我國城市大氣污染的時空分布特征

我國城市大氣污染的時空分布特征

城市污染是世界各國面臨的最大挑戰(zhàn)之一。它對環(huán)境、氣候和人類健康產(chǎn)生了重要影響，越來越受到國家政府的高度重視。我國隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,城市化及城市群的擴大導(dǎo)致城市空氣質(zhì)量的區(qū)域性特征日益明顯,并受到廣泛關(guān)注。張志剛等對中國華北區(qū)域城市間污染物輸送研究表明,大氣污染是一個區(qū)域性環(huán)境問題。王斌等對沿海23個城市空氣污染指數(shù)(API)分布特征分析表明其受降水與風(fēng)速影響大,且呈季節(jié)變化。安俊嶺等分析了我國北方15個大型城市總懸浮顆粒物的季節(jié)變化,表明北方春冬季節(jié)高,各個城市變化不同。目前針對城市大氣污染的分析一般集中在一個或幾個城市,并且多著重于某特定的時間和特定的污染事件,很少給出全國城市大氣污染時空分布特征全年情況?，F(xiàn)根據(jù)2007年原國家環(huán)境保護總局空氣質(zhì)量日報中86個城市的空氣污染指數(shù),對我國城市大氣污染時空分布特征,以及區(qū)域特征成因進行分析。1城市大氣污染根據(jù)2007年原國家環(huán)境保護總局空氣質(zhì)量日報中我國86個城市的空氣污染指數(shù)(API),重點分析中部和東部地區(qū)城市大氣污染。我國86個城市分布見圖1。2中國城市污染源的時空分布特征2.1我國城市api日變化根據(jù)2007年全國86個城市每天公布的API值,做出全國范圍API年日均值分布圖,見圖2。由圖2可見,大氣污染在空間上具有明顯的區(qū)域特征?？傮w呈現(xiàn)出北方污染高于南方的趨勢。北方地區(qū)除東三省外,其余地區(qū)日均值大部分在80以上,其中有3個大值中心。(1)以北京、天津城市群為中心,API達90;(2)以西安、渭南為中心,API達90;(3)以蘭州為中心,API達100,是全國年平均API值最高的城市。還有以重慶為中心以及以呼和浩特為中心的內(nèi)蒙古中部API80區(qū)域;而位于四川盆地的南充、綿陽、德陽等城市API60區(qū)域處在API70—API80之間,以桂林為中心的API40區(qū)域處在API50—API60之間。2007年各季節(jié)我國城市API日均值分布見圖3,其中a:春季;b:夏季;c:秋季;d:冬季。由圖3可見:(1)春季,全國大部分城市API值處于60以上。北方出現(xiàn)以北京、天津為中心及以蘭州、石嘴山為中心API90高值區(qū)域,但是東三省大部分地區(qū)在60以下。西南地區(qū)出現(xiàn)以重慶為中心API80污染區(qū)域。南方空氣質(zhì)量優(yōu)級(API≤50)城市較少。(2)夏季是我國空氣質(zhì)量最好的季節(jié),大部分城市API為50～70。北方地區(qū)API下降幅度較大,以北京、石家莊城市群為中心API80區(qū)域為夏季最高值區(qū)域,并且范圍不大,其中最大值A(chǔ)PI97出現(xiàn)在北京。其次為山西太原、陽泉,陜西西安、渭南,河南鄭州、開封,山東濟寧等API70區(qū)域。南方空氣質(zhì)量優(yōu)級城市增多。(3)秋季北方內(nèi)蒙地區(qū)API處于60以下,但是全國出現(xiàn)6個API80區(qū)域。西北以蘭州、西寧為中心以及以西安為中心污染區(qū)域;華北以北京、石家莊為中心污染區(qū)域,其中北京API值達到91;華中華東地區(qū)以長沙、武漢、平頂山、合肥城市為中心污染區(qū)域,其中合肥API值達到93;還有兩處出現(xiàn)在東部沿海地區(qū),分別是以濰坊及紹興、杭州為中心的污染區(qū)域。南方空氣質(zhì)量優(yōu)級城市更少。(4)冬季,由圖3(d)可以看出全國污染指數(shù)迅速增加,大部分API值在70以上,北方增加明顯強于南方,導(dǎo)致北方污染指數(shù)值遠遠大于南方。特別是以蘭州為中心的西北東部、以呼和浩特為中心的華北地區(qū)出現(xiàn)API110污染區(qū)域。其中蘭州API高達145。而南方?jīng)]有空氣質(zhì)量優(yōu)級城市。2.2城市api月變化我國城市大氣污染時間分布特征明顯。從季節(jié)變化來看,冬季污染最嚴重,其次是春季和秋季,夏季空氣最好。在一年四季中,空氣污染指數(shù)按冬>春>秋>夏的順序排列。選取污染區(qū)域代表城市北京、蘭州、桂林、廣東為例,作出4城市API月均值變化圖(圖4),明顯看出北方城市API變化幅度遠大于南方城市,并且污染趨勢及程度跟季節(jié)污染變化一致。春季(3月—5月)4城市API值均呈上升趨勢,南方較北方變化緩慢。夏季(6月—8月)空氣質(zhì)量好,API均下降,北方下降幅度很大,秋季略有上升。冬季(12月至次年2月)污染最嚴重,北方API大幅度上升,遠大于南方。3分析了中國城市空氣污染的時空特征3.1城市溶膠污染的主要污染物研究的API值來源于各個城市,其日均值分布顯示大部分在60以上,這跟人類活動產(chǎn)生的氣溶膠密不可分。近年來的《中國環(huán)境狀況公報》顯示,顆粒物是影響城市空氣質(zhì)量的主要污染物。并且城市規(guī)模越大,總懸浮顆粒物超標的城市比例越高。城市污染時間分布表明北京夏季、蘭州冬季污染突出,分析API資料得出北京夏季首要污染物為可吸入顆粒物,占95%,蘭州冬季首要污染物為可吸入顆粒物,占92%。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),城市氣溶膠的來源主要有3大類。3.1.1尾氣大氣污染嚴重城市中幾乎所有的工業(yè)生產(chǎn)都會排放污染大氣的有害物質(zhì),而電力、冶金、化工、水泥等行業(yè)在生產(chǎn)過程中向大氣排放工藝尾氣和燃料燃燒煙氣,造成的大氣污染特別嚴重。3.1.2污染生活人們由于生活上的需要,燃燒各類燃料而排放的煙塵等各類污染物。如北方冬季取暖,導(dǎo)致北方空氣污染指數(shù)明顯高于南方。3.1.3大氣污染物及污染物含量機動車輛等交通運輸工具,排放的尾氣含有多種大氣污染物。鄧祖琴對蘭州市冬季大氣顆粒物中有機污染物的分布特征及來源分析研究表明,機動車尾氣排放是蘭州市冬季大氣顆粒物主要來源之一。3.2夏季有污染的因素人類活動產(chǎn)生了大量氣溶膠,而特殊的地理位置及氣象條件加強了區(qū)域污染。比如典型的高原、平原、盆地地形以及大風(fēng)、季風(fēng)雨等氣象條件對區(qū)域污染影響很大。處在內(nèi)蒙古及黃土高原上的內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、山西、河北等部分區(qū)域污染嚴重,跟其地形、植被等影響很大。北京夏季污染指數(shù)全國最高。同樣跟其地理位置城市效應(yīng)有關(guān),北京由太行山與軍都山及燕山山脈環(huán)抱,形似“海灣”,污染物不易擴散。而四川盆地等盆地地形加強污染主要由于盆地存在大氣匯聚帶和靜風(fēng)匯,并且其地形不易使大氣污染物輸出盆地。如蘭州四周被高山環(huán)抱,屬于典型的盆地地形。其特殊的地形易形成逆溫層,使污染物的垂直擴散受到抑制,容易積聚而不易擴散,加強了蘭州冬季大氣污染,使API高達145。北方三省春夏季節(jié)API不高,跟其氣象條件有關(guān)。大風(fēng)使平原地區(qū)污染物快速擴散稀釋。夏季,季風(fēng)雨由東南向西北而來,大風(fēng)擴散、雨水沖刷污染物,使得全年夏季空氣質(zhì)量最好。以桂林為中心的區(qū)域空氣質(zhì)量優(yōu)級,同樣跟其優(yōu)越的氣候條件分不開,桂林地處低緯度,屬亞熱帶季風(fēng)氣候,氣候溫和,雨量充沛。3.3氣污染指數(shù)api在我國境內(nèi),河西走廊、內(nèi)蒙古中西部、寧夏、陜北等屬于干燥和半干燥區(qū),沙塵暴發(fā)生頻率比較高,并且主要集中在春季。魯然英等針對沙塵天氣對我國城市環(huán)境空氣質(zhì)量的影響研究表明,沙塵天氣發(fā)生時,空氣污染指數(shù)比較大,沙塵天氣過程結(jié)束后,空氣質(zhì)量相對較好,空氣污染指數(shù)迅速變低,沙塵天氣成為影響位于沙塵天氣多發(fā)區(qū)及附近城市空氣質(zhì)量的主要因素,這跟圖3(a)春季的API空間分布一致,西北地區(qū)API值高。由圖4也能看出,蘭州、北京3月—5月API值上升趨勢較快。沙塵天氣的發(fā)生雖然是一種局地現(xiàn)象,但作為一種流動的大污染源,其影響具有一種大尺度效應(yīng),是造成我國北方春季發(fā)生重污染事件(API>300)的主要原因之一,也是北方城市空氣質(zhì)量大大下降的主要原因。特別是強沙塵暴過程,能夠揚起大量的沙塵粒子并通過長距離的傳輸,使我國南方部分地區(qū)的API也受到一定程度的升高。4季節(jié)高值污染區(qū)域(1)我國城市大氣污染時空分布特征明顯,城市大氣污染冬季最嚴重,其次為春秋季節(jié),夏季最好,總體上北方城市重于南方城市