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第27卷第6期 气象与环境学报 Vo1.27 No.6 2011年12月 JoURNAL OFⅣIETE0R0LoGY AND ENVIR0NM【ENT December 201 1 赵胡笳,马雁军.丹东地区大气能见度变化及其主要影响因子分析[J].气象与环境学报,2011,27(6):07—13. ZHAO Hu-jia,MA Yan-jun.Variation characteristics of visibility and its main influencing factors in Dandong,Liaoning pmvm ̄[J] Journal of Meteorology and Environment,2011,27(6):70—13. 丹东地区大气能见度变化及其主要影响因子分析 赵胡笳马雁军 (中国气象局沈阳大气环境研究所,辽宁沈阳110016) 摘要:利用2007年6月至2009年11月丹东市区器测能见度资料和人工观测能见度资料,分析目测能见度与器测能见 度的关系,探讨不同季节中,PM。。和PM2.5、PM..。颗粒物浓度对大气能见度的影响,研究降水强度与PM的湿清除效率关系。结 果表明:在低能见度情况下,目测能见度与器测能见度的比值相对较小;能见度较差时,PM。。粒子比重增大,PM。。/PM 。和 PM2. /PMl0比值与月平均风速为负相关;天气现象日数较多的月份,其对应的月平均能见度较小;PM日平均质量浓度的改变 量以及降雨量对PM的湿清除效率与降水强度相关,器测目测能见度平均值随着降水强度的增加而降低。 关键词:能见度;器测;目测;PMl0;P^ 5;PM1 0;降水强度 中图分类号.P427.2 文献标识码:A 文章编号:1673—503X(2011)06—0007—07 引言 采用芬兰Visala公司生产的FD12前向散射测量仪 对能见度进行观测(时间分辨率为5 min/次)。目测 随着城市化进程的加快,城市大气污染越来越 资料取自丹东市气象站,其中大气成分观测站与气 严重,大气能见度也变得越来越差,而作为影响能见 象站位于同一个站点。根据丹东地区器测能见度观 度主要因子的大气气溶胶颗粒物既可通过呼吸作用 测资料的完整情况,选取2007年6月至2009年11 导致市民吸人污染物影响身体健康,也显著影响了 城市的经济活动和市民生活 。大气能见度是气 月器测、目测能见度观测资料及对应的PM PM PM 象要素观测中的基本项目之一,是表征大气透明度 .。质量浓度、风速、风向和降水量等气象资料。 的一个指标,反映了近地层的大气透明程度。它是 2结果分析 一种复杂的大气现象,与空气质量和气象条件密切 2.1能见度的月平均值变化 相关,是不同尺度天气系统和包括大气化学反应的 图1对资料中各个月份器测、目测能见度取平 空气污染过程共同作用的结果 J。研究表明,城市 均值进行比较表明,目测能见度与器测能见度的观 能见度降低主要的影响因子是气溶胶细粒子 一 ,包 测结果趋势基本一致,但目测能见度均大于器测能 括PM。。、PM . 及NO 等,因此,可以通过研究不同 见度。在高能见度情况下,目测能见度与器测能见 气象条件下大气气溶胶的形成 J、分布及其化学成 度的比值大于2倍;在低能见度情况下,目测能见度 分 的发展变化来了解气溶胶粒子对大气能见 度的影响 。当然,导致能见度降低的原因也有 与器测能见度的比值相对较小。目测能见度高于器 部分是由气象原因引起的,如降水 、潮湿等,而气 测能见度的原因是多方面的,如太阳辐射、太阳高度 象要素也正是制约空气污染物浓度和分布的最重要 角对于观测仪器的影响,季节、大气不稳定层结和相 影响因子¨ 。本文对2007年6月至2009年11 对湿度等外界条件的影响,PM质量浓度变化等都会 月丹东市能见度资料进行统计,并对相应PM 直接影响器测能见度的观测结果。 PM 、. PM㈨浓度资料及其他气象资料进行对比分 2.2能见度与大气颗粒物的季节变化 析,探讨丹东地区影响能见度的主要原因。 如图2所示,以2008年为例,PM PM .5和 PM 三种粒径的气溶胶粒子在冬季污染浓度最高, 1资料来源 夏季其次,春、秋季污染物浓度相对较低,而其中 大气能见度器测资料来自中国丹东市大气成分 PM,。粒子质量浓度增加的幅度最大,在冬季也最为 观测站(124.03。E,40.05。N,距海平面高度13.9 n1), 明显。能见度夏季低于冬季,水汽在影响夏季能见 收稿日期:2011—04—08;修订日期:2011—07—18。 基金项目:中国气象局沈阳大气环境研究所项目“大气能见度器测和目测的比较”资助。 作者简介:赵胡笳,女,1985年生,研究实习员,主要从事大气环境污染方面的研究,E—mail:tjzhj4659@sina・tom。
第6期 赵胡笳等:丹东地区大气能见度变化及其主要影响因子分析 9 量增加,能见度降低。此外,冬季发生的逆温天气现 象使得污染物扩散缓慢,也是导致能见度降低的一 个不容忽视的原因。 由2008年丹东PM 。、PM:和PM 。日平均质量 浓度与日平均能见度的变化可以看出,当能见度恶 化时,PM1.0/PM10和PM2 5/PM 。的比值显著减小,可 知,PM 。粒子的比重增大是导致能见度较差的主要 . .丹东市大气颗粒物质量浓度变化特征及其与能见度 的关系中指出,丹东地区符合北方地区沙尘天气的共 同特点,由外来源经中长距离输送引发的沙尘中携带 了大量的粗颗粒物,细颗粒物所占比例相对较少。 为了更好地研究丹东颗粒物质量浓度的变化特 原因,见图3。 由表2可以看出,PM1/PM1o和PM2/PM10比 o5..值在7月和8月相对较大,12月相对较小,平均值也 符合这一规律。这可能是因为夏季大气中二次粒子 的形成使得大气中细粒子较多,而冬季由于大风扬 沙等原因导致大气中粗粒子增多。刘宁微等[20 在 征,有必要对当地的常规气象资料进行分析,其中风 速变化曲线见图4,风向玫瑰图见图5。 由图4和图5可以看出,2008年丹东风速月平 均最小值出现在7月为1.8 m/s,最大值出现在1月 为3.6 m/s,主导风向由1月NNW向7月SSE转 变,12月又转为NNW。这说明丹东春秋季节是南、 北风交替的季节。春季冷空气开始衰弱北退,暖空 气北进;秋季则反之。冬季风速较大,在地面少雪覆 表2 2008年丹东逐月PM,.。/PM。o与PM2.5/PMl0的比值变化 盖的情况下易将地面沙尘卷起,形成沙尘天气,从而 使得大气中的粗粒子气溶胶数量增加。通过分析月 平均PM。.。/PM 。和PM . /PM,。比值与月均风速的关 系,可以得出,二者为负相关,相关系数分别为一0.51 和一0.59。 2.3能见度与天气现象的相关性 如图6能见度曲线所示,出现天气现象日数较少 的月份,其对应的月平均能见度较大;而出现天气现 月份 象日数较多的月份,其对应的月平均能见度则较小。 城市中的烟雾与人类的活动密切相关,冬季早晨 ~~ 眦 图4 2008年丹东逐月平均风速变化 — sw\ SS∥\ F ss /SSE
10 气象与环境学报 NW \L\ 一… 0c ,— ,… N ,0 ——’'~ 麓 NE E SE SSW \ /SSE S (g)7月 N fh1 8月 N 。 。 NE W NE E E SE W SE SSW\ E S S ’ —石 ~ ~ ENE E T U; ESE SW\/\q — 一,CCF \// 1 、(—\/ — fk1 11月 N 丽 、、— :: ’ r Ⅵ,、、\ ㈣,、’’~ S S 图5 2008年丹东逐月风向玫瑰 第27卷
第6期 赵胡笳等:丹东地区大气能见度变化及其主要影响因子分析 ——器测能见厦月半均值;…一目测能见度月平均值; 轻雾+雾+烟幕出现日数 图6 2007年7月至2009年9月丹东逐月出现天气现象的日数与对应能见度的比较 和晚间正是供暖锅炉排放烟气高峰期,大量排放的 烟尘悬浮物和汽车尾气等污染物在低气压、风小的 条件下,不易扩散,与低层空气中的水汽相结合,比 较容易形成烟雾或烟尘。而这种烟雾或烟尘持续时 间往往较长,从而对能见度造成一定的影响。 烟幕则是由城市、工矿区或森林火灾等排出的 大量烟粒弥漫在空中形成的。烟幕出现时也会使水 平能见度降到10 km以下。 2.4能见度与降水强度的相关性 降水强度最直接的影响是对PM产生清除作 用,因此,通过研究不同强度的降水对PM的清除作 用来间接分析其对能见度的影响。 通过计算和分析2007年6月至2009年11月每 个降水日PM.。、PM:PM 日平均质量浓度的改变 量(即降水日与前一日的PM日平均质量浓度之 差),研究不同强度的降水对PM质量浓度的影响。 分析表明,有雨日,PM日平均质量浓度要比前一天 有所降低,即不同等级的降雨对PM的污染都有一 定的清除作用,只要有降水发生,次日PM质量浓度 必然下降。计算结果见表3。 . 、表3不同量级强度降水下PM日平均质量浓度的改变量 从表3可以看出,微量降水对于PM 。质量浓度 没有起到湿清除的作用,降水日的翌日PM 。质量浓 度仍然增加,对PM 的湿清除要好于PM .。。随着 雨强的增大,湿清除效果越好,中雨的PM日平均质 量浓度改变量最大;但是大雨、暴雨情况下,湿清除 效果开始下降。 为了解降雨量对PM的清除效率到底有多大, 对所有降雨日的PM日平均质量浓度该变量及对应 的日降雨量分别求和,前者再对降雨量之和求平均, 得出不同降雨强度下,1 rllli1降水量对PM的湿清除 效率,结果如表4所示。可见小雨情况下的清除效 率最大,暴雨情形下的清除效率最小。 表4每毫米降雨量对PM的湿清除效率 注:微量无具体数据,不参与讨论。 同理,通过降水日能见度与前一日能见度之差 的平均值,研究不同强度的降水对能见度的影响。
12 气象与环境学报 第27卷 由表5看出,不同降水强度对Et平均器测能见度的 影响远小于对日平均目测能见度的影响。其中暴雨 表5不同强度降水下能见度日平均改变量 对目测能见度的日平均改变量影响最大,小雨对目 测能见度的Et平均改变量影响最小。随着降雨强度 的增加,器测能见度平均值以及目测能见度平均值 均随着降水强度的增加而降低。降水强度越大,降 水粒子数密度越大;大气消光系数越大,能见度越 小;反之,能见度就越大。 3结论与讨论 [ [(1)在高能见度情况下,目测能见度与器测能见 度的比值大于2,在低能见度情况下,目测能见度和 器测能见度的比值相对较小。 (2)气溶胶粒子冬季污染浓度最高,夏季其次, 春、秋季污染物浓度相对较低,因此夏、冬季能见度 与春、秋季相比均有所下降。能见度较差时,PM 。粒 子比重增大,PM .0/PMlo和PM:.5/PM。0比值与月平 均风速成负相关,相关系数分别为一0.51和一0.59。 (3)出现天气现象日数较少的月份,其对应的月 平均能见度较大;而出现天气现象日数较多的月份, 其对应的月平均能见度较小。 (4)降水强度对PM产生的湿清除作用随着雨 强的增大,湿清除效果较好,中雨PM Et平均质量浓 度改变量最大;大雨、暴雨情况下,湿清除效果开始 下降;小雨情况下,每毫米降雨量对PM的湿清除效 率最高;暴雨情形下对PM的清除效率最小。不同 降水强度对Ft平均器测能见度的影响远小于对日平 均目测能见度的影响。其中暴雨对目测能见度的日 平均改变量影响最大,小雨对目测能见度的日平均 改变量影响最小。随着降雨强度的增加,器测能见 度平均值以及目测能见度平均值均随着降水强度的 增加而降低。 参考文献 [1]吴兑,邓雪娇,毕雪岩,等.细粒子污染形成灰霾天气 导致广州地区能见度下降[J].热带气象学报,2007, 23(1):1—6. [2]赵德山,王明星.煤烟型城市污染大气气溶胶[M].北 京:中国环境科学出版社,1991. 王淑英,孟燕军,赵习方,等.北京高速公路大气能见 度与气象条件的相关分析[J].气象科技,2002,30 (5):306—320. 洪盛茂,焦荔,何曦,等.杭州市区大气能见度变化及 其与主要因子的分子[J].中国粉体技术,2009,15 (2):56—61. Prospero J M.Long—range transport of mineral dust in the global atmosphere:impact of Aflican dust On the en・ [ [ [ [ vironment of hte south—eastern Unite Stater J].Proceed— ings oftheNationalAcademy oftheUnited States ofA- merica,1999,96(7):3396—3403. Appel B R,Tokiwa Y,Hsu J,et a1.Visibility as related to amtospheric aerosol consittuents[J].Atmospheric En- vironment,1985,19(9):1525—1534. Chan Y C,Simpson R W,Mctainsh G H,et a1.Source apportionment of visibility degradation problems in Bris— ban(Ausrtalia)usnig hte mulitple ilnear regression tech- inques[J].Atmospheric Environment,1999,33(19): 3237—3250. 张予燕,黄辉军,刘红年,等.南京市大气气溶胶颗粒 物污染特点[J].环境科学导刊,2009,28(1):57—58. 林俊,刘卫,李燕,等.大气气溶胶粒径分布特征与气 象条件的相关性分析[J].气象与环境学报,2009,25 (1):1—5. 张仁健,石磊,荆俊山,等.大同市秋季大气气溶胶化 学成分及来源解析[J].中国粉体技术,2009,15(2): 7—9. 伦小秀,邓利群,张逸,等.北京市及冲绳地区大气气 溶胶中水溶性有机物特征对比研究[J].北京理工大 学学报,2009,29(2):172—175. 周任君,陈月娟,毕云,等.青藏高原上空气溶胶含量 的分布特征及其与臭氧的关系[J].高原气象,2008, 27(3):500—508. 李新周,刘晓东.气溶胶对青藏高原气候变化影响的 数值模拟分析[J].干旱气象,2009,27(1):1—9. 张锦春,赵明,方峨天,等.民勤近地面沙尘暴气溶胶 浓度变化特征初探[J].环境科学学报,2009,29(3): 496—504. rL 1
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