焚風(fēng)對烏魯木齊冬季大氣污染的影響探析.pdf

1、隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗量的迅猛增加，大氣污染問題日趨嚴(yán)重，尤其是在地形較為復(fù)雜的城市更為突出，發(fā)展態(tài)勢更加嚴(yán)峻。雖然大氣污染的根本原因是過量的污染物排放所致，但不利的大氣擴(kuò)散條件是造成污染濃度變化、甚至是某些大氣污染事件發(fā)生的重要原因，倍受社會關(guān)注。但是像焚風(fēng)等特殊氣象條件對大氣污染影響的研究還鮮有報(bào)道。因此，本文主要針對峽口城市烏魯木齊市的大氣污染問題，采用多站點(diǎn)、多種污染物資料，以及氣象資料（常規(guī)地面、探空觀測數(shù)據(jù)、地面加

2、密觀測網(wǎng)、微波輻射計(jì)、風(fēng)廓線雷達(dá)等），利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和多源資料融合等方法，重點(diǎn)分析了烏魯木齊大氣污染物與焚風(fēng)等氣象條件的關(guān)系，揭示焚風(fēng)等氣象條件對烏魯木齊大氣污染的影響過程與機(jī)制，為該市空氣污染預(yù)報(bào)預(yù)警水平提升、城市發(fā)展規(guī)劃和空氣污染綜合防治提供科學(xué)依據(jù)。主要得出如下結(jié)論：
　?。?）烏魯木齊市PM2.5、PM10和CO等主要污染物平均濃度呈現(xiàn)冬季高、夏季低的特征。該市6類污染物全市平均濃度四季的日變化趨勢較為一致，其主要污染物濃度

3、日變化呈現(xiàn)雙峰型；空間分布四季呈現(xiàn)城中低、四周高的特點(diǎn)，冬季為三級輕度及以上污染級別，但主要污染物濃度為城北高于城南，且有白天由北向南移動的特點(diǎn)，這與污染源、準(zhǔn)噶爾盆地的山谷風(fēng)交替出現(xiàn)及烏魯木齊淺薄型東南風(fēng)的晝夜變化密切相關(guān)。
　　（2）冬季烏魯木齊淺薄型焚風(fēng)出現(xiàn)的頻率很高，對6類污染物（O3除外）濃度變化的影響較大，表現(xiàn)為焚風(fēng)日污染濃度＞冬季平均濃度＞非焚風(fēng)日污染濃度。焚風(fēng)日的氣象特征是東南氣流底部高度較低、氣流頂高較高、氣流厚

4、度較厚，邊界層大氣穩(wěn)定度增強(qiáng)，抑制了污染物正常擴(kuò)散，造成污染加重。6類污染物（O3除外）逐小時平均濃度的日變化、空間分布特征以及三到六級污染等級出現(xiàn)頻率，都表現(xiàn)為焚風(fēng)日高于冬季平均狀況和非焚風(fēng)日平均值，說明焚風(fēng)天氣的出現(xiàn)加劇了烏魯木齊空氣污染程度，導(dǎo)致污染物濃度明顯增大。
　　（3）烏魯木齊大氣最大混合層厚度（MMD）冬季最低（441m）。逐月變化呈單周期型，即冬季1月份最低（394m），夏季6月份最高（2731m）；最大混合層厚

5、度冬季11月～次年2月低于1000m的頻率達(dá)到93.1％，4~9月基本在2000m以上；冬季焚風(fēng)日與非焚風(fēng)日所對應(yīng)的最大混合層厚度都較低，但焚風(fēng)日還要低215m；PM2.5、PM10和CO等污染物濃度與MMD呈指數(shù)關(guān)系，隨著MMD的增加，污染濃度將逐步降低。
　　烏魯木齊逆溫層平均厚度、平均逆溫差為單周期變化。即采暖關(guān)鍵期（12、1、2月）平均厚度較厚，平均逆溫強(qiáng)度冬季在1.13~1.31℃/100m之間，夏季在0.86~0.96

6、℃/100m之間。冬季逆溫層厚度在焚風(fēng)日比非焚風(fēng)日厚282m，逆溫差偏大4.3℃，逆溫強(qiáng)度偏強(qiáng)0.01℃/100m。各種污染物濃度與平均逆溫差呈指數(shù)關(guān)系，隨著逆溫差的增大，污染濃度則明顯升高。
　　烏魯木齊平均風(fēng)速春季最大，冬季最小，因此，冬季空氣污染最嚴(yán)重。平均風(fēng)速逐月變化則為12、1和2月最小，4月最大；日變化呈雙峰特征，表現(xiàn)為下午出現(xiàn)第一峰值，上午呈現(xiàn)第二峰值，夜間為第一谷值，早晨為第二谷值；冬季的平均風(fēng)速都很小，但焚風(fēng)日比

7、非焚風(fēng)日還要小0.1m/s；6類污染物濃度與平均風(fēng)速呈指數(shù)關(guān)系，隨著風(fēng)速的增加，污染濃度將逐步降低。
　　烏魯木齊污染物濃度分別與MMD、逆溫層厚度、逆溫差、平均風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)均通過了α=0.05水平的相關(guān)顯著性檢驗(yàn)；由此建立了各類污染物與氣象因子逐步回歸方程，通過應(yīng)用檢驗(yàn)各級別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率（除個別項(xiàng)目外）為60%以上，其中SO2準(zhǔn)確率達(dá)到68.4%，6類污染物濃度預(yù)報(bào)值與實(shí)際值的相關(guān)系數(shù)均通過了α=0.01水平的相關(guān)顯著性檢驗(yàn)。實(shí)

8、際預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率（除個別項(xiàng)目外）同級別都在60%以上，相差一級為80%以上，O3最高，為100%，表明該預(yù)報(bào)方程有較好的預(yù)報(bào)能力，可為烏魯木齊冬季大氣污染濃度預(yù)報(bào)提供新的技術(shù)支持。
　　（4）2013年2月15-23日烏魯木齊重污染過程是由新疆脊控制下產(chǎn)生的，過程強(qiáng)盛階段PM2.5日平均濃度污染級別達(dá)到6級，且最大PM10和PM2.5濃度分別達(dá)785、543ug/m3；重污染過程中共出現(xiàn)四次低空型東南風(fēng)氣流且風(fēng)速較大，存在顯著的山、谷

9、風(fēng)交替現(xiàn)象，受焚風(fēng)和低空型東南風(fēng)的共同影響地面溫度上升明顯，說明這次污染天氣過程的焚風(fēng)效應(yīng)很強(qiáng)；地面氣壓場呈東高西低，更有利于東南風(fēng)的發(fā)展；東南風(fēng)導(dǎo)致了邊界層逆溫層厚度、強(qiáng)度的增加，抑制了混合層高度的發(fā)展，不利于大氣污染物擴(kuò)散，造成污染物向邊界層下層聚集，導(dǎo)致了嚴(yán)重空氣污染。
　?。?）烏魯木齊焚風(fēng)發(fā)生時，會造成大氣混合層厚度降低、逆溫層厚度增大、逆溫差增大、逆溫強(qiáng)度變強(qiáng)、近地層風(fēng)速減小，從而使得邊界層大氣擴(kuò)散能力減弱，擴(kuò)散條件惡