2014年北京雾霾天气大气污染物的分析研究

论文总字数：16457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 2

1.3 本文的研究内容 3

2 北京市2014年10月6日至13日大气污染物的数据分析 3

2.1 研究背景介绍与分析方法 3

2.2 北京市此次雾霾天气的大气污染物分析 4

2.2.1 雾霾天气前污染物情况分析 4

2.2.2 雾霾天气时各站点污染物情况分析 6

2.3 结论与讨论、建议 13

3 雾霾期间结合天气状况对大气污染物的分析 13

3.1 研究背景与监测方法 13

3.2 研究期间天气情况 14

3.3 结合天气图对大气污染物的分析研究 18

3.4 结论与讨论、建议 20

参考文献 21

致谢 22

2014年北京雾霾天气大气污染物的研究分析

钱悦

, China

Abstract：Haze weather is an air pollution in China. In the autumn to late spring haze weather always happen. Especially in the international metropolis such as Beijing City, because of the large population, rapid industrial development, the air pollution phenomenon has caused the people to pay more and more attention. Haze weather can lead to low visibility and poor air quality, which influence people’s travel and health. This paper analyzes the pollutants situation of haze weather in Beijing city and the influence of the main air pollutants to haze weather.

Key words：Beijing ; Haze; Air pollutants; PM_2.5

1、引言

1.1 研究的意义及目的

近年来，我国的工业化、城市化进程不断加强，经济持续增长，并对能源的过度使用，向大气排放的各种污染物持续增加，环境中的大气污染状况日益严重，尤其是在人口稠密的城市和工业地区（北京、深圳等城市）。由于环境中大气污染物的增加，将会导致雾霾天气的形成。而雾霾天气是一种严重的城市气象灾害，雾霾天气频繁发生，对城市大气环境、人们的交通安全、生命健康、农业生产等带来的影响日益显著。同时，大部分严重的雾霾天气一旦形成往往很难消散，此类持续性雾霾天气对城市环境的危害往往尤其严重。雾霾天气已经成为2015年国内十大天气气候事件之一。

近年来北京市的雾霾天气更让人担忧。据统计，2014年北京雾霾总天数相比2013年雾霾总天数是增加的。而2015年，北京市环境空气中SO₂年平均浓度为13.5µgm^-3，远优于GB3095-2012国家标准（60µgm^-3）；NO₂年均浓度为50µgm^-3，已超过国家标准25%；PM₁₀（可吸入颗粒物）年平均浓度为101.5µgm^-3，超过国家标准0.45倍；PM_2.5(细颗粒物)年平均浓度为80.6µgm^-3，超过国家标准1.3倍，污染物PM_2.5已经成为北京市大气污染治理突出问题。

雾霾问题已经成了人们目前重点关注的问题，必须研究雾霾天气下的大气污染物，分析雾霾天气与大气污染物的联系，通过治理环境中的大气污染物来控制雾霾天气的形成，有效改善城市的空气质量。

1.2 国内外研究进展

早在20世纪50年代伦敦就已经出现了雾霾事件，刘光生^[1]分析了伦敦烟雾事件，由于冬季伦敦市多采用燃煤供暖，而产生的CO、SO₂、CO₂等气体直接排放到环境大气中。又由于多日连续无风，致使雾日持续多日。大雾日使得大气污染物滞留在大气中，导致大气污染物浓度剧烈增加。结合气象要素和逆温层的形成，而逆温层不易破坏，空气中大气污染物不易扩散，雾的持续时间长，而空气中的大气污染物也随着排放逐渐增多，从而出现大量的黑色烟雾。

丁珏等^[2]通过大量观测数据表明：在大雾天气的条件下，大气中颗粒污染物的浓度明显增加，因而颗粒污染物是大气污染物的首要污染物。当空气污染严重时，悬浮颗粒物增加。TSP中大部分具有吸湿性，可以作为凝结核，使雾滴成为浓度较大的污染物。当空气的RH下降时，雾滴又转化成为霾滴。导致雾霾天气加重。

于兴娜等^[3]对北京地区数年来雾霾期间的气溶胶进行研究分析得出：雾霾天气期间的大气污染物主要以细粒子为主，大气污染物光学厚度出现较高值，并且雾霾天气期间发生时的天气形势是稳定的又极利于颗粒物的积累，从而导致较高浓度的气溶胶污染事件。

赵秀娟等^[4]对2011年9月-12月期间对北京市的雾霾天的研究发现北京地区的首要污染物为可吸入颗粒物，随着机动车尾气排放增多、能源结构调整，导致北京区域的复合型大气污染严重，城区更为严重。细颗粒物尤其是二次污染物污染加重。细颗粒物污染导致的持续性雾霾天气和重污染过程逐渐增多。

周丽等^[5]研究得出北京市冬季PM_2.5与SO₂，NO₂，0₃均表现出较好的相关性。Querol X和Marcazzan G M^[6-7]等大量研究表明，二次无机气溶胶包括(NH₄)₂SO₄、NH₄NO₃、NH₄CL等占PM_2.5质量浓度30%左右。吕效谱等^[8]对大范围雾霾天气期间大气污染物分析得出细粒子是导致雾霾天气能见度低的主要原因。CO，PM_2.5和PM₁₀是雾霾天气的主要大气污染物，其次是NO₂。PM_2.5和PM₁₀与CO相关性较好；PM_2.5与NO₂的相关性也较强，说明机动车尾气污染是导致雾霾天气形成的主要原因；PM_2.5和PM₁₀与SO₂相关性较差，说明SO₂对雾霾天气的贡献较小，可能的原因是由于冬季北方的气温及湿度相对较低，SO₄^2-的生成以SO₂的气相氧化为主要途径；PM_2.5和O₃的相关性也较强，是由于O₃来源于光化学反应并促进二次气溶胶的形成。

北京市遭遇持续雾霾天气的影响，2013年1月中长达26天为雾霾天气。雾霾天气是由多种气象条件因素和空气中大气污染物共同作用的所导致的。陈曦等^[9]对2013年1-2月北京频发的雾霾天气的污染物PM_2.5进行了连续的监测，得出雾霾天气期间的污染是由土壤扬尘、和化石燃料的排放、工业生产等人类生产生活引起的各种污染所致；其主要原因是机动车尾气排放和冬季北京燃煤供暖。

曹伟华等^[10]统计了1980-2010年北京年平均雾日和霾日，可以看出北京市雾日的空间分布呈现东南向西北递减趋势，东南及城区是大雾高发区，在北京东北的密云县、房山和门头沟一带是大雾天气低发地区，而西北部的延庆和怀柔地区大雾日有所增加。雾日的空间分布趋势与北京市的西北部的马蹄形地形有关，而北京市的霾日相对集中于北京东南地区，大兴、通州及北京城区是霾日的高发区，而霾日在城郊之间表现出明显的差异。综上所述，北京东南及城区始终是大雾和霾的高发地区，这些地区经济和交通运输更加发达，雾霾天气一旦出现，将对人们的生活产生严重的影响。对2009年11月3-8日北京的一次持续性雾霾天气过程进行分析，此次的雾霾天气具有明显的阶段性特征，前期表现为以霾为主，到中期逐渐转为雾霾交替阶段而后期又转换为霾阶段并逐渐消散。PM_2.5浓度的变化特点整体呈先升高后降低，并在11月6日达到最大值后随着雾霾天气的消散而迅速减小，高浓度的气溶胶条件是促使本次持续性的雾霾天气过程一个重要原因^[11]。

彭应登等^[12]对2013年1月北京市的污染物分析，北京在一个月中先后出现四次空气重污染过程，环境空气质量明显变差，冬季夜晚辐射降温明显，使空气中水汽达到饱和并形成辐射雾，而逆温层的出现，不利于大气污染物的扩散，滞留在近地层中形成了霾。北京市雾霾天气下的PM_2.5进行监测，来自周边区域的污染物传输，与本地污染的积累作用相叠加，同时高湿静稳的天气条件又不利于污染物的扩散，致使二次污染物的迅速转化与积累，从而加重了雾霾的程度，导致了本次雾霾天气出现了长时间、大范围的重污染过程。

1.3本文的研究内容

（1）通过对北京市一次雾霾天气的污染物的研究，分析北京市此次雾霾天气主要污染物的情况。

（2）对此次北京市雾霾天气时，城区监测点的各污染物的浓度的研究，分析北京市城区哪种污染物污染更为严重。

（3）结合PM_2.5的空间分布图，研究北京市的雾霾天气期间城区监测点和郊区监测点的污染状况，分析此次雾霾天气对北京市哪个方位影响更大。

（4）结合天气图，分析北京市的气象要素，此次雾霾天气下北京市的扩散条件。

2、北京市2014年10月6日至13日大气污染物的数据分析

2.1 研究背景介绍与分析方法

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