（环境科学专业论文）济南市SOlt2gt浓度对边界层气象要素场的响应.pdf

山东师范大学硕士学位论文 中，以冷锋后部型出现频率最高，为样本总数的6 6 7 ，其次为高压前部型。其 中华北地形槽所对应的平均s 0 2 日均浓度最高，而三类低浓度天气形势对应的平 均s o 。日均浓度均为0 0 0 9m g m 3 。 关键词：气象条件s 0 。日均浓度济南市 分类号：p 4 0 4 i i 山东师范大学硕士学位论文 t h ed e n s i t yo fs u l f u rd i o x i d er e s p o n s i n go fm e t e o r o l o g i c a le l e m e n t s f i e l do fa t m o s p h e r i cb o r d e rl a y e r si nj i n a n a b s t r a c t t h ee n v i r o n m e n ta n dt h ed e v e l o p m e n ta r et h em a j o ri s s u ew h i c hn o wt h ew o r l da l l p a y sa t t e n t i o n ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r y ，t h ea i rp o l l u t i o no fj i n a n is b e c o m i n gm o r es e r i o u s ，h a v i n ga l r e a d ya r o u s e dt h ea t t e n t i o nf r o md i f f e r e n tf i e l d s i ti n d i c a t e st h a tt h ee m i s s i o no fp o l l u t a n to f fd a yd o e sn o tc h a n g em u c hi nj i n a n ， b u tt h ed e n s i t yo fp o l l u t a n th a st h ec h a r a c t e r i s t i co fo b v i o u sc h a n g i n g t r a c ei t t oi t sc a u s e ，i sm a i n l yb e c a u s eo fa t m o s p h e r i cb o r d e rl a y e r so fm e t e o r o l o g i c a lt e r m s a n dd i f f e r e n tw e a t h e rs y s t e m f o u n d a t i o nt h ed a i l ym e t e o r o l o g i c a le l e m e n t sa n dt h e d a i l yd e n s i t yo f s u l f u rd i o x i d eo fj i n a n ，u t i l i z i n gm a n yk i n d so fs t a t i s t i c a l m e t h o d s ，h a ss t u d i e dt h ei m p a c t0 nc i t ya v e r a g ed a i l yd e n s i t yo fs u l f u rd i o x i d e i nj i n a na n dt h em e t e o r 0 1 0 9 i c a lc o n d i t i o n t h r o u g ha n a l y s i n gc l i m a t ea n dh e a t i n g s i t u a t i o ni nj i n a n ，s e tu pm o d e l sr e s p e c t i v e l yo fh e a t i n gp e r i o da n dn o n h e a t i n g p e r i o d i n n o v a t i o no ft h i st e x ti si tc o m b i n e so n e1 i n e a ra n a l y s e ，e o fa n ds t e p w i s e r e g r e s s i o nt o g e t h e r 。s e tu pt h es e p a r a t es t a t i s t i c sm o d e lb e t w e e nt h ev a r i a b l e s ， a n do nt h i sb a s i sf u r t h e rc l a s s i f ys u r f a c es y n o p t i cs i t u a t j o n si nt e r m so f m a c r o s c o p i ct oi n f i u e n c ed e n s i t yo fs u l f u rd i o x i d ei nj i n a n s t u d yt h r o u g ht h i s t e x t ，i tc a no f f e rt h eb a s i sw i t hr a t i o n a ls c i e n c ef o rd e v e l o p m e n to ft h ea t m o s p h e r e p o l l u t i o nc o n t r 0 1w o r ka n da i rp o l l u t i o nt r e n dp r e d i c to fj i n a ni nt h ef u t u r e ，c a n p o l l u t et h et h e o r yc o n t e n to fm e t e o r o l o g ya b u n d a n t l yt os o m ee x t e n t ，s t u d yt h e t e c h n o l o g i c a lt h i n k i n ga n dm e t h o dt os u p p l e m e n tt os o m ee x t e n t t h em a i nc o n c l u s i o no ft h ist e x ti sa sf o l l o w s ： ( 1 ) t h et r e n da n a l y s i sr e s u l ts h o w s ：i nt h e m e t e o r o l o 豇c a lf a c t o r s ，w i n ds p e e d ， p r e c i p i t a t i o n ，t e m p e r a t u r e ，s u n s h i n et i m e ，t o t a lc l o u d i n e s sa n da v e r a g ed a i l y d e n s i t yo fs u l f u rd i o x i d ea r ef o rb e i n gr e l e v a n t ：a t m o s p h e r i cp r e s s u r ea n da v e r a g e d a i l yd e n s i t yo fs u l f u rd i o x i d ea r et h ep o s i t i r ec o r r e l a t i o n ：t h e r e l a t i o no f r e l a t i v eh u m i d i t y ，v i s i b i l i t ya n da v e r a g ed a i l yc o n c e n t r a t i o no fs u l f u rd i o x i d ea r e r e l a t i v e l yc o m p l i c a t e d ：i n v e r s i o na n da v e r a g ed a i l yd e n s i t yo fs u l f u rd i o x i d ea r e n o to b v i o u sc o r r e l a t i o n ( 2 ) t h r o u g hr e l e v a n ta n a l y s eb e t w e e na v e r a g ed a i l yc o n c e n t r a t i o no fs u l f u r d i o x i d ea n dm e t e o r o l o g i c a lf a c t o r s，f i n dt h a t h e a t i n gp e r i o dt h er e m a r k a b l e e t e o r 0 1 0 9 i c a lf a c t o r sa r ea sf o l l o w s ，t e m p e r a t u r e ， a t m o s p h e r i cp r e s s u r e ，w i n d 1 1 i 山东师范大学硕士学位论文 s p e e d ，r e l a t i r eh u m i d i t y ，s u n s h i n et i m e ：t h a tn o n h e a t i n gp e r i o dr e m a r k a b l e r e l e v a n tm e t e o r o l o g i c a lf a c t o r sa r ea sf o l l o w s ，t h i c k n e s so ft e m p e r a t u r e， a t m o s p h e r i cp r e s s u r e ，i n v e r s i o n ，r e l a t i v eh u m i d i t y ，v i s i b i l i t y ，p r e c i p i t a t i o n ( 3 ) r e g r e s s i o na n a l y s es h o w s ：t h em e t e o r o l o g i c a lf a c t o rt h a te x e r t sl a r g e s t i n f l u e n c eo na v e r a g ed a i l yc o n c e n t r a t i o no fs u l f u rd i o x i d ei nh e a t i n gp e r i o di sw i n d s p e e d ，s e c o n d l yi ti sr e l a t i v eh u m i d i t ya n dt e m p e r a t u r e ：i nn o n h e a t i n gp e r i o di t i s t e m p e r a t u r e ，s e c o n d l y i sv i s i b i l i t y ，r e l a t i v eh u m i d i t ya n dt h i c k n e s so f i n v e r s i o n ( 4 ) t h es a m p l eo fh i g hc o n c e n t r a t i o no fs u l f u rd i o x i d ei sa m o u n tt os i x t yf i v e f r o m2 0 0 1t o2 0 0 3 ，l o wc o n c e n t r a t i o ni so n eh u n d r e da n dt w e n t ys i x a d o p t i n gk - m e a n s c l u s t e ra n a l y t i c a lm e t h o d c o m b i n i n gh i g ha l t i t u d ea n ds u r f a c ew e a t h e rs i t u a t i o n i nj i n a n t h i st e x ts u m su pf o u rs u r f a c ew e a t h e rs i t u a t i o n so fh i g hc o n c e n t r a t i o n a n dt h r e eo n e so fl o wc o n c e n t r a t i o na l t o g e t h e r t h es u r f a c ew e a t h e rs i t u a t i o n so f t h eh i g hc o n c e n t r a t i o ni st o p o g r a p h i c a lt r o u g ho fn o r t hc h i n a ，h i g h p r e s s u r eb o t t o m c o l df r o n tf r o n tp a r t ，h i g h p r e s s u r ee d g e ：t h es u r f a c ew e a t h e rs i t u a t i o n so ft h e l o wc o n c e n t r a t i o ni sc o l df r o n tr e p o t ，h i g h p r e s s u r ef r o n tp a r t ，】o w - v 0 1r a g ef r o n t p a r to fh e t a o i nf o u rk i n d so fh i g hc o n c e n t r a t i o nw e a t h e rs i t u a t i o n s f r e q u e n c y o ft h eh i g h p r e s s u r ee d g et y p ei st h eh i g h e s t ，i ti sf o r t ys e v e np o i n ts e v e np e r c e n t o ft h et o t a la m o u n to fs a m p l e s ，s e c o n d l yi ti st h et o p o g r a p h i c a l t r o u g ho fn o r t h c h i n at y p e ：t h r e e1 0 wc o n c e n t r a t i o na m o n gt h ew e a t h e rs i t u a t i o n s ，f r e q u e n c yo fc o l d f r o n tr e a rt y p ei st h eh i g h e s t ，i ti ss i x t ys i xp o i n ts e v e np e r c e n to ft h et o t a l a m o u n to fs a m p l e s ，s e c o n d l yi tist h ea n t e r i o rt y p eo fh i g hp r e s s u r e t h ea v e r a g e d a i l yc o n c e n t r a t i o no fs u l f u rd i o x i d ec o r r e s p o n d i n gt h et o p o g r a p h i c a lt r o u g ho f n o r t hc h i n at y p ei sm o s th i g ha m o n gt h e m ，a n da v e r a g ed a i l yc o n c e n t r a t i o no fs u l f u r d i o x i d ec o r r e s p o n d i n gt h r e el o wc o n c e n t r a t i o nw e a t h e rs i t u a t i o n si sa 1 10 0 0 9m g m 4 k e yw o r d s ：m e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o na v e r a g ed a i l yc o n c e n t r a t i o no fs u l f u r d i o x i d ej i n a n c 1 a s s i f i c a t i o nn u m b e r ：p 4 0 4 i v 独创声明 本人芦f l 列所呈交的学位论文足本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。掘我所知除了文一i 特别n i l 以杯注平i | 致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成粜，也小包含为扶绀( 注：如没有其他需要特别声 明的，本栏，j l j 空) 或j t f t 教阿机构的学位或证二f 5 使j 过的材料。与我同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均l 二征沦文| j 作了l 粥确的说明并表示谢意。 学位沦文作析躲穆洳稿 跏签字 学位论文版权使用授权书 f 劾a 小学位论文作析充个了解出苤娅莲太堂有关保团、使用学位论文的规定，有权 保留并向田家有天；_ f | j 门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权出壅垣整太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适 用本授敉二| 5 ) 学位渊端私：侈者丑梅洲繇洲翰虱 签字：2 0 0 铲i 纠- j 玛l = i签字l = i i l l l ：2 0 0 年朔坞同 、扣 山东师范大学硕士学位论文 1 引言 1 1 论文研究的目的和意义 济南市是山东省省会，近几十年来。济南市工业及交通运输业迅速发展，经济建设取 得了巨大的成就。与此同时，空气污染程度明显加重。尤其是冬季市区风速小，逆温强， 扩散条件差，空气污染非常严重。曾经出现过几次持续数天的严重污染，空气中s o ：日均 浓度最高时超过国家规定标准的8 倍。 一个地区的环境空气质量与本地区污染源强度、下垫面特征及气象条件有关。同一地 区下垫面的情况是基本不变的，污染源短时间内变化也不大。因此，环境空气质量与气象 条件密切相关。在不同的气象条件下，由于大气的稀释扩散能力不同，同一个污染源造成 的地面空气污染可相差几倍甚至几十倍。影响环境空气质量的气象条件主要有：天气形势 以及由此决定的风场、温度场、降水等。 济南市空气污染主要集中在城市建成区，以煤烟型污染为主，主要污染物为颗粒物和 s o s 。s 0 2 在空气中的含量具有明显的日变化和季节变化，受外界因素及气象条件的影响明显， 故本文选取s 0 2 作为研究对象。 根据现有气象资料，利用统计方法，分析济南市s 0 2 日均浓度的空间分布特征和时间 变化规律与气象条件变化的相关性；通过对影响济南地区主要天气形势进行分析，将天气 形势分成2 类7 种，并以此统计各种天气形势与s o ：日均浓度的关系。 通过本文研究，希望能为今后济南市大气污染治理工作和空气污染趋势预报提供相应 的理论依据：同时希望本文的研究技术思路与方法，对污染气象学的理论内容有所补充。 1 2 国内外研究动态及现状 1 2 1 国外研究动态及现状 空气污染气象学的萌芽可以追溯到第一次世界大战期间。英国为了研究军事上施放毒 气的气象条件，自1 9 2 1 年起进行大气扩散实验。2 0 世纪5 0 到6 0 年代，为了控制和消除 大气污染，一些国家开展了城市或区域性的大气污染物输送、扩散、迁移和转化规律的实 验和研究，并在一些污染严重的地区开展了大气污染预报的研究。7 0 年代以后，许多气 象学者不仅进行气象因素对污染物扩散影响的研究，而且开展了大气污染对天气、气候影 响的研究。l a n d s b e r g ( 1 9 8 0 ) 搜集各地空气中污染物( s o ：、c o 等) 浓度与风速的关系， 发现这几种污染物的浓度皆随着风速的减小而迅速增大。1 。有关学者对美国纳什维尔市研 究发现，城市空气中灰尘污染浓度与燃煤量的关系不如与气象条件的关系大，而在气象条 件中又以与大气稳定度的相关系数为最大“。l m c e l r o y ( 1 9 8 6 ) 用机载激光雷达飞行测定 山东师范大学硕士学位论文 在南加利福尼亚复杂沿海环境中大气污染物的迁移，揭示了这样的地区特有的污染物垂直 分布、大气边界层结构和污染物迁移和扩散的详细情况，提出扩散气候学除了考虑低空热 结构外，还应考虑高空风体系的频率和持续时间“1 。m s h a h g e d a n o v a ( 1 9 9 9 ) 针对莫斯科 主要污染源的特点分析了污染最严重时段的气象条件，指出高浓度c o 出现在高压体系、 上下对流和低风速时期”1 。h n o o r d i j k ( 2 0 0 2 ) 运用多元回归分析的方法，研究了主要大气 污染物s o ：、n o x 、p m 。与气象条件的相关性，分别选取风速、风向、降雨量和降雨持续时 间、温度、气压、相对湿度以及辐射总量作为变量，确定出各个气象因子对不同污染物的 影响大小嗍。 1 2 2 国内研究动态及现状 我国大气污染研究是1 9 7 3 年第一次全国环保工作会议之后才开始的，1 9 8 0 年以前主要 是研究影响污染物稀释扩散的天气形势和气象条件。针对兰州城市严重污染情况，1 9 8 8 年 在兰州实施了国家自然科学基金重点项目“复杂地形上边界层和大气扩散的试验和数值模 拟研究”，通过试验研究兰州地形、城市热源、大气污染等因子影响下的边界层特征、湍流 扩散特征以及声雷达资料应用于扩散等方面取得了有特色的工作( 陈长河等，1 9 9 3 ) ”1 ；杨 德保( 1 9 8 9 ) 对造成兰州城市冬季强空气污染的大气环流形势和天气系统进行了统计分析， 发现当兰州地区处于小高压控制时，空气污染较重，处于蒙古高压前部和南下的蒙古高压 区控制时，污染较轻，冷风经过后污染浓度降低”1 ；任阵海等( 1 9 9 5 ) 在石家庄及以东地区 冬季采暖期进行航测，获得了多种不同气象类型下臭氧、氮氧化物、一氧化碳以及颗粒物 等浓度的空间分布规律；苏福庆等( 1 9 9 5 ) 从天气学角度研究了华北地区大气污染物输送 系统及其输送形势，表明华北地区大风日数多、风垂直切变大，气温日较差明显，污染物 排放及混合层海拔高度较高，有利于形成向自由大气输送的通道；弓晓峰等( 2 0 0 2 ) 通过对 南昌市区地面风、污染系数、污染源、s o 。浓度和各气象因素的关联性及相关性等进行分析， 发现主导风向及其风速、气压、降水量和2 时稳定度是影响南昌市空气s 0 。浓度的重要因素， 各测点s o ：浓度与气压、降水量、清晨2 时稳定度等的关联度大。1 。孟燕军等( 2 0 0 2 ) 对影响北 京地区大气污染物扩散的地面天气形势进行了分类，并结合1 9 9 8 2 0 0 0 年北京南郊观象台 的地面、高空气象资料。重点分析了各类地面天气形势控制下北京地区局地低空、地面的气 象条件特征，发现当低压类地面天气形势控制时，容易引起污染物在北京地区汇聚和累积“。 济南市关于污染气象方面前人已做了不少工作。山东师范大学和济南市环保监测科研 所曾根据1 9 7 8 年1 2 月2 5 2 9 日，每日三次观测取样的资料分析研究这次济南地区s o 。 强污染过程与天气形势的关系。研究指出：济南市s 0 2 浓度的峰值和谷值是与天气形势一 一相对应的，即在反气旋的后部出现峰值，其前部出现谷值；槽线( 或冷锋) 前出现峰值， 其后为谷值；s o ：浓度变化的趋势与天气过程发展趋势相一致叭。金荣兴等( 1 9 8 6 ) 对济 南城区热岛效应及其与城区大气污染物输送、集聚关系进行了初步研究“”。萄建国等( 2 0 0 3 ) 山东师范大学硕士学位论文 使用济南市1 9 9 7 2 0 0 1 年期间观测和预测的逐日气象要素资料，对2 4 小时逐时每种气象 变量( 气温、风向、风速和降水) 的3 一d 分布作对比和相关分析，找出它们之间的内在联 系及其相似性，导出基本的空气污染天气类型“。本文在前人研究的基础上，进一步对影 响济南市s 吼浓度的主要气象因子进行定性和定量分析，并对地面天气形势进行了统计分 类。另外研究方法有所改进( 详见1 3 2 ) ，研究结论与前人也有所不同( 详见第三部分) ， 但从理论上都能够解释清楚。通过本文研究，为济南市大气污染治理工作和空气污染趋势 预报提供相应的理论依据，对污染气象学的理论内容有所补充。 1 3 论文研究内容、技术方法和路线 1 3 1 研究内容 ( 1 ) 济南市气候特征分析 ( 2 ) 济南市s o 。污染现状及特征分析 ( 3 ) s o ：日均浓度与气象因子相关性分析 ( 4 ) 济南市空气污染天气形势分类 1 3 2 技术方法及路线 利用济南市现有资料和文献状况，本文选用简便易行、且具有较高准确率的统计方法 研究气象条件与s o ? 日均浓度的相关性。本研究以天气学、气候统计学为主要理论支持， 借助统计分析软件s p s s ( s t a t i s t i c a lp a c k a g ef o rt h es o c i a ls c i e n c e ) 研究气象条 件与s o ：日均浓度的相关性。对于二者的相关关系，前人有不少研究成果，但在选择相关 因子时大多没有考虑气象因子之间的相关性“”3 。由于挑选的气象因子非正交，导致回归 计算结果的不稳定，并给计算带来一定的误差。针对上述问题，本文把一元线性相关分析、 自然正交分解( e o f ) 和逐步回归方法结合起来，建立变量之间相互独立的统计模型。通 过对各气象因子与s o ：日均浓度进行一元线性相关分析，找出相关性显著的气象因子。在 此基础上，运用自然正交分解消除所选气象因子之问的相关性，并进一步通过逐步回归分 析，研究气象因子对s o ：日均浓度的综合作用，对s 晚日均浓度与主要气象因子的关系进 行定量分析，求出气象因子对s 魄日均浓度变化的贡献量。最后本文采用k - m e a n s 聚类分 析法对济南市空气污染地面天气形势进行分类，共得到2 大类7 种天气形势，并以此分类 作为今后空气污染趋势预报的判断依据。 本论文的技术路线可用以下流程图来表示： 山东师范大学硕士学位论文 图1 1 技术路线图 1 4 研究区域的界定及资料的来源、处理 研究区域的界定：考虑到济南市区与郊区下垫面特征和燃煤量的差异性，本文以城市建 成区作为研究区。详见图1 2 。 资料来源：本论文所涉及的数据资料主要是气象资料和s o 。日均浓度资料。气象资料 主要来源于中国气象资料网( h t t p ：d a t a c m a g o v c n i n d e x j s p ) 、美国气象资料网 ( h t t p ：w w w c d c n o a a g o v ) 和天气在线( h t t p ：e x p e r t t 7 0 n l i n e c o m ) ，部分缺 少气象资料由济南市气象台提供。s o ：日均浓度资料主要由山东省环境监测站提供，7 个大 气质量常规监测点的日均监测值的平均值，代表济南市区的s o ：日均浓度，具体监测点位 置见图1 2 。 图1 2 研究区范围及空气质量常规监测点位置 4 山东师范大学硕士学位论文 资料序列长度：两类数据的年代均为2 0 0 1 2 0 0 3 年，选取的具体日期以有s 0 ：日均浓 度值的日期为准。气象要素资料时间与s 0 2 日均浓度取样时间相对应，气象资料主要有地 面要素资料( 气温、气压、风速、温度、湿度、降水、日照时数等常规气象观测资料) 和 地面、高空天气形势资料( 天气图) 。 数据处理：数据处理大致分三步进行，首先对原始数据进行审查，删除部分不合理的 数据；其次要对数据进行处理、统计，在进行单因子相关分析前，将s o ：臼均浓度取距平 值，气象因子作标准化处理：第三步即本论文的具体研究方法和步骤，见本文1 3 2 中的 介绍。 山东师范大学硕士学位论文 2 济南市区气候条件及s 0 ：污染特征分析 2 1 区域概况 济南市位于山东省中西部，泰山穹窿北麓，黄河南岸，泰山山地与鲁西北冲积平原交 接的山前倾斜平原上，城区坐标为北纬3 6 。4 0 o o ”3 6 。3 2 o o ”东经1 1 7 。0 3 4 5 ” 1 1 7 。1 5 o o ”。全市总面积8 1 7 7 万公顷，市区面积3 2 5 7 万公顷，建成区面积2 0 0 万公顷“”。 济南市的大地构造单元属山东地块泰山隆起北侧，北邻济阳坳陷，地层发育比较齐全。 地层南老北新，南部以古尘界石灰岩为主，北部以新生界黄土及砂砾沉积为主。岩层呈向 北倾斜的单斜构造，褶皱不显，断裂发育，三组断裂切成块状。奠定济南构造基础“”。 市区地势南高北低，南部为低山丘陵带，坡度8 2 0 ，中部为山前平原带，坡度 2 3 9 o ，北为临黄平原带，坡度一般为1 2 ，由南向北地势趋缓“”。 济南市境内河流较多，主要有黄河、小清河、徒骇河等济南市区( 长清区除外) 属 小清河流域，水资源丰富。湖泊有大明湖、白云湖等。 济南市地域水文地质条件复杂，形成独特的泉水景观，市区内现有泉1 0 0 余处，分属趵 突泉、黑虎泉、珍珠泉、五龙潭四大泉群。 济南三面坏山，北倚地上河黄河，地形呈浅碟状，不利于大气污染物的水平输送和扩 散，使污染物容易在市区积聚，从而加重污染。 2 2 济南市气候特征分析 气温、降水、湿度等气象要素的多年平均值是用来描述一个地区气候状况的主要参数 而各种气象要素某年、某月的平均值( 或总量) 则可以反映出该时期天气气候状况的重要 特征“。 济南市地处中纬度地带的山东省内陆，南依泰山，北跨黄河，距海洋较远，属于暖温 带大陆性季风气候。四季分明，冬季寒冷雨雪较少，多东北j x l ：夏季炎热降水比较集中， 多为阵性降水；春季常因冷空气侵袭而造成气候多变、多西南风，在大风天气下，常伴有 沙尘暴或浮尘：秋季多天高气爽天气“。表2 1 、图2 1 为济南市累年主要气象因子统计特 征值，主要用于说明济南市主要气象因子的季节变化特征。 表2 1 济南市累年( 1 9 5 l 2 0 0 2 ) 主要气象要素统计特征值 6 山东师范大学硕士学位论文 图2 1 各季节风向频率玫瑰图 由于济南市地处中纬度，年平均气温较高，为1 4 4 4 ，且呈现明显的逐年升高趋势。 据统计近5 0 多年来济南市年平均气温以每l o 年0 2 5 c 的趋势变化率上升，其中冬季和春季 气温递增趋势显著，分别以每1 0 年0 4 9 和0 3 2 速度增加。济南市气温年较差较大，1 月 最冷，平均气温一o 9 0 ，7 月气温最高，平均气温2 7 5 4 。济南市日最高气温4 0 ：2 0 ，日 最低气温一l o 2 ，气温季节变化明显。 气压在一定程度上是天气形势的直接反映。地面气压变化同地面温度呈相反关系，冬 季气温最低而气压值最高，为1 0 0 6 6 h p a ，秋季为1 0 0 0 3 h p a ，春季为9 9 5 1 h p a ，夏季气压 山东师范人学硕士学位论文 值最低为9 8 7 2 h p a 。 济南市年平均降阿量为6 6 0 7 2m m ，且年际变化不大，季节变化明显。夏季降水比较集 中，降雨量为4 3 6 8 4 m m ，占全年降水量的6 6 1 ；冬季降雨量最少，平均只有2 0 2 6 m m ，占 全年降水量的3 1 。济南市降水多为阵性降水，持续时蚓较短，且多为小阵雨，平均降水 量为6 3 m m d 。 济南市年平均风速为3 5 0 m s ，春季平均风速最大，为4 3 1 m s ，冬季次之，秋季和夏 季最小。济南市常年主导风向为西南、东北风，频率分别为1 3 5 6 和1 2 6 9 ，静风频率较 低为7 7 0 。济南市冬夏两季主导风向转化明显，夏季最多风向为西南风，频率为11 2 4 0 ； 冬季最多风向为东北风，频率为1 6 7 7 ；春季虽多风向为西南风，频率为1 5 4 4 ；秋季 最多风向为东北风，频率为1 2 7 4 。其中，济南市全年平均以东北一东和南一西南风向下 的风速较大，其中以东北风向下最大为3 6 m s ；东南东一南南东风向下风速相对较小，以 东南东风向下最小为1 7 m s 。 受地理位置和地形的影响，济南市全年均出现逆温，主要为辐射逆温和下沉逆温，而 且逆温出现频率高，逆温厚度和逆温强度较大。从全年来看，济南市逆温出现频率为 5 3 5 ，平均逆温厚度2 3 0 m ，平均逆温强度1 7 1 0 0 m 。尤其是冬季逆温层较强较厚，维 持时间较长。济南市冬季逆温出现频率高达6 8 ，平均逆温厚度2 3 9 m ，平均逆温强度2 2 c l o o m 。济南市逆温年变化特征如表2 2 所示。济南市逆温频率很高，且逆温强度大， 此时空气稳定少动，十分不利于污染物的扩散。 表2 2济南市逆温年变化特征 2 3 济南市区s o ：空气污染现状分析 2 3 1 污染源调查 济南市空气中s o ! 的主要来源为燃料燃烧后排放的烟气。济南的能源结构以煤炭为主， 燃煤是导致济南大气污染的主要因素，是济南市空气中s o ：的主要来源。以2 0 0 2 年为例，济 南市能源消耗量及构成如表2 3 所示。由于生活污染源比较分散，调查统计存在一定的困难， 此处不作具体介绍。 8 山东师范大学硕士学位论文 表2 32 0 0 2 年济南市能源消耗量及构成“” ( 1 ) 主要工业污染源排序 济南市煤炭总消耗量为7 6 t 8 万t ，占总能源的6 6 5 。其中规模以上工业煤炭总消耗量 为6 3 6 万t ，工业s 0 ：排放量5 7 7 t ，占s 0 。总排放量的7 0 左右“”。济南市区重点工业污染源 s 0 2 排放状况如表2 4 所示。从表中可以看出，山东黄台火力发电厂和济南钢铁集团总公司所 占污染负荷最大，其中黄台火力发电厂s o ：排放量占总工业排放量的5 7 9 ，是济南市重点控 制的污染企业。 表2 42 0 0 2 年济南市主要工业污染源s 瓯排放量统计表m 1 9 山尔师范大学硕士学位论文 ( 2 ) 工业污染源空l u j 分布特征 重点工业仓业既是济南市的能耗大户，也是济南市的重点空气污染源。不合理的工业 布局是造成济南市，空气污染的重要因素之一。济南市常年的主导风向是东北一西南风。王 舍人工业区、党家庄工业区和几个主要污染企业都处于主导风向上。济南市主要工业污染 源分伟如图2 2 所示。从图中可以看出，济南市工业布局与济南市的主导风向相一致。城市 主导风向上分佰着水泥、冶金、电力和机械等工业企业，是济南市空气污染严重的主要原 因之一。 图2 2 济南市s 魄主要工业污染源分布图 ( 3 ) 污染源时问变化特征 统计数据表明，济南市近l o 年s 0 。排放量呈明显下降趋势，2 0 0 1 2 0 0 3 年s 0 z 排放量 年际变化不大。但采暖期和非采暖期变化明显，采暖期( i i 5 3 2 5 ) 的月耗煤量比非采 暖期增加i 2 倍“，因此s 吼排放量也相应增加。2 0 0 1 2 0 0 3 年期间的耗煤量及s 0 ：排放 量的时问变化特征如表2 5 所示。济南市2 0 0 1 2 0 0 3 年耗煤量呈逐年增长趋势，但s 魄 排放量基本保持稳定。主要是因为济南市政府采取一系列管理措施，如严格控制燃煤含硫 量、改进脱硫技术提高脱硫效率、提高s 0 ：排污费等，减小了s q 排放率，实现了s o 。排放 的总量控制。 表2 5 济南市2 0 0 1 2 0 0 3 年耗煤量和s o ：排放量统计表“”“6 注：生活耗煤龄分散，此处未作统计 0 山东师范人学硕十学何论文 2 3 2s 0 ：污染现状及特征分析 ( 1 ) 静态对比分析 与环境空气质量标准对比分析 济南市空气污染呈现典型的煤烟型污染特征，s o ：超标较严重。根据山东省环境监测站 提供的监测数据，2 0 0 1 2 0 0 3 年济南市区s o 。同均浓度监测结果统计见图2 3 。从图2 3 可以 得出以下结果：2 0 0 1 2 0 0 3 年济南市区s 吼年均值为0 0 5 8m g m 3 ，低于0 0 6m g m 3 的大气环 境质量标准。其中在0 0 2 5 m g m ：处存在一个明显的频数峰值。s o ：同均浓度在0 0 1 n 0 1 5 m g m 之嵋j 的频率为8 4 ，表明济南市大部分时间的浓度出现在这一浓度段；以二级空气质量 标准作为评价标准，三年中约有十分之一的天数济南市s o ：日均浓度超标：另外，s 0 ：日均 浓度大于0 3m g m 出现的频率虽然不到1 ，但如果这样的天气条件持续数f 1 ，会形成严重 污染事件。 s 0 2 浓厦( n i g m 3 ) 图2 32 0 0 1 2 0 0 3 年s o ，同均浓度各浓度段分布频率图 各常规监测点对比分析 济南市环境空气质量自动监测系统连续2 4 小时观测，每分钟一个样品。系统包括7 个常 规浓度监测点，从1 # 一7 # 分别为济南化工厂、省种子站、机床二厂、国防科干所、市监测 站、开发区和农科所，具体监测点位置详见图1 2 。自动监测系统一年3 6 5 天不间断运行监 测，监测结果能够反映监测范围内的全年污染水平和济南市空气污染季节、月际和日变化 趋势，同时也能很好地反映出污染物浓度的水平分布的非均匀性。各常规监测点功能区分 类及s o ! r 均浓度如表2 6 、2 7 所示。 表2 6 济南市常规大气监测点功能区分类 山尔师范人学硕十学位论文 表2 7济南市2 0 0 1 2 0 0 3 年大气常规监测点s o 。日均浓度 济南市s 0 1 浓度空问变化很大从各监测点年均值浓度分布情况看，1 # 济南化工厂、5 # 市监测站和2 # 省种予站s o ! 同均浓度值明显偏高，4 # 国防科干所和6 # 丌发区环境空气质量较 好，这与济南i l j 区污染物排放量的空间分布特点以及所处的地理位鼍有关。l # 济南化工厂、 5 # 市监测站和2 # 省种子站位于济南市中心区，是济南市工业污染源密集区，处于主要工业 污染源的下风向，s o ? f | 均浓度明显偏高。相比于其他监测点，丌发区和国防科干所位于济 南市的最东和最南位胃1 涵近郊区，周围污染源少，s o ! 同均浓度较低。 ( 2 ) 动态变化特征分析 从环境空e 质j 建统计资料来看，近l o 年济南市s 0 ：年均浓度呈明显下降趋势( 见图2 4 ) 。 2 0 0 1 2 0 0 3 年济南市区s 0 ：浓度年际变化不大，而“u i ，字形分布的季节特征十分明显。济 南市s o ! 同均浓度冬季最高，为0 1 3 3m g m ，超标率为3 6 1 ，最高值均出现在冬季的1 2 月 份。s o ：同均浓度最低的季节是夏季，平均值为0 0 1 8m g m ：。春季和秋季s 仉浓度介于二者 之问，变化比较平缓。这种变化与各个季节的气象条件有一定联系。通过对济南市区2 0 0 1 2 0 0 3 年的s o ! 浓度资料统计发现，采暖期s 吼同均浓度远远高于非采暖期。采暖期s 0 ：平均日 均浓度为0 1 1 8m g m = ，超标率达2 5 8 。采暖期s 0 1 最高r 均浓度为0 4 1 1m g m 3 ，为标准值 2 7 4 倍。非采暖期s o ? 平均二| 均浓度为0 0 2 2m g m 1 ，全部达到国家二级标准。见表2 8 。 j n j tl 份 月扮 图2 4 济南市s 0 ：同均浓度年( 月) 变化特征 山尔师范人学硕士学位论文 采暖州 沂采暖则 4 3 4 6 2 3 0 0 1 7 0 4 儿 0 0 0 3 0 0 7 3 o 1 1 8 0 0 2 2 2 5 8 o 合计 1 0 5 70 0 0 3 0 4 l l0 0 5 89 o i i l 东帅范人学坝j j 学位论史 3 济南市s 0 ：浓度对边界层气象要素场的响应 3 1 气象因子的选取 污染气象条件分析主要是研究与污染物在大气中扩散稀释及浓度变化有关的气象因 子。影响环境空。e 质量的气象因子很多，既有地面气象凶子，又有高空气象因子。在选取 气象因了时本文遵从如下服! j 1 0 ：基于实测资料；尽量选取稳定性好、代表性强的气象 资料；对几个气象i 闷子可以进行适当的组合，以便减少因子的个数，并使气象概念更加 明确：因了与污染相关性好否，以天气意义是否明确为前提，在此前提下进行因子的初 选。结合天气预报经验，粗略选取以下观测因子作为相关因子： ( 1 ) 同均气温。反映城市所处冷暖气团状况。 ( 2 ) 日均气压。反映城市所处的气压系统的强弱。 ( 3 ) f 1 均m 速。反映空气平流输送能力的强弱。 ( 4 ) 逆温强_ 【 ! ：和逆温脬度。反映城市大气稳定度状况。 ( 5 ) 同降水量。反映天气状况及污染