2015年南京市大气污染时空分布特征及影响因素分析

2015年南京市大气污染时空分布特征及影响因素分析

随着中国社会和经济的快速发展，环境问题日益突出，尤其是区域环境问题，这对人类的健康有重大影响，并影响到社会的稳定和发展。污染物相互作用导致了许多污染事件，其中最著名的是1952年伦敦雾雨事件和1955年4月哮喘事件。近年来，中国也经常发生大气污染事件。例如，2013年1月，影响中国30多个省份的环境污染事件。这些大气污染不仅损害了人们的健康，而且给区域经济带来了损失，并对我们的日常生活产生了重大影响。根据研究，自2001年以来，环境事件呈聚集分布特征，主要集中在长江三角洲地区，其中最为突出的是长江、浙江和上海。目前,对于南京市的大气污染研究主要包括对不同大气污染程度下地表能量收支和气象要素的变化及相应特征的定量分析1南京人口集聚的现实特点南京处于我国东部江苏省的西南部(见图1),位于长江下游,属于亚热带季风气候,夏季高温多雨,冬季温和少雨,夏季盛行东南风,冬季盛行西北风.南京市平面形态为南北长、东西窄,平面位置为正南北向.南京总的地势为北高南低,地形单元由低山、岗地、河谷平原和沿江河地等组成,一系列山岭沿着长江从西南往东北延伸.南京由11个区组成,2013年的常住人口总量为818.78万人.秦淮区、玄武区、鼓楼区、建邺区、栖霞区、雨花台区为主城区,位于东郊和西郊的浦口与江宁为近郊区,位于南郊和北郊的溧水、高淳、六合为远郊区.南京人口是按圈层分布的,主城区人口密度与近、远郊的人口密度差异大,由于南京的产业与资源高度集中于主城区,导致人口高度集聚于中心城区所用南京市大气污染数据来自环保部门公开数据.其中AQI数据为2015年全年日平均数据和1月21—27日的每小时数据;污染物浓度数据为1月21—27日的每小时数据.气象要素数据来自中国天气网.21—26日气团后向轨迹根据NOAA空气资源实验室后向轨迹模型计算得出.2背景值/后向轨迹分析依据《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》南京市2015年1月日平均AQI在良级别以上(包括良)的计算平均值为66.7,将其作为背景值界定大气污染事件,如果AQI超过背景值并且持续一段时间,即称为大气污染事件.后向轨迹分析采用HYSPLIT模式分析气团后项轨迹,用于大气污染事件污染物的潜在来源研究.3结果与讨论3.1南京市9个气象站点的污染天数图2为南京市2015年AQI月平均值变化图,从图中可以看出:秋冬季节AQI较高,大气污染较严重,AQI的峰值出现在1月,达281;春夏的AQI相对较低,大气污染较轻,7月份AQI最小.秋季农作物收获,燃烧秸秆带来大量大气污染物从南京市2015年各个站点的污染天数来看(见图3),南京市9个气象站点中,迈皋桥、瑞金路、山西路、奥体中心、中华门、仙林大学城、浦口、草场门和玄武湖的污染天数分别为252,252,248,246,240,234,230,213,183d,平均为234d,最多的是迈皋桥和瑞金路站点,为252d,最少的是玄武湖站点,为183d.瑞金路和迈皋桥由于人口密度大,人流量大,汽车排放的尾气较多,人们生活燃煤燃气、工业排放以及扬尘等因素,生态环境比较差.玄武湖是生态绿地景区,是保护区,治理较好,故污染少环境质量较好.总体来看9个站点的污染天数都较多,但是位于东北部的栖霞区和市中心的秦淮区、鼓楼区、建邺区的迈皋桥、瑞金路、山西路、奥体中心、中华门这5个气象站点的污染天数相比较郊区的浦口、仙林大学城、草场门和玄武湖这4个站点天数多.南京市东北部一带地势北高南低,由于下垫面作用使东北部和市中心的污染天数增加.3.2大气污染事件分析3.2.1大气污染事件发生的大气污染事件分析图4为2015年1月21—27日大气质量指数(AQI)变化图,除部分异常值和未测值之外,其余数据按时间顺序做曲线图.可见2015年1月21日至27日南京9个站点的AQI均超过了100,达到了污染程度.从21日开始至26日南京AQI呈波动上升趋势,其间25日AQI快速下降.21—24日AQI日变化总体为早晨和夜间较低,白天呈上升趋势,这是因为夜间相对湿度大,有利于污染物沉降,而白天相对湿度小,不利于污染物沉降.这几天多以阴天和多云为主,风速在3～4级,以轻风为主,大气层结稳定,空气对流弱,而且伴随有逆温,不利于污染物的扩散稀释,空气相对湿度低,不利于污染物的湿沉降,为大气污染事件的发生创造了有利条件.25日风向改变,由西北风转变为偏南风,风力变大,对污染物的扩散稀释作用增强,同时是周日存在明显的周末效应南京市9个站点仙林大学城、奥体中心、瑞金路、迈皋桥、山西路、草场门、浦口、玄武湖、中华门的平均AQI依次是211.094,202.125,200.569,195.863,188.375,183.888,170.413,168.881.仙林大学城是工业聚集的地方,工业排放量大,同时汽车尾气排放污染物,因此大气中的污染物多,AQI指数最高.奥体中心和瑞金路人口密度大,人流量大,汽车排放的尾气较多,人们生活燃煤,工业排放以及扬尘等因素产生污染物,AQI指数较高.玄武湖生态绿地景区,是保护区,治理较好,大气污染物少,AQI指数最低.3.2.2nosoo1月21—大气污染物的时空分布特征和影响因素图5是南京9个站点采集的SO从21日开始各个站点的PM在21—27日期间,NOSOO1月21—27日在南京市9个气象站点监测出的首要污染物PM3.3大气污染污染物排放轨迹此次南京市大气污染事件给自然环境、人体健康以及城市交通带来了重大影响,大气污染事件的污染物来源引起了人们的广泛关注.本研究采用了轨迹模式HYSPLIT4分析此次大气污染事件污染物的输送过程.HYSPLIT4是一种欧拉和拉格朗日混合型的计算模式,该模式包含多种物理过程,针对不同类型的大气污染物的排放源,可以比较完整地模拟污染物的输送扩散和沉降过程,并能够对多种气象输入场进行处理,现在已经在大气污染物输送的研究中得到了广泛应用.图6为利用轨迹模式HYSPLIT4选用500m高度南京仙林大学城、迈皋桥和玄武湖3个站点,计算南京此次大气污染事件在2015年1月21日、22日、23日、24日、25日、26日气团的24h后向输送轨迹.可见21日污染物从蒙古出发经过内蒙古和甘肃东部,接着经过陕西、山西,之后南下经过安徽、河南到达湖南,之后又北上到达南京.22日和23日轨迹图相似,污染物从蒙古出发经过内蒙古、河北、山东到达江苏南京.24日污染物从亚欧大陆内部出发穿过新疆,经过青海、甘肃东部、陕西、山西等地,最后到达江苏境内南京.由此推测21—24日污染物都是来自西北地区.西北地区工业生产和冬季供暖燃烧大量煤炭,排放大量污染物,同时西北地区荒漠化严重,存在大量沙源,燃煤以及沙尘给南京地区大气提供了污染物来源,加剧大气污染程度.25日风向转变,气团从浙江出发经过安徽到达南京,从南方地区到达南京的气团中污染物较少,因此25日南京空气质量指数较低,污染物浓度也较低,这特征与图4中25日AQI指数急剧下降是一致的.26日污染物从山东出发,南下在黄海海域周旋后又回到山东,然后再南下到达南京.北方地区是我国一个重要的工业基地,工业生产排放污染物给南京大气提供污染物来源.从这几日的污染物后向轨迹分析可以得出:南京市此次大气污染事件污染物潜在来源很可能是西北地区和东北地区的污染物排放.同时南京三大产业中工业比重较高,工业排放大量污染物;随着生活水平提高后,机动车数量增加极为迅速,机动车尾气排放也不断增加,产生大量大气污染物;此外,南京市地面扬尘也是此次大气污染事件的污染物来源.4大气污染事件1)2015年南京市9个站点的AQI平均值在瑞金路和迈皋桥达到污染的天数最多,为252d;玄武湖最少,为183d.从时间上看,秋冬较高,春夏较低.1月21—27日南京发生大气污染事件,不同功能区AQI指数存在差异.位于工业区的仙林大学城最高,为211.094,玄武湖生态绿地景区最低,为168.88