论文部分内容阅读
随着我国经济的快速发展,能源消耗量的迅猛增加,大气污染问题日趋严重,尤其是在地形较为复杂的城市更为突出,发展态势更加严峻。虽然大气污染的根本原因是过量的污染物排放所致,但不利的大气扩散条件是造成污染浓度变化、甚至是某些大气污染事件发生的重要原因,倍受社会关注。但是像焚风等特殊气象条件对大气污染影响的研究还鲜有报道。因此,本文主要针对峡口城市乌鲁木齐市的大气污染问题,采用多站点、多种污染物资料,以及气象资料（常规地面、探空观测数据、地面加密观测网、微波辐射计、风廓线雷达等）,利用数理统计和多源资料融合等方法,重点分析了乌鲁木齐大气污染物与焚风等气象条件的关系,揭示焚风等气象条件对乌鲁木齐大气污染的影响过程与机制,为该市空气污染预报预警水平提升、城市发展规划和空气污染综合防治提供科学依据。主要得出如下结论:（1）乌鲁木齐市PM2.5、PM10和CO等主要污染物平均浓度呈现冬季高、夏季低的特征。该市6类污染物全市平均浓度四季的日变化趋势较为一致,其主要污染物浓度日变化呈现双峰型;空间分布四季呈现城中低、四周高的特点,冬季为三级轻度及以上污染级别,但主要污染物浓度为城北高于城南,且有白天由北向南移动的特点,这与污染源、准噶尔盆地的山谷风交替出现及乌鲁木齐浅薄型东南风的昼夜变化密切相关。（2）冬季乌鲁木齐浅薄型焚风出现的频率很高,对6类污染物（O3除外）浓度变化的影响较大,表现为焚风日污染浓度>冬季平均浓度>非焚风日污染浓度。焚风日的气象特征是东南气流底部高度较低、气流顶高较高、气流厚度较厚,边界层大气稳定度增强,抑制了污染物正常扩散,造成污染加重。6类污染物（O3除外）逐小时平均浓度的日变化、空间分布特征以及三到六级污染等级出现频率,都表现为焚风日高于冬季平均状况和非焚风日平均值,说明焚风天气的出现加剧了乌鲁木齐空气污染程度,导致污染物浓度明显增大。（3）乌鲁木齐大气最大混合层厚度（MMD）冬季最低（441m）。逐月变化呈单周期型,即冬季1月份最低（394m）,夏季6月份最高（2731m）;最大混合层厚度冬季11月次年2月低于1000m的频率达到93.1%,49月基本在2000m以上;冬季焚风日与非焚风日所对应的最大混合层厚度都较低,但焚风日还要低215m;PM2.5、PM10和CO等污染物浓度与MMD呈指数关系,随着MMD的增加,污染浓度将逐步降低。乌鲁木齐逆温层平均厚度、平均逆温差为单周期变化。即采暖关键期（12、1、2月）平均厚度较厚,平均逆温强度冬季在1.131.31℃/100m之间,夏季在0.860.96℃/100m之间。冬季逆温层厚度在焚风日比非焚风日厚282m,逆温差偏大4.3℃,逆温强度偏强0.01℃/100m。各种污染物浓度与平均逆温差呈指数关系,随着逆温差的增大,污染浓度则明显升高。乌鲁木齐平均风速春季最大,冬季最小,因此,冬季空气污染最严重。平均风速逐月变化则为12、1和2月最小,4月最大;日变化呈双峰特征,表现为下午出现第一峰值,上午呈现第二峰值,夜间为第一谷值,早晨为第二谷值;冬季的平均风速都很小,但焚风日比非焚风日还要小0.1m/s;6类污染物浓度与平均风速呈指数关系,随着风速的增加,污染浓度将逐步降低。乌鲁木齐污染物浓度分别与MMD、逆温层厚度、逆温差、平均风速的相关系数均通过了α=0.05水平的相关显著性检验;由此建立了各类污染物与气象因子逐步回归方程,通过应用检验各级别预报准确率（除个别项目外）为60%以上,其中SO2准确率达到68.4%,6类污染物浓度预报值与实际值的相关系数均通过了α=0.01水平的相关显著性检验。实际预报准确率（除个别项目外）同级别都在60%以上,相差一级为80%以上,O3最高,为100%,表明该预报方程有较好的预报能力,可为乌鲁木齐冬季大气污染浓度预报提供新的技术支持。（4）2013年2月15-23日乌鲁木齐重污染过程是由新疆脊控制下产生的,过程强盛阶段PM2.5日平均浓度污染级别达到6级,且最大PM10和PM2.5浓度分别达785、543 ug/m3;重污染过程中共出现四次低空型东南风气流且风速较大,存在显著的山、谷风交替现象,受焚风和低空型东南风的共同影响地面温度上升明显,说明这次污染天气过程的焚风效应很强;地面气压场呈东高西低,更有利于东南风的发展;东南风导致了边界层逆温层厚度、强度的增加,抑制了混合层高度的发展,不利于大气污染物扩散,造成污染物向边界层下层聚集,导致了严重空气污染。（5）乌鲁木齐焚风发生时,会造成大气混合层厚度降低、逆温层厚度增大、逆温差增大、逆温强度变强、近地层风速减小,从而使得边界层大气扩散能力减弱,扩散条件恶化,污染物持续积累、污染浓度超常升高等严重污染特征。因此,在乌鲁木齐市空气污染预报预警时,应当予以高度重视焚风的存在与否。