佛山市PM2.5污染特征及诱发其高污染过程天气系统分析

司徒淑娉，吴洛林，周柳艺，张毅强，邓思欣，安丽娜，邵展奇，邝敏儿

(1.佛山市环境监测中心站，广东 佛山 528000； 2. 中山大学，广东 广州 510000；3. 华南环境科学研究所，广东 广州 510000)

·解析评价·

佛山市PM2.5污染特征及诱发其高污染过程天气系统分析

司徒淑娉1，吴洛林2，周柳艺2，张毅强3，邓思欣1，安丽娜1，邵展奇1，邝敏儿1

(1.佛山市环境监测中心站，广东 佛山 528000； 2. 中山大学，广东 广州 510000；3. 华南环境科学研究所，广东 广州 510000)

利用2013年佛山市8个国控大气自动监测站点ρ(PM2.5)监测数据，分析佛山市PM2.5污染的时空分布特征，并诊断诱发PM2.5高污染过程的关键天气类型。结果表明，佛山市2013年PM2.5年均值为53 μg/m3，高于国家二级标准，污染主要集中在三水区中部、南海区中部和禅城区北部。佛山市ρ(PM2.5)表现出明显的季节变化和日变化特征，秋、冬季是PM2.5的高污染季节，其值夜间略高于白天，呈典型的双峰型分布，08：00—09:00短暂出现一个浓度的小峰值，推测与上班交通高峰有关。对PM2.5持续高污染发生的地面天气形势分析表明，高压出海是诱发佛山市PM2.5高污染事件最主要的天气类型。

可入肺颗粒物；污染特征；天气系统；佛山市

细颗粒物(PM2.5)成分复杂，甚至含有有毒有害物质，严重影响居民身体健康、心理健康和交通安全等[1]，受到了社会各界、各级环保部门、政府管理者的重视。自2012年起，国家相继出台了新的《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)[2]和《大气污染防治行动计划》，对控制大气污染、改善空气质量提出了更高更严的要求。广东省人民政府也于2014年发布了《广东省大气污染防治行动方案(2014—2017年)》，并与包括佛山市在内的珠江三角洲(以下简称“珠三角”)9个城市签订了大气污染防治目标责任书，保障2017年珠三角PM2.5年均值在全国重点控制区域率先达标。

佛山市位于广东省中南部，地处珠三角腹地，工业化和城市化进程发展迅猛。近年来，随着机动车保有量的迅速增加，房地产业的迅猛发展，以及道路建设等基础设施的不断加快，佛山市PM2.5污染问题凸显，是珠三角及广东省较为突出和污染负荷较重的城市之一[3]。自2013年环境空气质量新标准实施以来，佛山市空气质量在珠三角排名始终在靠后位置徘徊，PM2.5始终是影响佛山市城市空气质量排名最主要的因子。PM2.5高污染事件频发，高浓度持续天数较长，PM2.5污染问题已经成为损害佛山民生、影响佛山城市形象、危害佛山公众健康的重要问题。

除了污染源排放外，气象因素是诱发PM2.5高污染事件的重要因素[4]。结合气象要素预报，准确预警未来可能发生的高污染事件，提前启动相应的污染控制措施，有助于佛山市削减高污染浓度峰值和缩短高污染持续的时间。因此，佛山市迫切需要理清辖区内PM2.5污染特征及诱发PM2.5高污染的天气系统类型，以期为辖区内PM2.5污染防治和预警提供数据支撑。

1 研究方法

1.1 监测点位布设

佛山市国控大气自动监测点位8个，分别为：湾梁、华材职中、南海气象局、顺德苏岗、容桂街道办、高明孔堂、三水监测站和三水云东海，分布在佛山市5个辖区内，见图1。

图1 佛山市2013年PM2.5年均值和国控大气自动监测站点

1.2 监测参数

监测项目包括PM2.5在内的《环境空气质量标准》[2]要求的6项基本污染物。

1.3 采样时段

2013年1月1日—12月31日，24 h连续采样。

2 结果分析

2.1 时空分布特征

2013年佛山市国控大气自动监测站点PM2.5年均值见图2。 由图2可见，2013 年佛山市 PM2.5年均值为53 μg/m3，超过国家二级标准18 μg/m3。其中华材职中、三水监测站和三水云东海的 PM2.5年均值超出全市平均值。三水区中部、南海区中部和禅城区北部形成一条明显的PM2.5污染带，是佛山市PM2.5的污染中心，顺德区南部的ρ(PM2.5)相对较低(图1)。受气象条件和人为活动时间变化的影响，佛山市ρ(PM2.5)表现出明显的季节变化特征，见图3。

图2 2013年佛山市国控大气自动监测站点PM2.5年均值

图3 2013年佛山市ρ(PM2.5)季节变化

由图3可见，高ρ(PM2.5)主要出现在秋、冬季。受季风转换的影响，春季总体扩散条件好[5]，ρ(PM2.5)总春季较秋冬季低；夏季受降雨、边界层较高等因素影响，佛山市ρ(PM2.5)普遍较低，但夏季也是台风高发季节，受台风外围气流影响，ρ(PM2.5)偶尔也会较高。

2013年佛山市ρ(PM2.5)日变化特征见图4。由图4可见，在午夜至次日10：00较高，且在08：00—09：00上班出行高峰时段出现一个小小的峰值，后ρ(PM2.5)开始下降；17：00出现日最低值，傍晚18:00开始ρ(PM2.5)逐步升高。

图4 2013年佛山市ρ(PM2.5)日变化特征

2.2 PM2.5高污染天气类型诊断

2.2.1 高污染过程筛选

根据文献[6]对2013年全市ρ(PM2.5)日均污染进行统计。结果显示，PM2.5轻度或以上污染主要发生在冬季，春季偶有发生但占比较小。

现定义 PM2.5日均值超过国家二级标准(即>75 μg/m3)并且持续天数达2 d或以上统称为一次高污染过程。据此统计佛山市2013年共发生 9 次PM2.5高污染过程。

2.2.2 高污染过程天气类型诊断

结合香港天文台的地面天气图，对9次PM2.5持续高污染过程进行气象特征的分析，并诊断诱发高污染过程的主要天气类型。统计发现，2013年诱发佛山市PM2.5高污染过程天气类型主要有高压出海型(占44.4%)、热带低压型(占22.2%)、高压控制型(占22.2%)和锋面影响型(占11.1%)，88.9%发生在秋冬季。诱发佛山市出现PM2.5高污染过程的典型地面天气类型特征见表1。

表1 诱发佛山市PM2.5高污染过程的典型地面天气类型特征

春、夏2季高污染过程主要受高压控制和热带低压外围影响。秋季的高污染过程诱因较复杂，主要受热带低压外围和高压出海影响，偶尔受锋面影响。冬季的高污染过程主要受高压出海影响。

2.3 典型PM2.5高污染过程天气形势分析

高压出海型是诱发佛山市ρ(PM2.5)高污染过程最主要的天气类型。选择该类型影响下，PM2.5监测值最高的一次过程(2013年12月1—14日)作为典型高污染过程，对其天气形势变化进行分析，见图5。该次高污染过程持续合计14 d，PM2.5日均值为128 μg/m3。其中，12月8日的PM2.5日均值最高，为180 μg/m3。

高污染发生前和发生时地面天气图见图6(a)(b)。由图6可见，在污染过程发生之前，从西伯利亚高压分裂出来的冷高压一路南下，在浙江、江苏一带附近移入东海。受其出海变性的影响，广东

图5 2013年佛山市ρ(PM2.5)典型高污染过程日均值变化

地区处于其自东向西延伸的高压脊线的控制之下，暖湿气流强度增加，与北方而来的冷空气在该地区发生对峙，处于静风或弱风状态，通风系数非常小，不利于空气中污染物的迁移和扩散。同时，在该天气形势的影响下，广东地区地面附近大气以高压环流为主，垂直方向上空气运动以下沉为主，不利于污染物的扩散[7]。

图6 高污染发生前和发生时地面天气图

佛山市PM2.5典型高污染过程温度、相对湿度、降雨量和风速的逐日变化见图7。由图7可见，本次高污染过程，中佛山市本地的风速非常弱，平均风速为1.3 m/s。因此，污染物一旦产生，极不容易通过空气平流进行传输扩散[8-10]。温度和大气湿度逐日变化相对平稳，平均温度和相对湿度分别为17℃和52%。12月5—8日，温度逐日略有上升，本地逐渐被低压系统控制，导致这几天本地的ρ(PM2.5)逐日加剧。14日开始本地有比较明显的降水，该次高污染过程结束。

图7 2013年佛山市PM2.5典型高污染过程温度、相对湿度、降雨量和风速的逐日变化

12月8日出现本次PM2.5高污染过程的污染峰值。结合行星边界层高度图[图9(a)](数据采用8日08：00的全球1°×1°NCEP再分析资料后绘制)，当日广东地区的边界层高度在 200 m以下，大气层结稳定，垂直对流不旺盛，大气垂直运动较弱，污染物难以扩散。由图9(b)可见，8日佛山市地面到 900 m 附近高度存在逆温层，大气层结稳定，对流有效位能为零，大气垂直对流运动较弱，污染物不容易通过对流作用进行扩散。加上水平风速较小、无降水等因素，导致8日PM2.5污染峰值的发生。

图9 行星边界层高度图和 Skew- T 图

3 结论

(1) 2013年佛山市PM2.5年均值为53 μg/m3，超过国家二级标准18 μg/m3，三水区中部、南海区中部和禅城区北部为佛山市PM2.5主要的污染带；

(2) 受气象条件和人为活动的时间变化影响，佛山市ρ(PM2.5)表现出明显的季节变化，高浓度主要出现在秋冬季。ρ(PM2.5)日变化特征明显，呈现双峰型日变化特征，早晚值较高，白天值较低，同时在早上08：00—09：00短暂出现一个峰值；

(3) 2013年佛山市PM2.5持续高污染发生累计有9次，其中88.9%发生在秋冬季；

(4) 通过对2013年佛山市PM2.5持续高污染发生的地面天气形势进行分析，将佛山市PM2.5持续高污染的地面天气形势分为高压出海型、热带低压型、高压控制型和锋面影响型，各占44.4%、22.2%、22.2%和11.1%。

[1] 谢元博，陈娟，李巍.雾霾重污染期间北京居民对高浓度PM2.5持续暴露的健康风险及其损害价值评估[J]. 环境科学，2014,35(1):1-8.

[2] 环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.环境空气质量标准：GB 3095—2012[S].北京：中国环境科学出版社，2012.

[3] 徐伟嘉，何芳芳，李红霞，等.珠三角区域PM2.5时空变异特征[J].环境科学研究，2014,27(9)：951-957.

[4] 陈慧娴，近10年佛山市大气能见度变化特征及气象影响因子[J].广东气象，2011，33(1)：32-34.

[5] 程念亮，李云婷，孙峰，等.北京市空气重污染天气类型分析及预报方法简介[J].环境科学与技术，2015,38(5)：189-194.

[6] 环境保护部. 环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行):HJ 633—2012[S]. 北京：中国环境科学出版社，2012.

[7] 舒锋敏，罗森波，罗秋红，等.基于关键气象因子和天气类型的广州空气污染预报方法应用[J].环境化学，2012,31(8)：1157-1164.

[8] 李菲，黄晓莹，张芷言，等.2012年广州典型灰霾过程个例分析[J].中国环境科学，2014,34(8)：1912-1919.

[9] 陆晓波，许建华.一次典型灰霾天气过程及成因分析[J].环境监控与预警，2009,1(1):10-13.

[10] 王学远，蒋亚平，刘红年，等.不同天气形势下杭州市空气污染特征个例分析[J].环境监控与预警，2016,8(6):1-8.

Analysis on Pollution Properties of PM2.5in Foshan City and the Inducing Weather Systems

SITU Shu- ping1, WU Luo- lin2, ZHOU Liu- yi2, ZHANG Yi- qiang3, DENG Si- xin1, AN Li- na1, SHAO Zhan- qi1, KUANG Min- er1

(1. Foshan Environmental Monitoring Central Station, Foshan, Guangdong 528000, China; 2. Sun Yat- sen University, Guangzhou, Guangdong 510000, China; 3. South China Institute of Environmental Science. MEP, Guangzhou,Guangdong 510000, China)

Based on the concentrations ofρ(PM2.5) automatically measured at the 8 national air quality automatic measuring sites, the properties of PM2.5spatial and temporal distributions were analyzed, and the key weather systems inducing the high PM2.5episodes were diagnosed. The results showed that the annual average concentration of PM2.5was high, which was 53 μg/m3，exceeding the second grade limit of the national standards. The obvious pollution zone ofρ(PM2.5) was in the middle of Sanshui, the middle of Nanhai and the north of Chancheng. The varies of PM2.5in Foshan show distinct seasonal and diurnal variation. Episodes usually happened in autumn and winter, while the concentration at night usually higher than that in daytime. A remarkable concentration peak was observed at 08：00—09:00 am, which may related to the traffic. Meanwhile, the results indicated that most of the PM2.5episodes were induced by the movement of a degraded cold high pressure system.

PM2.5; Pollution properties; Weather systems; Foshan

10.3969/j.issn.1674-6732.2017.04.011

2017-02-14；

2017-03-15

佛山市科学技术局基金资助项目(2015AB004371)

司徒淑娉(1984—)，女，工程师，博士，从事大气环境预警预报，大气环境模拟工作。

X513

B

1674- 6732(2017)04- 0040- 05