西宁市空气质量现状及其与近地层逆温的关系

李京梅 王镜 盛嘉誉

摘 要：本文利用2014—2018年西宁市气象探空资料和大气污染物日均数据，采用统计对比分析、相关性分析方法，对西宁市空气质量现状及其与近地层逆温的关系进行分析。结果表明，5年中，西宁市空气质量达标率为79.8%，年污染日数整体呈下降趋势;PM10作为首要污染物，出现频率最高;6种污染物中，仅O3浓度夏半年大于冬半年，其余均表现为冬半年大于夏半年;07：00逆温厚度与19：00逆温强度对污染物浓度影响较大。

关键词：大气污染;逆温;相关性

中图分类号：X16;X513文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）02-0143-03

The Air Quality Status of Xining City and Its Relationship with the Surface Temperature Inversion

LI Jingmei WANG Jing SHENG Jiayu

（Xining Meteorological Bureau，Xining Qinghai 810016）

Abstract： Based on the meteorological sounding data and daily average data of air pollutants in Xining City from 2014 to 2018， this paper analyzed the current situation of air quality in Xining City and the relationship between air quality and surface layer inversion. The results show that in the five years， Xining's air quality compliance rate was 79.8%， and the number of annual pollution days showed an overall downward trend; PM10 was the primary pollutant with the highest frequency; among the six pollutants， only the concentration of O3 in summer was greater than in winter， the rest showed that the winter half year was greater than the summer half year; the thickness of the inversion at 07：00 and the intensity of the inversion at 19：00 had a greater impact on the pollutant concentration.

Keywords： air pollution;inversion;correlation

隨着现代工业的快速发展，有害气体排放量增多，全国大范围空气质量下降，不利天气条件下，污染天气时有出现。空气质量已经成为政府和公众普遍关注的问题。华北、东北、华中等污染天气多发地区对此进行了大量研究。其中，欧娜音[1]等对持续性逆温天气对哈尔滨市空气质量的影响进行研究，徐洁玲[2]等对九江市重污染天气形势特征及污染源进行分析，黄勇[3]等针对气候变化对安徽省大气污染扩散能力的影响开展了大量工作。但针对高原空气质量的研究较少。西宁市地处青藏高原东部，是高原上规模最大的省会城市。西宁市委、市政府对生态环境保护、空气污染防治工作极为重视，了解西宁市空气质量变化特征及其与大气运动的关系很有必要。

1 资料与方法

本文气象资料选取2014—2018年西宁站（101°45′E，36°43′N，海拔2 297 m）探空资料。环境资料选取中国空气质量在线监测分析平台提供的大气污染物日数据。其间利用污染物日实测浓度值与逆温厚度、逆温强度数据，共计1 826个样本，进行相关性分析。

2 西宁市空气质量现状

本研究对2014—2018年西宁市空气质量指数（AQI）进行分析，发现5年中西宁市空气质量Ⅰ级（优）的总天数为167 d，Ⅱ级（良）为1 290 d，空气质量达标率为79.8%，Ⅲ级（轻度污染）为308 d，Ⅳ级（中度污染）、Ⅴ级（重度污染）和Ⅵ级（严重污染）分别为36、8、17 d。污染日数最多的为2014年（100 d），2015年明显减少，2016年有所增加，2017年、2018年逐年下降，并于2018年达到最少（42 d），总体来说，近5年污染日数呈下降的趋势。

2.1 西宁市首要污染物变化特征

对照各项污染物的分级浓度限值，本研究以PM10、PM2.5、O3、SO2、NO2和CO的实测浓度值分别计算出空气质量分指数，从中选择最大值确定为AQI，当AQI大于50时，将此污染物确定为当日首要污染物。2014—2018年西宁市首要污染物出现频次如表1所示。

由表1可知，6种污染物中，SO2从未作为首要污染物出现。CO出现频次较少，5年中共出现7次，且均未达到污染级别。NO2出现频次呈逐年增长态势，5年共计出现55次，但浓度较低。O3作为首要污染物出现次数有较大变化，2014年未出现，2015—2016年出现日数接近，2017年突增至109次，2018年略有下降。5年中，PM2.5作为首要污染物累积出现400次，它是6种污染物中出现频次唯一呈逐年下降趋势的，从2014年的173次降至2018年的42次。PM10年出现频次变化呈先上升后回落的趋势，于2016年达到215次峰值后，在2017、2018年有明显下降。5年中，PM10作为首要污染物共出现897次，出现频率达53.6%，为6种污染物中最高。其中达到中度及其以上级别的污染天气中，PM10作为首要污染物出现45次，出现频率更是高达73.8%。由此可以确定，PM10是西宁市最主要的污染物。

2.2 污染物浓度变化特征

2.2.1 年变化特征。分析污染物年平均浓度变化发现，CO年平均浓度基本保持不变，NO2先小幅增加，后逐渐回落，SO2、PM2.5和PM10在此期间内呈波动下降趋势，其中PM10下降幅度最大，另外需引起关注的是O3浓度呈波动上升趋势。

2.2.2 月变化特征。从污染物月平均浓度（见图1）变化趋势发现，6种污染物除O3浓度夏半年大于冬半年，其余均为冬半年大于夏半年。其中，CO浓度变化幅度最小，在冬季略有上升，其他季节无明显变化。PM2.5、SO2、NO2 1～3月呈明显下降趋势，3～10月变化幅度不大，10～12月呈上升趋势，其中PM2.5、NO2浓度在12月达到峰值，SO2浓度在1月达到峰值。PM10浓度虽然也在冬季达到最大，夏季最小，但其在3月、10月分别存在一个主峰值和次峰值，这与春秋季节冷空气活动频繁，风力相对较大，有利于上游沙源地起沙并向西宁市输送有密切关系。O3浓度自1月开始逐月递增，6月达到峰值后逐月下降，于12月达到最低，变化曲线呈倒V形，与其他几种污染物变化趋势有明显不同，且变化幅度最大。图1中，CO单位为mg/m3，其他污染物单位为μg/m3。

3 污染物浓度与逆温的相关性

通过分析西宁市季平均AQI指数与逆温频率变化特征（见图2），笔者发现，AQI指数冬季最高，春秋季次之，夏季最低，与逆温出现频率变化规律基本一致，说明逆温的出现对污染物扩散存在明显的抑制作用。

为了更好地分析污染状况与逆温的联系，本文将污染物浓度与逆温之间的关系量化，分析相关性。其间利用2014—2018年污染物日实测浓度值与当日07：00、19：00逆温厚度、强度数据，共计1 826个样本，进行相关性分析，如表2所示。结果表明，SO2、NO2、PM10、CO、O3、PM2.5浓度与07：00逆温厚度的相关系数分别为0.355、0.355、0.097、0.413、-0.228和0.214，且均通過0.01的显著性检验。其中，O3浓度与逆温厚度呈负相关，其余几种污染物浓度与逆温厚度呈正相关。NO2、O3浓度与07：00逆温强度呈负相关，PM10浓度与07：00逆温强度呈正相关，且通过0.05的显著性检验，其余未通过显著性检验。SO2、NO2、PM10、CO、O3、PM2.5浓度与19：00逆温厚度的相关系数分别为0.151、0.15、0.063、0.185、-0.248和0.068，六种污染物中PM10、PM2.5未通过显著性检验，其他均通过0.01显著性检验，其中O3浓度与逆温厚度呈负相关，SO2、NO2、CO与之呈正相关。六种污染物浓度与19：00逆温强度相关系数均通过显著性检验，其中PM10通过0.05显著性检验，其他通过0.01显著性检验，六种污染物中O3浓度与逆温强度呈负相关，其他与之呈正相关。分析发现，07：00的逆温强度、19：00逆温厚度对污染物浓度影响不明显，但07：00逆温厚度与19：00逆温强度对污染物浓度影响较大。

4 结语

5年中，西宁市空气质量达标率为79.8%，年污染日数整体呈下降趋势。PM10作为首要污染物出现频率达53.6%，为六种污染物中最高，是西宁市最主要的污染物。污染物年平均浓度CO变化不大，NO2则先小幅增加，后小幅回落，SO2、PM2.5和PM10在此期间呈波动下降趋势，其中PM10下降幅度最大，O3呈波动上升趋势。污染物浓度除O3夏半年大于冬半年，其余5种均为冬半年大于夏半年。07：00的逆温强度、19：00逆温厚度对污染物浓度影响不明显，但07：00逆温厚度与19：00逆温强度对污染物浓度影响较大。

参考文献：

[1]欧娜音，马骏，袁典，等.持续性逆温天气对哈尔滨空气质量的影响[J].气象科技，2018（6）：1266-1273.

[2]徐洁玲，杨超.九江市重污染天气形势特征及污染源分析[J].江西科技，2019（3）：365-370.

[3]黄勇，张红，汪腊宝，等.气候变化对安徽省大气污染扩散能力的影响[J].装备环境工程，2019（6）：55-62.