移速随时间推移而降低,有利于污染物在河北省的堆积,并缓慢推移至天津,与天津本地污染物叠加,形成污染峰值;从气团高度轨迹线上看,在京津冀区域均处于低层,且垂直方向气团交换不明显,污染物传输以近地面传输为主;19日至20日,气团虽然来自北方,但其在越过燕山山脉后,移动速度和气团高度迅速降低,对本地积累的污染物清除作用有限;21日,偏西西南方向气团在跨过太行山脉后从北方进入天津市,但其移动速度在跨过太行山脉后也迅速降低,清除作用有限;22日,受西北路径强冷空气影响,本次污染过程结束。
1) 2016 年12月15日至22日天津市出现典型重污染天气,污染程度重、持续时间长及细颗粒物浓度高,同时京津冀区域其他主要城市的空气质量均较差,尤其是石家庄和保定,是一次典型的区域性重污染天气过程。
2) 主要污染物浓度和气象要素的小时变化表明,2016 年12月15日至22日天津市重污染天气主要是在弱气压场、静风及高湿等不利气象条件下,区域传输及本地污染物排放累积,同时在大气化学反应
图4. 12月15日至22日天津市重污染天气过程后向轨迹分析
的作用下,污染物的二次反应共同导致,这与之前相关研究中重污染天气的成因可能有所不同。
3) 后向轨迹分析表明,2016 年 12月15日至22日天津市重污染天气过程中污染气团主要来自西南方向,可能是从河南省中北部地区携带了大量污染物,并且移动速度缓慢,造成天津市较为严重的污染天气。
李 丹,刘 彬,孔 君,郭 瑞,白 宇,徐 虹. 天津市一次重污染天气过程污染特征分析 Analysis of Pollution Characteristics of a Heavy Air Pollution Process in Tianjin[J]. 环境保护前沿, 2018, 08(02): 160-167. https://doi.org/10.12677/AEP.2018.82020