PDF《北京地区夏末秋初气象要素对 犘犕2.》

蒲维维, 赵秀娟 , 张小玲.

北京地区夏末秋初气象要素对 PM2. 5污染的影响. 应用气象学报,

2 0

1 1,

2 2 (

6 ) :

7 1

6

7 2 3. 北京地区夏末秋初气象要素对2. 5污染的影响 蒲维维 赵秀娟 张小玲 ( 中国气象局北京城市气象研究所, 北京

1 0

0 0

8 9 ) 摘要利用北京宝联站及北京上甸子大气本底站2

0 0 6―2

0 0 8年的7―9月PM2. 5连续观测资料以及北京市观象台的 探空数据、 海淀气象站的风廓线雷达和降水量等资料, 对北京地区夏末秋初 PM2. 5的质量浓度特征及其与气象要素 的关系进行了统计分析.结果表明: 城区站各月平均 PM2. 5质量浓度明显高于郊区站, 高空偏南气流的输送是造成 城区及本底地区出现细颗粒物污染的主要原因.从地面风速来看, 城区当北风和南风分别达到2m・s -1 和3. 5m・ s -1 以上时能起到扩散作用;

郊区在低风速的北风条件下也能起到扩散和稀释作用, 而南风基本上对郊区的颗粒物 无扩散作用.PM2. 5质量浓度在降水前后的清除量与降水量、 初始质量浓度均呈正相关关系, 城区及郊区的云下清 除过程更多取决于降水前污染物的浓度, 降水量作用较弱.当混合层高度突破1

5 0 0m 时, 垂直扩散对污染物的稀 释扩散效果明显. 关键词: PM2. 5;

风向;

风速;

降水;

混合层高度 引言空气动力学直径小于2. 5μ m 的气溶胶粒子称 为PM2. 5, 它是大气颗粒物中粒径较小的部分, 又称 为细粒子.PM2. 5通过直接或间接散射太阳辐射, 影 响地面的能量收支平衡, 同时, PM2.

5 的高散射效率 是造成大气能见度剧烈下降的主要影响因子之一, 其质量浓度增加能显著降低大气能见度[

1 2] ;

PM2.

5 作为各种光化学反应的载体, 促进城市大气光化学 反应的发生, 其对环境的污染及对人体健康的危害 在颗粒物中尤为突出[

3 4] , 因此, 对PM2. 5的研究越来 越受到重视.北京作为北方最大的城市群― ― ―京津 冀地区的重要组成部分, 自2 0世纪9 0年代以来城 市建筑面积逐年增加, 城市交通尤其是汽车数量的 迅速增长, 导致来自于气粒转化的二次颗粒物污染 特征逐渐突出, 北京地区的气溶胶污染特征也发生 了变化, PM2. 5已经成为北京最主要的污染物[

5 ] .近 些年 来, 我国学者对城市PM2.

5 的研究主要包括PM2. 5化学组成、 特征及来源分析[

6

9 ] , PM2.

5 对酸雨 的影响[

1 0] , PM2.

5 对能见度的影响[

1 1 ] , PM2.

5 的质量 浓度特征及其与气象条件的关系[

1 2

1 5] 等方面.以往 对气象条件与 PM2. 5质量浓度关系方面的研究大多 集中于风速、 相对湿 度、 气压、 气温 等要 素对PM2.

5 质量浓度的影响, 缺少从水平输送、 局地环流、 垂直 扩散和降水清除等方面进行全面讨论, 特别是利用 小时降水量分析降水清除作用的工作较少.考虑到 6月北京地区周边地区多秸秆燃烧 事件[

1 6

1 8 ] , 其对 颗粒物质量浓度的影响较大, 而9月仍为北京的汛 期, 有利于分析降水对 PM2. 5的清除作用, 所以利用 北京城区和郊区两个站点2

0 0 6―2

0 0 8年的7―9月 连续观测的 PM2. 5质量浓度资料与气象要素资料对 北京地区 PM2.

5 的污染特征进行分析, 初 步揭示夏 末秋初气象要素对 PM2. 5质量浓度的影响规律.

1 资料分别 选取北京宝联站(城区站)(39°56′N,

1 1

6 °

1 7 ′ E, 海拔高度为7 5. 0m) 和北京上甸子区域大 气本底站( 郊区站) (

4 0 °

3 9 ′ N,

1 1

7 °

0 7 ′ E, 海拔高度为

2 0

1 1

0 3

2 9收到,

2 0

1 1

0 8

1 5收到再改稿. 资助项目: 城市气象科学研究基金项目( UMR F

2 0

0 8

0 5 ) , 北京市自然科学基金项目(

8 0

9 2

0 1

0 ) , 公益性行业( 气象) 科研专项( GYHY

2 0

0 8

0 6

0 2

7 ) E m a i l : x j z h a o @ i u m. c n 第2 2卷第6期2011年1 2月应用气象学报JOUR NA LO FA P P L I E D ME T E O R O L O G I C A LS C I E N C E V o l .

2 2,N o .

6 D e c e m b e r2

0 1

1 2

9 3. 9m) 资料.北京宝联站位于北京西三环和西 四环之间的宝联体育公园内.宝联站自2

0 0 4年8 月起 使用美国R&

P 公司生产的1400aTEOM ( T a p e r e dE l e m e n tO s c i l l a t i n g M i c r o b a l a n c e) 仪器观测 PM2. 5的质量浓度, 该仪器每周检查1 次流量 和滤膜负载率, 当滤膜负载率超过

3 0% 时, 即进行 更换.采集的数据为5m i n 平均的 PM2. 5质量浓度. 北京上甸子区域大气本底站是世界气象组织区域大 气本底观测站之一, 也是代表京津冀经济圈区域的 大气成分本底国家野外站, 该站位于北京市东北部 的密云县高岭镇上甸子村, 距北京市区直线距离约

1 0 0k m.上甸子站观测 PM2. 5所用仪器以及业务观 测方法与宝联站相同. 分析所用资料包括2

0 0 6年、

2 0

0 7年和2

0 0 8年 每年的7月1 日―9月3 0日宝联站及上甸子站的 5m i n 平均 PM2. 5质量浓度资料、 北京市观象台的探 空数据、 海淀气象站和上甸子站的小时降水量以及 海淀气象站的风廓线雷达资料.

2 气象要素对 PM2. 5污染的影响 2.

1 北京地区 2. 5质量浓度变化特征 表1 给出了北京市2006―2

0 0

8 年7―9 月的PM2. 5质量浓度月平均统计值.从表1可以看出, 城 区站各月平均P M 2. 5质量浓度明显高于郊区站, 质量 浓度差为4 . 4~3

4 . 6μ g・m-3 .2

0 0

6 ―2

0 0 8年夏末 秋初, 宝联站及上甸子站 P M 2. 5质量浓度月平均值分 别为48.9~9

7 . 8μ g・m-3 ,

3 3 . 9~6

3 . 5μ g ・m-3 . 从各月 PM2. 5质量浓度分布来看, 宝联站及上甸子 站在2

0 0 6年7―9月PM2. 5月平均质量浓度比较接 近;

而2

0 0 7年7月两站的 PM2. 5质量浓度为9个月 中最高值, 8月两站的质量浓度明显降低, 同时上甸 子站8月PM2.

5 质量浓度是观测期间的最低值, 这 种明显的质量浓度变化主要是气象条件改变造成 表1

2 0

0 6―2

0 0 8年7―9月 2. 5质量 浓度统计( 单位: μ ・-3)

1 镒遄镒 2.

5 锢 樽2

0 0 6―2

0 0

8 ( 踝:μ纭-3) 时段

2 0

0 6年2007年

2 0

0 8年 宝联 上甸子 宝联 上甸子 宝联 上甸子 7月74.

5 5 5.

6 9 7.

8 6 3.

5 8 0.

8 5 3.

3 8月76.

7 5 3.

2 6 3.

0 3 4.

6 5 2.

1 4 7.

7 9月73.

2 4 7.

0 7 3.

4 4 5.

6 4 8.

9 3 3.

9 平均

7 4.

8 5 1.

9 7 8.

1 4 7.

9 6 0.

6 4 5.

0 的.对比于前两年同期,

2 0

0 8年夏末秋初的 PM2.

5 平均质量浓度有所下降, 其中8月和9月质量浓度 下降明显, 这一方面要归因于北京奥运会前后北京 及周边省市采取的污染控制措施, 有效降低了区域 内的整体污染物质量浓度水平, 此外, 有利于污染物 扩散清除的气象条件也起到了重要作用. 2.

2 水平输送与扩散对北京地区 2.

5 质量浓度 的影响 已有研究结果表明[

1 9] , 北京与周边地区的大气 污染物相互输送和交换, 而影响污染物输送量和扩 散效果的主要因子为风向和风速.考虑到1

5 0 0m 高度为大气污染物的主要运输高度[

2 0] , 因此本研究 对1

5 0 0m 高度上的风向、 风速进行 统计分析.该 层处于边界层以上, 受局地地形和大气污染的影响 较小, 能较好地代表污染物输送的影响.本文在剔 除降水日的基础上, 利用2

0 0 6―2

0 0 8年7―9月北 京市观象台每日0 8:

0 0( 北京时, 下同) 及2 0:

0 0 的 探空数据配以相应时段 PM2. 5小时质量浓度值绘制 了风向玫瑰图( 图1 ) . 通过对比1

5 0

0 m 高度不同风向对 PM2.

5 质量 浓度变化的影响可以发现, 宝联站在西南风、 南风作 用下 PM2. 5质量浓度较高, 分别达到9 8. 6μ g・m-3 和9 0. 1μ g ・m-3 ;

其次为东风、 东南风及西风, 质量 浓度值 分别为87. 3μ g・m-3 ,

8 2. 7μ g・ m-3 和87. 3μ g ・m-3 ;

其余风 向的 质量 浓度 值较低, 最低为北 风, 质量浓度值为52. 5μ g・ m-3 . 说明当1500m 高度........