（自然地理学专业论文）基于小波分析的上海市环境空气质量变化及与气象关系研究.pdf

基于小波分析的上海市环境空气质量变化及与气象关系研究 摘要 近年来，随着工业生产的发展和城市人口的迅速增长，城市大气污染日趋严 重，这使人民的生命和财产受到了严重的威胁，因此我们在发展生产的同时迫切 需要保护和改善环境。尤其是空气环境，空气质量的好坏一方面取决于污染源的 多少、性质和排放强度，另一方面还要依据当时、当地的气象条件而定。在不同 气象条件下，同一污染源排放所造成的地面污染物浓度可相差几十倍乃至几百 倍。气象条件与空气质量的关系十分密切，为了改善上海市地区的空气质量，我 们很有必要研究该地区气象条件与空气质量的关系。大气污染物含量具有一定的 年变化、日变化规律，在时域中存在多层次时间尺度结构和局部化特征，包括主 周期变化和突变点变化，分析大气污染物的本身规律，来进行短时间的预测和突 变点原因分析很有必要。 本文工作是在上海市环境监测中心在四个国控点，分别包括杨浦区第四漂 染厂( 工业区域) 、虹口区海南路( 商业区域) 、普陀区环境监测站( 居住区域) 和淀山湖环境监测站( 清洁对照点) 2 0 0 5 年1 2 月3 l 号1 2 时2 0 0 6 年5 月1 1 号9 时的实测小时数据基础上，采用具有可变分辨率、能够提供信号在时域和频 域上局部化信息的小波分析法来研究上海市环境空气质量的变化规律和趋势及 其与气象的关系，得出上海市环境空气质量浓度时间序列变化的周期性和突变性 以及突变点发生的具体时间和原因，并对其短时期内的变化趋势进行预测。 本文研究发现近半年来四个区的相对湿度、气温和p m l o 的变化接近，无论 是从第一，二主周期上，还是从突变点的变化情况来看，虽然是四个不同的功能 区，每区的情况各有不同，但相对湿度、气温和p m - o 的第一主周期均在1 4 天左 右，也就是两个星期，与之对应的是第二主周期均在5 天左右。主要是由于气温 的变化直接影响到相对湿度的变化，而相对的湿度的变化又和p m l o 的变化直接相 关，另一方面，从它们的第一主周期在1 4 天左右，主要是和大气低频振荡相关， 而与各区局部的天气情况相关性较小，所以对这三个因子而占四个区的整体情况 比较类似。 在进行各区对比研究时发现，虹口区与杨浦区的s 0 2 、p m l o 、n o ：三个空 气质量因子的主周期和突变点的变化相当接近，第一主周期在1 4 天左右，第二 主周期在5 天左右，表明两区的s 0 2 、p m l o 、n 0 2 季节变化规律相当的一致。这 基于小波分析的上海市环境空气质量变化及与气象关系研究 种典型的季节变化规律与天气条件如逆温、风向、风速等关系密切，由此一致性 可以推定，二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物的排放源，排放方式及变化规律 之问的某种共性。普陀区监测站与青浦区监测站两地的空气质量因子的各项指标 比较接近：如s 0 2 、n 0 2 的第一主周期和第二主周期都已经很接近，第一主周期 在1 9 天左右，第二主周期5 天左右，在突变点方面，p m l o 、0 3 和n 0 2 空气质量 因子也很接近，这主要是因为氮氧化合物主要是和机动车的尾气相关，随着近年 来经济的发展，郊区所拥有的机动车的数量越来越多，所以氮氧化合物的变化已 经和市区的同步。 对臭氧时间序列进行小波分析发现：臭氧的第一主周期不同于其他各空气质 量参数，除青浦清洁对照区外，臭氧的第一主周期均在5 天左右，而其他各空气 质量参数的第一主周期均在1 4 天以上，由此可认为臭氧的变化机理不同于p m l o n 0 2 和s 0 2 的变化。而在清洁对照区青浦淀山湖臭氧的第一主周期达到了2 0 天， 据此推定，臭氧的变化之所以与城区的三区不同，关键还是在郊区机动车辆和工 业比城区的少，在城区由于机动车排放的氧化氮和城市工业在燃烧矿物燃料时排 放的氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物在空气中遇到阳光，就可能转化为臭氧 等二次污染物，形成光化学烟雾污染。 在进一步研究各空气质量因子的突变点变化的原因时，发现除了人为排放源 的影响外，天气形势的变化是重要原因如寒潮、沙尘暴、逆温及热岛效应的影响。 依据小波系数变化过程的高中低三个尺度的变化趋势和等值线的变化情况， 可以预测今后几天内的污染物浓度的变化。小波系数正的浓度较大，小波系数为 负的浓度较小。可以预测在今后的4 到5 天内，虹口区s 0 2 和0 3 浓度将由继续 减少，p m ，o 和n 0 2 的浓度先减小后增加。普陀区s 0 2 、p m l o 和晚浓度先减 小后增加，而n 0 2 的浓度总体上继续增加。杨浦区s 0 2 、n 0 2 和p m l o 的浓度是 先减小后增加，而0 3 的浓度在1 到2 天内小幅度增加到最大值，然后开始减小。 青涌s 0 2 、p m i o 和n 0 2 的浓度是先减小后增加，0 3 的浓度将由先微弱上升然后 一直减小。并且经过实测值的检验与预测值较好的保持一致。 总之，小波分析方法克服了傅里叶分析不能实现时域局部化和短时傅里叶分 析窗口大小不能随频率变化而调节的不足，它不仅能识别空气质量时间序列隐含 的主要周期，而且能给出其时频同时的局部化结构，为分析空气质量序列多时间 基于小波分析的卜海市环境空气质量变化及与气象关系研究 尺度的强弱变化、分布和突变点发生的具体时间提供了一条新途径。 关键字：上海环境空气质量气象小波突交点多时间尺度 基于小波分析的上海市环境空气质量变化及与气象关系研究 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s a l o n gw i t hi n d u s t r i a ld e v e l o p m e n ta n dr a p i dg r o w t ho fu r b a n p o p u l a t i o n ，c i t ya i rp o l l u t i o nb f g m e ss e r i o u sd a yb yd a y , w h i c hh a sc a u s e ds e r i o u s t h r e a to np e o p l e si i f ca n dp r o p e r t y t h e r e f o r e i ti su r g e n tt op r o t e c ta n di m p r o v et h e a i rq u a l i t yo fs h a h 【g h a i n ea i rq u a l i t yi sd e c i d e dp a r t i c u l a r l yb yt h en a t u r ea n d d i s c h a r g e so ft h ep o l l u t i o n s a n di sa l s oi n f l u e n c e db yl o c a lm e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n u n d e rd i f f e r e n tm e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，t h es a m es o u r c eo fp o l l u t i o nc o u l di n d u c e g r o u n dp o l l u t a n td e n s i t yv a r y i n gf r o md e c u p l et oc e n t u p l i c a t e i no r d e r t oi m p r o v et h e a i rq u a l i t yi ns h a n g h a i i ti sn e c e s s a r yt os t u d yt h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h i sl o c a l m e t e o r o l o g yc o n d i t i o na n dt h ea i rq u a l i t y i na d d i t i o r t , t h ea i rp o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o n h a sc e f f a i na n n u a lv a r i a t i o na sw e l la sr u l eo fd a i l yc h a n g e nh a st h em u l t i 1 e v e lt i m e c r i t e r i o ns t r u c t u r ea n dt h el o c a l i z a t i o nc h a r a c t e r i s t i ci nt h et i m ed o m a i n , i n c l u d i n gt h e m a i np e r i o dc h a n g ea n dt h ep o i n to ft o m i n gp o i n tc h a n g e s of o r e c a s t i n gt h et r e n d o ns h o r tt i m ea n df m d i n gt h er p 喇s o no ft h et u r n i n gp o i n to c c l l r sb yt h ea n a l y s i so fa i r p o l l u t a n ti t s e l fr u l ea r en e c e s s a r y ， b a s eo ns p o tm e a s u r i n gh o u r sd a t af r o mf o u rs t a t ec o n t r o l l i n gs p o ti nt h e s h a n g h a ie n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gc e n t e r , s e p a r a t e l yi n c l u d e sy a n g p ur e g i o nf o u r t h f l o a t st h ed y ef a c t o r y ( i n d u s t r yr e g i o n ) ，t h eh o n g k o ur e g i o nh a i n a nr o a d ( c o m m e r c i a l r e g i o n ) , t h ep u t u oa r e ae n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gs t a t i o n ( r e s i d e n t i a ld i s t r i c t ) 弱w e l l a st h ed i a n s h a n h ul a k ee n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n gs t a t i o n ( c l e a nc o m p a r i s o nd i s t r i c t ) i n1 2o c l o c k ，3 1 s t , d e c e m b e r , 2 0 0 5 - - 9o c i o c k ，l i s t , m a y , 2 0 0 6 ，t h i sa r t i c l ea d o p t st h e i n v a r i a b l er e s o l u t i o nm e x i c a n h a tw a v e l e ta n a l y t i cm e t h o dt h a tc a np r o v i d et h es i g n a l t h ep a r t i a li n f o r m a t i o ni nt h et i m ed o m a i na n df r e q u e n c yd o m a i nt os t u d yt h e f r e q u e n c yr a n g et h ec h a n g er u l ea n dt h et e n d e n c yo fa m b i e n ta i rq u a l i t ya sw e l la si t s r e l a t i o n s h i p sw i t ht h em e t e o r o l o g y w ec a no b t a i nt h ep e r i o da n da b r u p tc h a n g eo ft h e c o n c e n t r a t i o ns e r i e so fa m b i e n ta i rq u a l i t ya n dt h et i m ea n dr e a s o nw h yt h i sa b r u p t c h a n g eo c c u r r e da n df o r e c a s ts h o r tp e r i o dc h a n g et e n d e n c y t h i sa r t i c l es t u d i e sd i s c o v e r e dt h a tt h ec h a n g eo fr e l a t i v eh u m i d i t y , t h e t e m p e r a t u r ea n dt h ep m l 0a p p r o a c h e si nt h e s ef o u rd i s t r i c t sa b o u th a l fy e a r , w h a t e v e r f i r s to rs e c o n dc y c l e sa n dt h ec h a n g eo ft h ep o i n to fa b r u p tc h a n g e a l t h o u g hi nf o u r d i 彘r e n tr e g i o n s f i r s tm a i np e r i o do fr e l a t i v eh u m i d i t y , t e m p e r a t u r ea n dp m l 0a l l a b o u ta r e1 4d a y s ，v i z t w ow e e k s ，a n dt h es e c o n dm a i np e r i o da b o u t5d a y s t h em a i n r e a s o ni st h a tt h et e m p e r a t u r ec h a n g ed i r e c t l ya f f e c t st h er e l a t i v eh u m i d i t yc h a n g e ， w h i c hi sc o r r e l a t e dw i t hp m l 0c h a n g e ，o nt h eo t h e rh a n d , t h e i r s f i r s tm a i nc y c l e ， m a i n l yc a u s e db yt h ea t m o s p h e r i cl o wf r e q u e n c yv i b r a t i o n b u tt h ep r i n c i p l ep e r i o di s i r r e l e v a n tw i t hl o c a lw e a t h e rs i t u a t i o n ，t h e r e f o r e ，t h eo v e r a l ls i t u a t i o n so ft h e s et h r e e f a c t o r sq u i t es i m i l a ri uf o u rd i f f e r e n ta r e a s c o n t r a s t i n gv a r i o u sa r e a s ，w ed i s c o v e r e dt h a t ：t h ec h a n g eo ft h r e ea i rq u a l i t y f a c t o r ( s 0 2 ，p m t 0a n dn 0 2 ) i nt h eh o n g k o ur e g i o na n dy a n g e ur e g i o nq u i t e a p p r o a c h e so nm a i np e r i o da n dt h ep o i n to fa b r u p tc h a n g e ，t h ef i r s tm a i np e r i o da b o u t 1 4d a y s ，t h es e c o n dm a i np e r i o da b o u t5d a y s , i n d i c a t e ss e a s o n a lv a r i a t i o nr u l eo fs 0 2 。 p m l oa n dn 0 2s u i t a b l ec o n s i s t e n c yi nt h e s et w oa r e a s t h i sk i n do ft y p i c a ls e a s o n a l v a r i a t i o nr u l ei sr e l a t i o n s h i pw i t ht h ew e a t h e rc o n d i t i o nl i k et e m p e r a t u r ei n v e r s i o n 基于小波分析的上海市环境空气质量变化及与气象关系研究 w i n dd i r e c t i o na n dw i n ds p e e d f r o mt h eu n i f o r m i t yw em a ye s t i m a t et h a tt h es o u r c e a n dm o d eo fd i s c h a r g c so ft h es u l p h u rd i o x i d e ，t h en i t r o g e nd i o x i d ea n dp m x oh a v e s o m ek i n do fg e n e r a tc h a r a c t e rw i t hc h a n g er u l e t h ep a r a m e t e ro fa i rq u a l i t yf a c t o r s a r es i m i l a rb e t w e e np u t oa r e ai n s p e c t i o ns t a t i o na n dq i n g p ua r e ai n s p e c t i o ns t a t i o n , f o re x a m p l e ，f i r s tm a i np e r i o d i cv a r i a t i o na n dt h es e c o n dm a i np e r i o do fs 0 2a n dt h e n 0 2a l r e a d ya p p r o a c h e dv e r ym u c h ，t h ef i r s tm a i np e r i o da b o u t1 9d a 鸭t h es e c o n d m a i np e r i o da b o u t5d a y s i nt h ep o i n to fa b m p tc h a n g ea s p e c t , p m l i b0 3a n dt h en 0 3 a i rq u a l i t yf a c t o ra l s oa p p r o a c h e d ，t h er e a s o no fw h i c hi st h a tt h en i t r o g e no x y g e n c o m p o u n dw a sm a i n l yc o r r e l a t c dw i t ht h ev e h i c l ee x h a u s t w i t h “髓n ty e a r s e c o n o m yd e v e l o p m e n t , t h ev e h i c l eq u a n t i t yi n c r e a s e s i nt h es u b u r be v e r y y e a r , t h e r e f o r e n i t r o g e no x y g e nc o m p o u n di nt h es u b u r ba l r e a d yc h a n g e dw i t hu r b a n d i s t r i c t c o n d u c t i n gt h ew a v e l e ta n a l y s i st ot h eo z o n et i m es e r i e sd i s c o v e r e dt h a t , t h ef i r s t p r i n c i p a lp e r i o do ft h eo z o n ei sd i f f e r e n tw i t ho t h e rp a r a m e t e ro fv a d o n sa i rq u a l i t y b e s i d e sq i n g p uc l e a nd i s t r i c t ，f i r s tp r i n c i p a lp e r i o do fo z o n ei sa b o u t5d a y s ，b u to t h e r v a r i o u sa i rq u a l i t yp a r a m e t e ra l la b o v e1 4d a y s ，w h i c hc a ni n d u c e dt h a tt h ec h a n g e m e c h a n i s mo ft h eo z o n ei sd i f f e r e n tw i t hp m l i bn 0 2a n dt h es 0 2 b u tt h ef i r s t p r i n c i p a lp c r i o do ft h eo z o n ei nt h eq i n g p ud i a n s h a n h ul a k eh a sa m o u n t e dt o2 0d a y , a c c o r d i n gt ot h ea b o v ee s t i m a t e d , t h ek e yr e a s o no ft h eo z o n ec h a n g ei nq i n p ui s d i f f e r e n tw i t ho t h e rt h r e ea r e a si st h a tm o t o rv e h i c l ea n di n d u s t r yi ns u b u r ba r el e s s t h a nc i t y a n o t h e rr e a s o ni st h a tt h en i t r o g e nd i s c h a r g e db yv e h i c l ea n dn i t r o g e no x i d e c o m p o u n df r o mc o m b u s t i b l em i n e r a lf u e la sw e l la sh y d r o c a r b o ne n c o u n t e rt h e s u n l i g h t i nt h ea i r , w h i c hp o s s i b l yt r a n s f o r m st o t h eo z o n ea n df o r m st h e p h o t o c h e m i c a ls m o gp o l l u t i o n w h e nf u r t b e rs t u d y i n gt h er e a s o no ft h ea b r u p tc h a n g ep o i n t so fv a r i o u sa i r q u a l i t yf a c t o rc h a n g e ，i td i s p l a y e db e s i d e sa r t i f i c i a ld i s c h a r g e si n f l u e n c et h es y n o p t i c s i t u a t i o nc h a n g ei st h ei m p o r t a n tr e a s o nl i k ec o l dw a v e ，t h es a n ds t o r m ，t e m p e r a t u r e i n v e r s i o na n dt h et h e r n l a li s l a n de f f e c t a c c o r d i n gt ot h ew a v e l e tc o e f f i c i e n t so ft h r e ed i f f e r e n ts c a l ec h a n g e sa n d c h a n g e si nt h ec o n t o u r , w ec a np r e d i c tt h ec o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n t sc h a n g e st r e n di n t h en e x tf o u ro rf i v ed a y s c o n c e n t r a t i o n so fs 0 2a n d0 3 w i l lc o n t i n u et od e c r e a s ei n h o n g k o ud i s 仃i di nt h en e x tf o u rt 0f i v ed a y s ，h o w e v e r , t h ec o n c e n t r a t i o n so fp m l 0 a n dn 0 2 f i r s t l yd e c r e a s ea n dt h e ni n c r e a s e t h ec o n c e n t r a t i o no fs 0 2 、p m l 0 a n d0 3 w i l lb ec o n t i n u e dt od e c r e a s ea n dt h e ni n c r e a s e db u tn 0 2i n c r e a s e di np u r u ed i s t r i c t 1 1 他c o n c e n t r a t i o no f $ 0 3 、p m a oa n dn 0 3w i l ld e c r e a s ef i r s t l ya n dt h e l li n c r e a s e b u t t h ec o n c e n t r a t i o no f0 3f w s f l yg o tt h et o pv a l u ea n dt h e nd e c r e a s ei ny a n g p ua n d q i n g p ud i s t r i c t t h c s ef o r e c a s tv a l u e sa r ec o n s i s tw i t ht h eo b s e r v a t i o n s i ns h o f t , 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i ct i m eo fa i rq u a l i t y k e yw o r d s ：s h a n g h a ia m b i e n ta i rq u a l i t ym e t e o r o l o g y m e x i c a n h a , w a v e l e t t r a n s f o r m m u l t i - t e m p o r a l - s c a l e t h ep o i n to fa b r u p tc h a n g et h e p r i n c i p l eo f p e r i o d 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或 撰写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明 确说明并表示谢意 作者签名； 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学 位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论 文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文 的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的 学位论文在解密后适用李规定 一签名咏塘名；识移丫 日期：型l 多日期：鲨= = 2 ：墨 基于小波分析的上海市环境空气质量变化及与气象关系研究 第一章绪论 1 1 选题意义 近年来，随着工业生产的发展和城市人口的迅速增长，城市大气污染日趋严 重，这使人民的生命和财产受到了严重的威胁，因此我们在发展生产的同时迫切 需要保护和改善环境。尤其是空气环境，空气质量的好坏一方面取决于污染源的 多少、性质和排放强度，另一方面还要依据当时、当地的气象条件而定。在不同 气象条件下，同一污染源排放所造成的地面污染物浓度可相差几十倍乃至几百 倍。气象条件与空气质量的关系十分密切，为了改善上海市地区的空气质量，我 们很有必要研究该地区气象条件与空气质量的关系。 上海市地处我国东部沿海，东濒东海，南临杭州湾，是长江三角洲冲积平原 的一部分，地势低平，气候温和、湿润，受东亚季风影响明显。面积约为4 5 0 平方公里的上海是我国最大的工商业城市以及经济金融中心，人口高度密集，尤 其是进入九十年代以后，上海市的国民生产总值( g d p ) 一直保持着两位数的年增 长速度。虽然近几年上海市的空气污染状况有所减缓，但是随着城市化进程的不 断高速发展，机动车拥有量的逐步增多，上海市面临的环境压力仍十分重大，特 别是2 0 1 0 年世博会这一世界性盛会将在上海举办，上海市的空气污染问题不仅 是当地的一个关键问题而且也是我国非常重大的环境问题之一。 国内许多专家针对上海市的空气污染问题进行了非常多的研究工作但研究 主要集中于分析风向、风速等气象要素对上海市空气污染物的影响，或者介绍个 别年份上海市的污染物概况等。对于上海市空气污染物之间的相关关系，解释污 染物在不同月份、季节的特征，分析上海市工厂点源、机动车排放源等对污染物 的贡献等的系统研究非常有限。随着“九五期间”上海市政府针对重污染企业实 现达标排放：大力推行清洁能源，控制燃煤含硫率等政策的成功实施，上海市的 二氧化硫排放已经大幅减少，首要污染物己经由二氧化硫变成可吸入颗粒物 ( p m ，0 ) ：另一方面，随着机动车辆的逐年增加，汽车尾气对于上海市空气污染的 贡献甚至不亚于工厂排放，同时随着上海本市城市化进程的不断加快以及周边城 市经济的飞速发展，建筑与道路扬尘，外来污染物输送等对上海市空气质量的影 基于小波分析的j 浦 市环境空气质量变化及与气象关系研究 响也是有增无减；近几年上海市空气污染物的时空分布和演变规律均发生了显著 交化。因此，为了更有效地控制空气污染物的排放对于生态环境的影响，有必要 对上海市最近几年的空气污染状况以及各类污染源对于空气质量的贡献进行研 究。然而，单纯靠目前有限的监测站点资料来进行这方面的分析是非常困难的， 关于上海市环境空气质量与气象条件的关系规律，也作了不少的研究，但以前的 研究工作主要是从整体上来分析其小时，天，月，季和年的变化特点。 此外，大气污染物时间序列的变化虽然并不存在真正意义上的周期变化，但 大气污染物含量却具有一定的年变化、日变化规律，大气污染变化在时域中存在 多层次时间尺度结构和局部化特征，包括主周期变化和突变点变化，分析大气污 染物的本身规律，来进行短时间的预测和突变点原因分析很有必要。 1 2 上海市环境空气质量概况 上海市大气污染问题在二十世纪六十年代渐趋突出，八十年代根据我市大气 污染以燃煤型污染为主的特点，开展创建基本无黑烟区、烟尘控制区等工作，重 点治理电力、冶金、建材等主要污染行业，大力发展区域集中供热和城市煤气事 业。在此基础上，通过宏观政策调控，区域性污染防治工作也得到进一步发展： 九十年代以来，结合上海市城市布局、产业结构的调整、污染企业的搬迁，实施 了桃浦、吴淞等区域性的大气污染整治工作；在中心城区开展“基本无燃煤区” 和“无燃煤区”的创建工作，大力推行清洁能源替代，实施源头控制。同时，针对 机动车数量剧增伴随的石油型污染，我市在全国率先实旌车用汽油无铅化，并开 展机动车双燃料工程，加强新车尾气排污控制和在用车的监测监控，改善汽车尾 气对城市的环境污染。随着大气污染防治工作的进一步深入，对民用、商用污染 源的控制也纳入了管理体系。整个大气污染防治工作经历了由点源治理到区域治 理，从单项治理到综合防治的过程，通过能源结构调整、城市布局、产业产品结 构调整，结合污染源治理，改善环境空气质量。其中重点有煤烟型污染治理和机 动车污染治理。 煤烟型污染治理主要着重于燃煤引起的大气污染问题。二十世纪六十年代， 我市主要开展了以燃煤设施排放达标和改造除尘设施为主的治理工作。八十年代 以后，结合“城考”工作要求，创建“烟尘控制区”，在市区以加强管理为主，消 除“冒黑烟”：郊区以设置和完善除尘设施和淘汰落后手工加料为主，改善燃煤炉 2 基于小波分析的上海市环境空气质量变化及与气象关系研究 灶的污染排放情况 九十年代以来，为进一步改善中心城区的大气环境质量，加强污染源的达标 管理，控制主要污染物的排放总量，燃煤型污染控制工作从“烟尘控制区”升级为 “大气污染物排放达标区”，进而过渡到“基本无燃煤区”及“无燃煤区”，各区根据 自身的情况，进行中小锅炉的清洁能源替代，从源头控制，减少大气污染物排放 到2 0 0 3 年底，全市已建成4 0 0 多平方公里的“基本无燃煤街道镇”，卢湾、黄浦 两区建成了全行政区的“无燃煤区”。 上海市的机动车污染控制工作起始于二十世纪八十年代末期，主要侧重于对 道路行驶的机动车实施监督检测。九十年代中期，我市的机动车保有量出现快速 增长的端倪，大气污染从以煤烟型为特征逐渐转化成煤烟型与石油型混合特征的 复合型污染，为了控制机动车尾气污染的加剧，本市先后实施了一系列举措。 1 9 9 6 - 1 9 9 7 年，开展了1 3 万辆在用机动车的尾气综合治理，1 9 9 7 年1 0 月 1 日开始，全市推广车用汽油无铅化，比全国推广提前二年时间，为轻型汽车实 施电喷和三元催化技术的推广应用奠定了基础。1 9 9 9 年7 月1 日开始提前实施 轻型汽车的欧l 排放标准。同时为了加快车用燃料的清洁化进程，从1 9 9 8 年开 始在出租汽车上推广使用液化石油气( l p g ) ，在公交车上推广使用压缩天然气 ( c n g ) ，目前已分别形成3 8 万辆和5 8 0 辆的供气规模，并在2 0 0 0 年3 月领 先于全国推广使用低烯烃车用无铅汽油。2 0 0 3 年3 月1 日在全市实施机动车的 欧i i 排放标准，比全国实施提前了2 年时间，使机动车污染控制实现了源头管 理。 机动车污染控制是国内外大城市共同面临的环境难题。虽然近年来上海大气 环境质量优良率始终稳定在8 5 以上，但是，机动车尾气污染仍比较严重，尤其 是主要交通干道空气污染严重。近期的环境监测结果表明：中心城区主要交通干 道两侧机动车尾气污染因子普遍超标1 倍左右，内环线高架和“三横三纵”交通于 道污染超标更为严重，高峰时段的污染尤为突出，氮氧化物污染浓度峰谷比达8 倍。因此，机动车污染已经成为本市大气环境质量进一步改善的瓶颈之一。而且 由于机动车尾气污染物都是近地面排放，处于人群的呼吸带位置，因而对人体健 康有较大危害。机动车污染严重的地区也易诱发光化学烟雾，对城市环境安全带 来潜在风险。 3 基于小波分析的上海市环境空气质量变化及与气象关系研究 造成本市机动车污染上升的原因主要有两个方面：一是近年来本市汽车保有 量迅速增加。据统计，“九五”以来，全市机动车保有量的年均增长率在2 0 以 上到2 0 0 5 年1 1 月底，全市共有各类机动车2 1 0 多万辆，其中汽车约9 6 万辆。 车辆的增加对本市环境空气质量的进一步改善构成巨大压力。二是本市在用车中 高污染车辆比例高。高污染车辆指的是达不蓟国家第一阶段排放标准( 等效于欧 l 标准) 的车辆。这些车辆由于出厂时没有配置有效的尾气排放控制和净化系统， 其废气排放量相当于欧i 标准车辆的5 1 0 倍，欧标准车辆的1 0 1 5 倍。目 前本市有3 5 万辆汽车达不到欧i 标准。 近年来，通过产业结构的调整、工业污染治理以及大规模的绿化建设，本市 的空气环境质量逐年改善。但历年的监测数据表明，在未达到二级标准的天数中， 可吸入颗粒物指标( p m l o ) 超标占到9 0 以上，颗粒物污染已经成为制约本市 环境空气质量进一步改善的瓶颈。其中建筑施工、道路与管线施工、房屋拆除、 物料堆放、货物运输过程、道路保洁等产生的扬尘污染正是造成本市颗粒物超标 的主要原因之一 2 0 0 5 年，本市环境空气质量为优良的天数有3 2 2 天，优良率为8 8 2 。全年 可吸入颗粒物和二氧化硫同为首要污染物的有6 天，占总数的1 6 。可吸入颗 粒物和二氧化氮同为首要污染物的有1 天，占总数的0 3 。 近5 年( 2 0 0 1 2 0 0 5 年) 的监测数据表明，本市环境空气质量优良率除2 0 0 2 年外，其余4 年均高于8 0 ，2 0 0 3 2 0 0 5 年连续三年超过8 5 。主要有以下四项 指标评价近年来的环境空气质量： ( 1 ) 可吸入颗粒物指标 城区可吸入颗粒物年日均值为0 0 8 8 r a g m 3 ，达到国家环境空气质量标准 ( g b 3 0 9 5 - 1 9 9 6 ) 二级标准，较2 0 0 4 年下降0 0 1 l i n g m 3 。首要污染物为可吸入 颗粒物的有3 0 3 天，占总数的8 3 o 。 近5 年( 2 0 0 1 2 0 0 5 年) 的监测数据表明，本市城区可吸入颗粒物年日均值 除2 0 0 2 年外，其余均低于国家环境空气质量二级标准，可吸入颗粒物污染总体 呈下降趋势。 ( 2 ) 二氧化硫指标 城区二氧化硫年日均值为0 0 6 1 m g m 3 ，略超过国家环境空气质量标准 4 蓬于小波分析的f ：海市环境空气质量变化及与气象关系研究 ( g b 3 0 9 5 1 9 9 6 ) 二级标准，较2 0 0 4 年上升0 0 0 6 r a g r i d 。首要污染物为二氧化 硫的有4 9 天，占总数的1 3 4 。 近5 年( 2 0 0 1 - 2 0