2015年初冬季北京地区大气污染物的研究分析

论文总字数：16647字

目 录

1 引言 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外的研究现状 3

1.3 本文的研究内容 4

2 由2015年春节烟花爆竹限放期前后空气质量对比见其对大气污染物的影响 4

2.1 监测背景与分析方法 4

2.2 2015年春节烟花爆竹限放期前后空气质量 6

2.2.1 2015年春节烟花爆竹限放期前后PM_2.5浓度对比 6

2.2.2 2015年春节烟花爆竹限放期前后SO₂浓度对比 8

2.2.3 2015年春节烟花爆竹限放期前后O₃浓度对比 10

2.2.4 2015年春节烟花爆竹限放期前后NO2浓度对比 11

2.3 2015年春节烟花爆竹限放期前后大气污染物综合分析 13

3 2015年春节过后污染物扩散情况分析 14

3.1 由风场分析此次大气污染物的消散过程 15

3.2 由湿度因素分析此次大气污染物的消散过程 17

3.3 风与湿度对大气污染物扩散过程影响机制综合分析 19

4 结论、建议和讨论 20

5 不足与展望 21

参考文献 22

致谢 24

2015年初冬季北京地区大气污染物的分析研究

储琪

，China

Abstract：This paper focuses on researches of major air pollutants, such as NO2, O3, SO2 andPM2.5, for Beijing region in winter. The effects between the discharge of fireworks and air quality before and after the Spring Festival in 2015 were also studied. It can be concluded that discharge of fireworks has greatest impact on the PM2.5, greater impact on  NO2 and SO2, and these three pollutant concentrations have significantly increased and sustained effect, but discharge of fireworks  almost has no effect on O3.

By analyzing the air quality and the situation in Beijing after the Spring Festival in 2015, we can concluded that the diffusion rate of wind speed is positively correlated with the atmospheric pollutants, and  the wind direction affects the diffusion of atmospheric pollutants. However, high humidity hinders the  diffusion of atmospheric pollutants.

Key words：Beijing ; Winter; Air pollutants; Meteorological Elements

1. 引言
2. 1 研究背景及意义

随着当今社会各种经济产业迅速发展，空气污染已不再是一个局部性问题，而成为区域性、全球性的问题。它与城市经济增长、社会平稳发展和人民健康状况都有着密切的联系，人们已认识到空气污染是当今世界上所有城市，尤其是大型都市的一种灾难。^[１] 北京作为我国首都城市，如今已跨入国际化大都市的行列，北京位于华北大气污染区,对其气溶胶的研究也备受关注。^[2] 随着北京市城市化的逐步发展，无疑会带来一系列新的问题，而城市空气污染就是其中重要而突出的问题之一。

在北京市环保局2016年4月13日发布的《2015年北京市环境状况公报》中指出，2015年，全市空气中细颗粒物（PM_2.5）年平均浓度值为 80.6 微克 / 立方米 , 超过国家标准 1.30 倍；二氧化硫（SO₂）年平均浓度值为 13.5 微克 / 立方米，达到国家标准；二氧化氮（NO₂）年平均浓度值为 50.0 微克 / 立方米，超过国家标准 0.25 倍；可吸入颗粒物（PM₁₀）年平均浓度值为 101.5 微克 / 立方米，超过国家标准 0.45 倍。图1为1998年至2015年空气中主要污染物年平均浓度值变化趋势图，图2-图4为2013年-2015年空气中四项污染物月平均浓度值变化趋势图，可以看出空气中主要污染物年平均浓度值总体呈下降趋势，且四项污染物月平均浓度值分布最高的季节均为冬季。所以我们选取冬季北京地区的几个空气质量监测站点的数据为对象，研究城市冬季环境、气象要素等因素与大气污染物成、传播过程的关系。

PM_2.5、SO₂、O₃、NO_x由于这些大气污染物对于大气光化学反应以及对人民身体健康的影响效应，所以成为当今研究城市空气质量所关注的焦点。^[3-7]政府及社会各界人士都对日益严峻的空气污染问题十分关注，为了保障人民的生活水平、城市的可持续性发展，我们必须分析研究大气污染物的形成、影响因素，并通过对未来大气污染物情况的预测制定出合理的解决方案，积极治理大气污染，提高空气质量。

图1 1998-2015年空气中主要污染物年平均浓度值变化趋势图

图2 2013年空气中四项污染物月平均浓度值变化趋势图

图3 2014年空气中四项污染物月平均浓度值变化趋势图

图4 20 15年空气中四项污染物月平均浓度值变化趋势图

1.2 国内外的研究现状

据北京市环保局2016年1月4日对外通报，北京市2015年空气质量达标天数186天，占全年天数的51%，较2014年增加14天；2015年重污染共46天，占13%，较2014年减少1天。近三年北京市PM_2.5达标天数呈增加趋势，PM_2.5五级重污染天数逐年减少。

虽然近年北京市大气环境质量达标天数有所增加，但是严重污染日仍占13个百分点，弄清严重污染，尤其是冬季积累型严重污染的时空分布特征和成因，对于污染预警，污染控制具有重要意义。

朱燕舞等^[8]于2007年1月19日-2月8日对北京市四环附近的大气污染监测及对检测结果的分析，指出冬季采暖期是北京大气污染较为严重的时期，大气污染物主要是燃煤采暖造成的，煤在燃烧过程中产生的烟尘、SO₂、NO₂、CO等大气污染物是造成燃煤型大气污染的主要原因。

北京大学光华管理学院和北京大学统计科学中心陈松蹊课题组2016年3月发布了《空气质量评估报告（二）：中国五城市空气污染状况之统计学分析》，数据显示，在这五个城市中，成都和北京两个城市的空气污染情况最为严重。报告指出，如果把污染平均持续时间和占比作为污染严重程度的评价指标，成都的空气污染情况是最严重的；如果以“严重污染”时间占比作为评价指标，北京是最差的。报告还显示，五个城市的空气质量存在季节性差异。除北京以外，其他四个城市的空气质量都是夏季最好、冬季最差，而北京保持“全年无休”，夏天空气质量减轻得最不明显，冬季则呈现“严重污染”与“优良空气”的两极分化。引起这种现象的原因可能是北京市在冬季有集中供暖，煤炭等化石燃料的燃烧引起的污染物排放较其它季节有显著的增长。^[9]

李金香等^[10]对2000年-2005年秋冬季节北京市大气污染达到4-5级（API标准）多个案例气象与污染监测数据的综合分析表明，北京地区秋冬季节严重污染的时空分布特征有，发生时间连续，空间范围广布以及垂直散布高度增加。秋冬季节严重污染的一个突出特点就是发生时间的连续性。严重污染的持续性体现了秋冬季节气象条件变化在天气尺度上对大气污染的影响。此时天气过程的演变存在明显的周期性。秋冬季节，北京市空气质量的优劣转化与北方冷空气的影响直接相关。受到冷空气强烈影响的属于有利扩散的天气型，而冷空气影响减弱使北京市局地性天气系统控室变为不利扩散。经常用来度量大气对污染物扩散、混合能力强弱的指标是大气稳定度和风力。唐宜西等^[11]研究发现2005～2012年北京地区其他气态污染物浓度（NO₂、NOx、SO₂、和CO）总体均呈缓慢下降趋势，从2012年开始浓度有所反弹，气态污染物在秋、冬季节的平均浓度均高于春、夏季。车瑞俊等^[12]以大气中的PM_2.5和PM₁₀为研究对象，于2005年冬季在北京市范围内设立5个功能区（9个采样点）进行采样监测，结果表明在一定数值范围内，颗粒物质量浓度变化特点表现为以下几个方面：随着温度的上升而下降；随着相对湿度的升高而上升；随着风力的增加而降低；随逆温层的生成及增强而增长。说明在污染物一定的情况下，温度、湿度、风力以及逆温层等气象条件是影响PM_2.5和PM₁₀污染程度的重要因素。研究数据显示：在一定范围内颗粒物质量浓度与温度和风速呈负相关性，与相对湿度呈正相关性。但当相对湿度增大到可以发生重力沉降作用时，湿度与颗粒物的质量浓度不再具有正相关性。颗粒物的质量浓度随逆温层的生成及增强而增大。

城市重霾污染事件的发生除排放源内在原因之外，气象条件是最直接的客观外因。王跃等人^[13]以2013年2月21～29日北京地区典型细颗粒物（即PM_2.5）重污染过程为例，基于颗粒物水平和垂直监测数据，常规及加密自动气象站数据和高时间分辨率风廓线数据，分析了重污染过程中不同尺度环流形势以及边界层结构的变化对细颗粒物重度污染形成、累积和消散的影响。结果表明近地层低风速、高湿度和逆温的维持是区域霾污染爆发增长和长时间持续增长的关键气象因素。高压前部的系统性西北大风是污染得以驱散的直接外部动力。

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