上海市2001～2002年空氣污染指數分析
摘要：根據上海市2001年1月1日至2002年12月31日的空氣質量日報資料，分別做了年平均、空氣質量級別和首要污染物的統計，還具體統計了上海市空氣污染指數的每月平均值、每日的空氣污染指數和可吸入顆粒物、NO2和SO2的污染指數，并做折線圖加以分析。結果表明，上海市的空氣污染狀況不僅受大尺度的天氣現象如季風和降雨量的影響，還和近地面風速、大氣穩(wěn)定度、霧和逆溫層有很大的關系。
關鍵詞 ：空氣污染指數 首要污染物 可吸入顆粒物 二氧化氮 二氧化硫
1 引言
地球上的大氣是環(huán)境的重要組成要素，并參與地球表面的各種過程，是維持一切生命所必需的。大氣質量的優(yōu)劣，對整個生態(tài)系統和人類健康有著直接的影響，污染的空氣也可損害我們的生活質素，其中一個例子是影響能見度。因此，對空氣質量的變化規(guī)律進行分析是必要的。本文根據上海市的空氣質量日報資料，分析了上海市2001～2002年空氣質量變化的規(guī)律及原因。
2 資料分析
2.1 資料來源
本文中的空氣質量日報來源于國家環(huán)境保護總局(http://www.zhb.gov.cn)和上海環(huán)境熱線(http://www.envir.online.sh.cn)，資料時段是2001年1月1日至2002年12月31日。具體分析空氣污染指數的月平均值和每日的空氣污染指數的變化規(guī)律，統計其可吸入顆粒物、NO2和SO2的污染指數，并做出折線圖。
2.2 上海市2001年和2002年平均空氣污染指數對比
從空氣污染指數的年平均值中可以看出總的空氣質量狀況。上海市2001年的平均空氣污染指數為75.6，2002年的平均空氣污染指數為79.5，2002年的年平均空氣污染指數比2001年的有所增加。
2.3 五大城市空氣質量級別對比
日報數據的及時發(fā)布，使人們可以在第1時間了解相關城市的空氣質量狀況。為了更好地應用日報數據，不僅應了解某一時點的城市空氣質量狀況，而且應對某一時段空氣質量的趨勢有更加感性的認識。2001～2002年上海市不同空氣質量級別所占天數的統計結果見表1。
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| 表1 2001～2002年上海市不同空氣質量級別所占天數(d)1) |
1) 空氣質量級別I代表優(yōu)，II代表良，III1代表輕微污染，III2代表輕度污染，IV1代表中度污染，IV2代表中度重污染，V代表重污染[1，2]。
從表1可以看出，2002年和2001年相比較，空氣質量級別為優(yōu)的天數均為73d，沒有變化；空氣質量級別為良的天數在2002年是208d，比2001年減少了28d；而空氣質量級別為輕微污染的天數在2002年是69d，是2001年的2倍。總體上說，2002年上海市的空氣污染指數較2001年有所增加。
2.4 首要污染物
在空氣質量日報中，首要污染物是一個非常重要的概念，是指空氣中最主要的一種污染物。因此，對上海市的首要污染物進行統計十分必要。
本文分別統計出2001年和2002年上海市每天的首要污染物。2001年，上海除了73d空氣質量為I級，其余的283d中有272d首要污染物是可吸入顆粒物，有5d的首要污染物是NO2，有6d的首要污染物是SO2。2002年，上海空氣質量未達到優(yōu)級有283d，其首要污染物全部都是可吸入顆粒物。因此，可吸入顆粒物是造成上海市空氣污染的最主要的污染物。減少可吸入顆粒物的排放，就能比較有效地降低空氣污染指數，提高空氣質量。
可吸入顆粒物包括一系列化學物質，2種主要成分是鉛和芳香族的碳氫化合物。減少人為排放的可吸入顆粒物可采取2種措施：(1) 改變燃料的構成，以減少可吸入顆粒物的生成，如用天然氣代替煤，用核能發(fā)電取代燃煤發(fā)電等。(2) 在煙塵排放到大氣環(huán)境之前，采用控制設備將塵除掉，以減輕大氣環(huán)境污染程度。
2.5 上海空氣污染指數月平均值分析
為了對上海的空氣質量狀況有個大體的了解，本文分別統計了2001年和2002年上海市的空氣污染指數的月平均值，并作出折線圖（見圖1和圖2），以便更直觀地描述和分析上海的空氣質量變化規(guī)律。
2001年，上海市空氣污染指數月平均值的折線圖有2個波峰，最大值出現在3月份，月均值達到了124，次波峰出現在11月份，平均為109。6～9月污染指數平均值基本持平，有輕微下滑，9月份下降至最低值51，形成波谷。除了3月份和11月份的空氣污染指數的月平均值超過100，空氣質量級別達到III級，其它各個月的月均值都為50～100，即空氣質量狀況為良好。
2002年，上海市空氣污染指數月平均折線圖相對2001年的起伏比較小。波峰出現在3月份和1月份，月均值分別為107和102。5～8月的空氣污染指數月均值比較低，8月份達到波谷，月均值為57。9月份折線開始上揚，到11月份到達94后又開始下降。除1月份和3月份空氣污染指數的月均值稍微超過空氣質量級別II級指標，其它月份的空氣質量狀況都為良好。
對比2001年和2002年的空氣污染指數月均值可以看出，空氣污染指數的變化有一定的規(guī)律：API折線都基本上是呈“高―低―高”的趨勢的變化，2個波峰分別出現在春季和秋季。污染指數的月平均值冬季高、夏季低，春季呈逐漸下降的趨勢，而秋季呈上升趨勢。3月份和11月份的空氣污染指數較高，而6～9月的空氣污染指數都偏低，且折線的起伏比較和緩。空氣污染指數的這種規(guī)律性的變化很大程度是受大尺度的天氣現象的影響。
上海屬北亞熱帶季風氣候，夏季盛行偏南風（最多東南風和東風），偏南風的風向頻率為53%；冬季盛行偏北風（最多西北風和北風），風向頻率為54%；春秋2季為南北風向轉換季節(jié)，春季最多東到東南風，秋季最多東到東北風。年均風速3.1m/s。夏季以南到東南風的平均風速為最大，冬、春季以偏北風為最大，全年中以西南風的平均風速為最小。風向影響著污染物的擴散方向，風速的大小決定著污染物的擴散和稀釋狀況。夏季的東南風和東風帶來了海面新鮮空氣，海面的空氣受污染小且濕度較大，有利于污染物的濕沉積。冬季的主導風是來自大陸，空氣較為污濁且干燥。因此，夏季的空氣污染程度遠小于冬季。而春秋2季為風向轉換的季節(jié)，春季逐漸由陸風轉換為海風，污染指數呈下降趨勢，而秋季由海風轉換為陸風，污染指數有所上升。
各種形式的降水特別是降雨能夠有效地吸收、淋洗空氣中的各種污染物，使空氣變得新鮮，因此降雨量對空氣質量狀況也有影響。上海全年的雨量充沛，總雨量平均1149mm，因冬夏季風交替，降水具有季節(jié)性變化。雨量季節(jié)分配不均，多雨、少雨不定，干濕交替出現，形成全年3個多雨期和3個少雨期，全年70%的雨量集中在4～9月的汛期，汛期有春雨、梅雨、秋雨3個雨期。2001年，上海市降水偏多且集中（見圖3）。冬、春季氣溫異常偏高，梅雨期（6月）雨量偏多，因而6月份的API較低。夏季高溫天氣持續(xù)時間長，盛夏出現連續(xù)的大暴雨，8月份出現日降水量超過200 mm的特大暴雨。雖然6～8月降水量有很大的波動，但這段時間API折線的變化并不大，由此可以看出夏季風對污染物稀釋擴散的影響遠大于降水的影響。秋季晴熱少雨，因此空氣污染指數比較高。9月份雖然已進入冬季，但由于受熱帶風暴的影響，大氣穩(wěn)定度低，空氣中的污染物易于稀釋擴散，空氣污染指數降至最低值。
除了季風和降雨，霧也是影響空氣質量的重要因素。上海市的霧有個高峰期，主要出現在10～12月和1月，次高峰期在3～5月。霧像一頂蓋子，它會使空氣污染狀況加劇。
3 上海空氣質量日報分析
為了更具體地分析上海的空氣質量狀況，本文分別統計了2001年和2002年上海市每日的空氣污染指數，并作出折線圖（見圖4、圖5），以便更直觀地描述和分析上海的空氣質量變化規(guī)律。
在2001年，上海市空氣污染指數線起伏相當大。API最高值達到了358，空氣質量級別為V，而最低值為21，空氣質量為優(yōu)。波峰出現在11月22日，次波峰出現在3月2日，而波谷則是在5月6日。1～5月份和10、11、12月份的API波動比較大，而6～9月相對比較緩和。
3月上旬和3月下旬上海市由于受高氣壓所主控，近地面風速降至1m/s以下，清晨還多次出現接地逆溫層，致使污染物的擴散條件較差。11月的中下旬大氣環(huán)流較為穩(wěn)定，基本處在高氣壓控制下，部分地區(qū)已經出現了迷霧天氣，近地面以偏西風為主且平均風速較小，清晨出現多次接地逆溫層，大氣環(huán)境污染氣象條件較差。因而3月上中旬和11月中下旬的空氣污染指數都較高。6月、7月和9月的空氣質量均達到了國家空氣質量二級標準，8月份僅有1d空氣質量超標。
2002年，上海市空氣污染指數線起伏也很大。API最高值達到了434，達到了重度污染，而最低值為19，空氣質量級別為I級。波峰出現在4月上旬，次波峰出現在3月下旬和11月中旬，而波谷則是在7月初。1～4月份和11、12月份的API波動比較大，而5至10月相對比較緩和。3月末4月初、11月中旬和1月中旬都出現了空氣污染指數超過200的現象。這些變化與2001年的基本一致。
由上述分析可以看出，上海市的空氣質量狀況不僅和季風、降水和霧有關系，還受近地面風速、逆溫層和大氣穩(wěn)定度影響。近年來上海市區(qū)房屋建筑密度不斷增大，現在達56%，受其影響，城市中年均風速有逐年變小的趨勢，這也使得城市中大氣污染物的稀釋、擴散條件變差。
4 結語
4.1 2002年的年平均空氣污染指數比2001年有所增加。
4.2 2001～2002年上海市的空氣污染級別多為II級，即空氣質量狀況為良好。達到重污染的天數很少。
4.3 可吸入顆粒物是造成上海市空氣污染的最主要的污染物。因此，對可吸入顆粒物的排放加以控制，可以大大減少空氣污染。
4.4 上海市空氣污染指數月平均值折線基本上都是呈“高―低―高”的趨勢變化，2個波峰分別出現在春季和秋季。污染指數的月平均值冬季高、夏季低，春季呈逐漸下降的趨勢，而秋季呈上升趨勢。3月份和11月份的空氣污染指數較高，而6～9月的空氣污染指數都偏低，且折線的起伏較小。空氣污染指數的這種規(guī)律性變化很大程度是受大尺度的天氣現象影響，如季風、降雨量和霧。
4.5 上海市空氣污染指數折線的起伏很大，波峰一般出現在3、4月份和11月份。春季和冬季空氣污染指數比較高且波動較大，夏季和秋季的空氣質量狀況較好且折線比較平緩，這不僅與季風和降雨有關，還受近地面風速的大小、霧、逆溫層的出現與消散和大氣穩(wěn)定度影響。
5 參考文獻
1 吳兌，鄧雪嬌編著.環(huán)境氣象學與特種氣象預報.北京：氣象出版社，2001.
2 張書余編著. 城市環(huán)境氣象預報技術.北京：氣象出版社，2002
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