淺議影響城市大氣污染質量的氣象因素
導讀：就擴散稀釋而言，其他一切氣象因素都是通過風和湍流的作用來影響空氣污染的，凡是有利增大風速，加強湍流的氣象條件都有利于擴散稀釋，反之亦然。因此大雨是凈化城市空氣的有效因子。
關鍵詞：城市，大氣污染，氣象條件
1大氣湍流擴散對污染物擴散的影響
大氣中幾乎時時處處存在著不同尺度的湍流運動。在大氣邊界層內，氣流受到下墊面的強烈影響，湍流運動尤為劇烈，湍流輸送的速率在大氣中比分子擴散速率大幾個數量級。同樣，當污染物從排放源進入大氣時，就在流場中造成了污染物質分布的不均勻，形成濃度梯度。由于湍流的擴散作用，流場各部分之間發(fā)生強烈的混合和交換，大大加快了污染物的擴散速度，污染物從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)輸送，逐漸被分散、稀釋。而在風場運動的主風向上由于平均風速比脈動風速大很多，因此主風向上風的輸運作用是主要的，只要風速足夠大，主風向上的湍流輸送作用可忽略不計。歸納起來:風速越大，湍流越強，污染物的擴散速度也就越快，濃度相應越低，因此風和湍流是決定污染物在大氣中擴散稀釋最本質的因素。就擴散稀釋而言，其他一切氣象因素都是通過風和湍流的作用來影響空氣污染的，凡是有利增大風速，加強湍流的氣象條件都有利于擴散稀釋，反之亦然。
2氣象條件對大氣污染擴散的影響
一個地區(qū)的大氣污染程度往往取決于該地區(qū)排放污染物的源參數、氣象條件和近地層下墊面的狀況。在源參數一定的情況下，氣象條件和下墊面狀態(tài)是影響人產一毛污染的重要因素。氣象條件對城市大氣污染的影響包括以下幾個方面:
2.1 風向
風向與污染的關系主要表現為風對污染物的水平輸送作用上，高值污染濃度常出現在大污染源的下風向。以上海市的兩個S02監(jiān)測站為例:楊浦站位于工業(yè)區(qū);四平站位于工業(yè)區(qū)邊緣，在楊浦站的西北偏西方約3到4公里處，其北方為郊區(qū)的大片農田。測量結果顯示，四平站高于楊浦站幾乎都出現在E-SSE風的情況下，即在東南風輸送下，楊浦工業(yè)區(qū)的高值濃度中心有向西北方轉移的趨勢。。
2.2 風速
風速的大小和大氣稀釋擴散能力的大小存在著直接的對應關系，從而對污染物濃度產生影響。一般來說，隨著風速的增大，濃度值迅速減少，但是有時候也發(fā)現有另外一種情形:例如日本四日市在地面風速小于3米/秒時出現S02濃度僅0.lppm以下，而當風速超過5米/秒時反而出現高濃度，有時甚至達到2ppm的程度，這表明風速對污染的影響很復雜。風速小，一方面大氣稀釋擴散能力弱，引起局地污染物濃度增加;但另一方面，在微風條件下熱煙云抬升較高，從而使地面濃度減少。風速大，一方面固然表示大氣擴散稀釋能力強，使地面濃度減少;而另一方面，強風能使上升煙云彎曲提早抵達地面，引起地面濃度增加，同時強風將使煙云在建筑物背風側造成下洗，會增加地面濃度，這一效應有時稱作風速的次生效應，顯然它對高架源的影響比對地面源更為重要。
2.3 穩(wěn)定度
大氣層結穩(wěn)定度是決定大氣稀釋擴散能力的另一個重要因子，它對地面S02濃度的影響比風速更為顯著，逆溫與污染物濃度的關系包含逆溫強度、逆溫層厚度等幾個方面。一般來說，污染物濃度隨著逆溫強度的增加而增加:隨著逆溫層厚度的增大，污染物濃度值也增大，但是從日變化的角度來看，不能說大氣層結穩(wěn)定的時刻、特別是逆溫層存在的時刻，污染濃度一定最高。有資料表明，污染濃度的大小不僅同相應的排放率有極大關系，也和氣象要素的日變化相聯系。
2.4 云量及輻射
云量及輻射與大氣穩(wěn)定度的關系很密切，因此也影響著污染物的擴散。一般來說，晴朗的白天，特別是中午，太陽輻射最強，溫度層結是遞減的，大氣處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，晴朗的夜間，黎明前逆溫最強。日出及日落前后為轉換期，均接近中性層結。云層對輻射起屏障作用，它既阻擋白天太陽輻射，又阻擋夜間地面向上的輻射。總的效果是減小氣溫隨高度的變化，使白天遞減和夜間逆溫的溫度層結均受到削弱。減弱的程度視云量的多少而定。
2.5 降水
降水對污染物有凈化作用。降水的凈化作用與降水強度有關。降水強度越大，對污染物的凈化作用也就越強。因此大雨是凈化城市空氣的有效因子。另據日本的經驗:一小時降水量在1毫米以下的降水，不論它持續(xù)多長時間，地而污染物濃度都不會降低。
2.6 天氣形勢
天氣形勢是指大范圍氣壓分布的狀況，一定的天氣現象和氣象條件都與相應的天氣形勢聯系在一起，因此，與空氣污染有關的氣象因素也與天氣形勢有密切聯系，進而天氣形勢與大氣擴散也有密切聯系。在低壓(氣旋)控制區(qū)內，空氣有上升運動，多云天氣較多，而且通常風速較大，大氣為中性或不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于污染物的擴散稀釋。相反，在強的高壓(反氣旋)控制區(qū)內，天氣晴朗，風速較小。由于大范圍的空氣下沉運動，在幾百米到一、二千米上空容易形成下沉逆溫，像蓋子一樣阻止向上的湍流擴散，如果高壓系統是靜止或緩慢移動的，那么連續(xù)幾天的微風或逆溫，使大氣對污染物的擴散稀釋能力大大下降，呈現所謂“空氣停滯”現象。此時如果有足夠的污染源，就會出現較大范圍的污染危害。發(fā)表。
3下墊面條件對城市大氣污染的影響
除氣象條件外，下墊面狀態(tài)也是影響城市大氣污染的重要因素。這是因為下墊面的粗糙度及其構成直接影響著該地區(qū)的氣象條件。對一個具體城市來說，要同時考慮城區(qū)和郊區(qū)的地理情況，影響大氣污染擴散的下墊面有以下幾個方面:
3.1 城市下墊面
城市下墊面的三大基本特征是干、熱、粗。一方面，非均勻的下墊面造成動力學粗糙度增大(其地面粗糙度可從1到3米之間變化)，使得城區(qū)風速減小，氣流不規(guī)則，湍流強度增大，這也稱作機械湍流增強。另一方面，由城鄉(xiāng)水平溫差(一般大于3℃以上)引起的熱島效應和熱島環(huán)流，冷空氣從四周的鄉(xiāng)村流向市中心，在市中心形成復合上升氣流，并將暖空氣帶到高空，為滿足動量守恒原理，在市中心上空與鄉(xiāng)村區(qū)域形成補償的輻射和下沉氣流，連同市中心的輻射上升氣流組成完整的閉合環(huán)流，即熱力湍流。
3.2 水域下墊面
水域下墊面所產生的特殊流場勢必影響污染物的輸送和擴散。在大的水域和陸地的交界處，由于水面和陸地的熱力和動力作用截然不同，會改變局地的氣象條件。水域引起的最明顯的局地氣流是海陸風。由于水、陸的熱性質不同，造成了它們之間溫度的差別。溫度的差別造成壓力差，進而形成局地的水陸風環(huán)流，一般稱為海陸風。在近地面，白天吹海風，夜間吹陸風，它的上面是反向氣流，吹海風時，反向氣流從陸地返回海洋。
水域引起的另一個氣象條件是局地氣團變性。春末夏初，白天陸地溫反比水溫高得多，當氣流從水面吹向陸地的時候，低層的空氣很快增溫，溫度層結自下向上轉向超絕熱狀態(tài)，形成熱邊界層。熱邊界層在海岸附近開始形成，在空氣向內陸運動的過程中，受地面加溫變性的氣層逐漸增厚。因此，熱邊界層頂向內陸逐漸增高。熱邊界層內的空氣受地面加熱變性，它的溫度層結和未受地面影響的上層空氣不同。如果原先水面上的層結是穩(wěn)定的，熱邊界層以上的氣流仍維持穩(wěn)定狀態(tài)，并保持水面氣層的低湍流特性。發(fā)表。熱邊界層內的層結則是不穩(wěn)定的，加上陸地比水面粗糙，故這一層內的湍流交換大為加強。此時，熱邊界層內外氣層的特性截然不同。一旦沿岸地區(qū)出現上述熱邊界層時，如果岸邊有一高架源，就會在陸地上形成持續(xù)的漫煙污染。水面的另一個特點是比陸地光滑，它的粗糙度隨風速和波浪狀況變化，但一般都比陸地小得多。因此，水面上的大氣湍流強度較小，擴散速率比陸地低。
3.3 山地下墊面
山地下墊面對污染物擴散最明顯的影響是山谷風和逆溫，山谷風是山風和谷風的總稱，它主要是由于山坡和谷地受熱不均而產生的。在白天，太陽先照射到山坡上，使山坡_L大氣比谷地上同高度的大氣溫度高，形成了由谷地吹向山坡的風，稱為谷風，在高空形成了由山坡吹向山谷的反谷風，它們同山坡上升氣流和谷地下降氣流一起形成了山谷風局地環(huán)流。在夜間，山坡和山頂比谷底冷卻得快，使山坡和山頂的冷空氣順山坡下滑到谷底，形成了山風，在高空則形成了自山谷向山頂吹的反山風。它們同山坡下降氣流和谷地上升氣流一起構成了山谷風局地環(huán)流。山區(qū)由于它復雜的地形結構，在夜間常出現比平原更強的逆溫。夜間山坡冷卻得快，冷空氣沿山坡下滑，在谷底積聚，再加上谷底風速小，所以逆溫發(fā)展的速度比平原快，逆溫層更厚。如果凹地四周是封閉的，冷空氣逐漸堆積滯留，形成逆溫強度很大的“冷湖”，且日出后消散也很慢。
【參考文獻】
[1] 胡輝,謝靜,侯祺棕,李湘男,徐雙慶. 城區(qū)大氣污染物——NO_X濃度預測預報模式研究[J]城市環(huán)境與城市生態(tài), 2002,(01) .
[2] 王樹功,岑慧賢,陳新庚. 環(huán)境空氣污染預測預報探討[J]重慶環(huán)境科學, 1999,(02) .
[3] 徐明德. 城市大氣質量的模糊評價[J]甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測, 1997,(01) .
[4] 姜金華,彭新東. 復雜地形城市冬季大氣污染的數值模擬研究[J]高原氣象, 2002,(01) .
[5] 韓明山,梅寧,梁澤德. 城市大氣污染擴散監(jiān)測模型的理論與試驗研究[J]環(huán)境工程, 2004,(02) .
[6] 密保秀,李金龍. 大氣環(huán)境質量預測模型研究[J]環(huán)境科學研究, 1997,(05) .
[7] 劉瑞民,王學軍. 太湖污染與環(huán)境動態(tài)監(jiān)測信息系統研究[J]中國環(huán)境監(jiān)測, 2001,(03) .
[8] 田超,范相閣,張文利,常江. 大氣污染物SO_2擴散模式的建立及應用[J]河南農業(yè)大學學報, 2001,(03) .
[9] 戚煥嶺. 大氣污染物濃度預測疊加方法的修正[J]輕金屬, 2001,(04) .
[10] 李玉軒,王玉明,白惠峰. 城市空氣污染預報預警系統的研究[J]山西師范大學學報(自然科學版),2002,(04) .
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