城市环境污染因子24小时污染状况解析

邵颖慧

（运城市环境保护局空港分局 山西运城 044000）

2000年4月29日第九届全国人民代表大会常务委员会第十五次会议通过中华人民共和国大气污染防治法以来，大气污染越来越被重视。运城市不同月份霾出现的日数明显不同。冬、秋、春三季运城市空气干燥，地面附近的灰尘、汽车尾气难以扩散或稀释，容易导致灰霾天气的出现。灰霾是一种能见度低于10公里的大气浑浊现象。经过长期的监测结果显示，在相当长的时期内，运城市大气能见度一直呈现快速退化的趋势，1957年至2005年间，运城市能见度平均下降了10公里以上，并从市区逐渐向周围快速蔓延，给人民的身体健康造成了非常大的影响。李克强总理在国务院常务会议上提出了一些要求，并且对当前国内的大气污染防治工作给予了高度的评价，而且还部署了十条有效的应对策略。

根据各级政府部门及环保部门的安排，运城市于2003年起逐步安装了环境空气全自动监测系统以及气象观测系统，以此来有效监测环境空气质量、气象要素。2011将两个子站监测项目由三参数扩至六参数，2012年将所子站监测项目由三参数扩至六参数，2013年实行环境空气质量监测实时发布。以同步监测为手段，对城区大气环境污染情况进行24小时监测、统计，以期通过该种方法，找到其中的变化规律，从而为做好空气质量预报、及污染解析提供依据。

1 运城市气象状况概述

1.1 布局与条件

对于运城市区而言，就地理位置上来讲，其地处黄河中游位置，东西北南四个方向上，分别于夏县、永济、万荣与临猗以及平与陆芮城相接壤，是典型的“晋南和晋、陕、豫黄河金三角地区城市；它以贸易、化工、旅游、建材以及教育和加工等行业为基础，是一座综合性的城市。据统计数据显示，当前运城市区总人口超过30万，其总面积仅有30平方千米；气候类型属于温暖大陆季风气候，因此夏季多雨、炎热多雨，而冬季则相对比较干燥、寒冷；运城市年平均温度大约在13.6摄氏度，其中一月份的气温大约在零下2.2摄氏度左右，七月份的气温大约在27.4摄氏度左右，历史上最高温度可达42.7摄氏度、最低气温可达零下-18.5摄氏度，无霜期全年共计206天。据气象部门给出的数据显示，整个运城市的年降水量大约在564毫米左右，多数集中在7至9月份时间段，而且其年平均风速可达每秒2.7米，最大风速可达每秒17米左右，静风频率超过27.5%。

1.2 运城环境空气监测

为了游戏监测运城市区的空气质量状况，在整个运城市区建成了1个控制中心、5个子站。以工业片区、交通片区、商贸、居民片区、学区等各个功能区域为划分标准。每个子站仪器均采用具有国家资质的环境质量监测系统，其中可监测到的污染因子主要包括PM10、PM2.5、NO2、SO2以及CO和O3，同时还建立和完善了自动观测系统，可对气压、气温、风速以及风向和相对湿度等因素进行全面的监测。

2 污染物及气象要素实时变化研究

基于同步监测数据的统计、分析，可将PM10、SO2以及CO和O3等污染因子、气温、风向、气压以及风速和相对湿度在某一时间段的平均值计算出来，然后绘制出一副环境污染因子均值变化图（如图1所示）。从浓度值代表该时刻，到后一小时的小时均值、气象要素小时均值变化曲线图如图2和图3所示。

图1 污染因子小时均值变化曲线图

从图1中可以看到，运城市区空气污染物中的PM10变化规律是：早晨大约8至10点这一时间段污染最为严重，而11点过后就会渐渐地减轻；下午l6时，其浓度会降到最低点，而晚上18点以后，空气污染物的浓度又会加重，直到夜间2l至23点，全天污染最为严重的峰值浓度出现了；从0点-7点，这一时间段为全天浓度次低值，此时污染程度比较轻。

由图l可知，SO2在一天内的变化规律、PM10的变化规律，二者基本相同，最大的区别在于污染峰值提前了，而且持续的时间相对也比较短一些，污染最重的时间是上午的8点到10点，污染最轻的时间是16时。由此可见，SO2这类污染物的空气浓度变化范围相对较大一些。

对于NO2这类污染物而言，其每天会出现两个峰值，主要在上午的8时左右、2l点左右，该污染物浓度最低时段大约在14至16点之间。从NO2这类污染物的空气浓度小时值来看，全年统计结果显示没有超标（二级标准）的日均浓度极限值为每立方米0.12毫克。

基于以上分析，笔者认为三类污染因子均在上午时段浓度最大、污染最为严重，而夜间次之，只有在下午时段，其污染程度才是最轻。对于污染物而已，其日内变化规律非常的明显，之所以会出现这一现象，主要成因如下：

2.1 人为因素

据调查发现，运城市区市民活动呈现出一定的规律性，日夜变化似乎暗合着一定的规律，比如日间活动强度相对较大一些，而夜间活动频率不高。具体而言，上午7时至9时、下午18时，为运城市区上下班人流、车流高峰期，此时的空气污染物浓度非常的大。实践中，因监测位置与城市交通干线之间存在着一定的距离，而且环境空气中的污染物浓度表现出一定的滞后性，尤其是PM10、SO2以及NO2等，上、下午时间内出现相对峰值，这说明该市居民活动量对空气环境质量会产生一定程度的影响。近年来，运城夜间作业、居民活动也表现出一定的特点，即建筑行业施工、生产以及生活锅炉运行过程中，会产生一定的生活污染气体和悬浮颗粒，人为活动量明显增多，导致污染物大量排放，加之夜间的温度相对较低，不利用污染物的沉淀、消除，因此夜间污染物浓度明显提高。

2.2 混合层、逆温层日内演化

在夜间时间段，因地表面受到长波的辐射，温度持续下降；对于近地面而言，大气会随之逐渐的冷却下来，上层空气温度通常比较高一些，因此形成了近地面辐射逆温层，此时大气层趋于一种相对稳定的状态。在夜间时间段，由于居民的夜生活强度非常的小，很少产生污染物，因此污染也非常的轻。拂晓以后，太阳辐下的地表温度会逐渐升高，而且夜间形成了逆温层破坏提升，从而形成下部对流混合，影响了污染物的快速扩散。日间运城市民活动强度相对较大，污染物也会不断的增加，导致地面污染物浓度持续升高。该种状态一直持续一上午时间，以致于污染程度相对较重；而午后时间段污染物会在垂直方向扩散，降低污染。

2.3 风因素

对于混台层、逆温层而言，其日内全时段演化过程中，最为主要的影响因素是污染物是否在垂直方向上能够有效的扩散。在此过程中，风速大小决定着污染物水平扩散速率；因运城市平均风速非常的小，小风和静风频率相对较高，所以通常情况下染物水平方向上很难见到扩散效果。实践中可以看到，随着风速的不断增大，空气污染物可得到有效的解决和稀释，随之迅速移至下风向位置，所以水平风速决定着污染物扩散能力。从图2中可见，平均风速在15至17时可达到每天的最大值，这说明该时段空气污染物扩散速率相对大一些，促使污染浓度降低。

图2 风速

2.4 相对湿度分析

运城市市区空气相对湿度增大时，有利于水汽凝结在空中悬浮颗粒物之上，特别是大气环境相对稳定的条件下，可能会有雾出现。在大雾天气，各类空气污染物，尤其是PM10、PM2.5的浓度会非常的高。通过监测观察发现，大雾天气条件下，三个子站的上述污染物浓度会普遍的偏高，API指数也会随之增大，污染水平交稿。从上图3分析研究，早上和午后两个时间段，相对湿度分属最高、最低值。

图3 湿度

3 气温日较差、污染物日均污染浓度之间的关系分析

对于运城市区而言，因其地处位置在中条山脚下一个盐池盆地周围，所以其平均风速相对的小，空气污染在垂直方向上可以有效的得以扩散。笔者认为运城市区的气温日较差天气晴朗程度气象要素可用以描述污染物垂直扩散强度。晴朗天气条件下，天空的云量会非常的少，而夜间少云天空条件下，不会影响地表辐射降温；直到清晨时段，气温会逐渐降低到最低值；在太阳出来以后，光照直达地面，此时底层空气会被加热，促使气温在午后达到一个相对较高的水平，并且导致日较差较大。同样，日间光照较强，清晨地表被迅速加热，空气垂直对流旺盛，逆温层在较短时圈内消失，早上至上午重污染时段缩短，污染物在垂直方向上能够及时得到扩散，污染物日均浓度值较低。空气污染物在垂直方向上难以有效扩散，污染程度相对较重一些。

据同步监测信息统计分析发现，如果将雨雪日、风速超过每秒2米的时间统计数据删除，就PM10以及SO2和NO2的日均浓度、气温日较差之间的关系进行分析。气温日较差不断增大的同时，各类污染因子的日均浓度值会逐渐的下降。实践中可以看到，气温日较差、逆温层以及混合层和风速等气象资料比较方便观测、预报，因此日后的空气污染情况预报过程中，建议采用气温日较差作为表征污染物在垂直方向扩散强度的气象因子参与计算。

4 研究结论与建议

4.1 研究结论

4.1.1 基于对运城市区空气污染、气象要素实时变化分析，其日内污染上午最重，夜间次之，而下午时段最轻。

4.1.2 上述问题的成因既包括人为因素，同时也有相关气象因素。其中人为因素表现在居民日间活动强度比夜间大；而气象因素则由混合层、逆温层日夜演变以及相对湿度等因素构成。

4.1.3 对于发展运城而且，在某一个时段的空气污染物浓度表现非常的突出。主要与该地区个别行为活动有关，如工地施工、夜市等等。

4.2 建议

4.2.1 应积极开展植树造林、退耕还林、封山育林，禁止私采乱挖、破坏植被，减少裸露地面，改善生态环境。因为树木花草不但可以防风抑沙、覆盖地面、涵养水源、减少扬尘，而且还可以吸附扬起的尘土。

4.2.2 应加强城市建设中扬尘等污染物监测、防治、预警。

4.2.3 快农业现代化建设步伐，调整农业产业结构，改进耕作方法（机械收割、秸秆还田、节水喷灌、大棚种植、规模养殖……），农村环境连片整治（沼气工程、固废集中处理、道路硬化、绿化美化……），以改变运城市周边农村对城市环境压力。

4.2.4 加大污染减排工程建设和投运力度（工业企业脱硫、脱硝、消烟、除尘）；搞好循环经济建设（固废综合利用，固废制砖、制水泥……）；工业生态园建设（上一企业的废物是下一企业的原料，园内自身循环，3R原则），改变城市周边工业园、企业对城市环境压力。

4.2.5 实行机动车尾气检测、贴标制度，限期治理制度；淘汰黄标车辆，规划黄标车限行区域（城市范围内）；实施油品升级制度；治理超速超载，提倡绿色出行，多使用公共交通。