长三角地区一次空气污染天气型和气象要素分析

论文总字数：13964字

目 录

1引言 ……………………………………………………………………1

2 数据资料来源和研究方法……………………………………………5

2.1数据资料归结……………………………………………………………………………5

2.2研究方法…………………………………………………………………………………5

3结果与分析……………………………………………………………6

3.1污染过程…………………………………………………………………………………6

3.1.1中国空气质量标准………………………………………………………………6

3.1.2江浙沪AQI指数、PM2.5、PM10随时间分布图…………………………………6

3.1.3 AQI指数的地区分布情况………………………………………………………7

3.2天气形势分析……………………………………………………………………………7

3.2.1高空形势分析……………………………………………………………………8

3.2.2地面形势分析……………………………………………………………………8

3.3大气层结分析…………………………………………………………………………11

3.4污染源分析……………………………………………………………………………12

3.4.1后向轨迹分析…………………………………………………………………12

3.4.2 后向轨迹聚类分析……………………………………………………………14

4结论和展望……………………………………………………………16

4.1结论……………………………………………………………………………………16

4.2展望……………………………………………………………………………………16

5参考文献………………………………………………………………16

致谢……………………………………………………………………19

长三角地区一次空气污染天气型和气象要素分析

王倩倩

，China

Abstract:As an economically developed region and a densely populated area, the air pollution in the Yangtze River Delta has attracted more and more attention. Therefore, it is particularly important for the analysis of the pollution and weather patterns and meteorological factors. This study is beneficial to take corresponding measures to reduce pollution, but also help on air quality forecasting and early warning in this paper by the Hong Kong observatory weather maps, NCEP reanalysis data, hysplit-4 binding to points of fire satellite trajectory model and in December of the distribution map of 2015 December 12 to December 17 during a typical Delta heavy pollution event. The results show that the 12-14 in the Yangtze River Delta high pressure, is not conducive to the spread of pollutants, pollution reached the maximum in 15 days. 15 days after high pressure center moved south, the wind speed in the Yangtze River Delta region, is conducive to the spread of the pollutants in the backward trajectory model of trajectory classification analysis of many pollution source analysis and its own regional pollutant accumulation and the Yunnan Guizhou area transport of pollutants is the pollution the main pollution source.

Key words：Air pollution; backward trajectory; weather patterns; cluster analysis

1引言

大范围的空气污染作为一个区域或者区域之间的环境问题^[1]，在相互影响的同时，通常表现为连续多天的重污染或者严重污染过程。在区域所处的特定的地理环境和大型的环流背景下， 一些由于存在工业生产过程的较为发达的城市群在特定的气象条件、天气型下，当中的颗粒污染物，酸根离子等污染物质的时空分布存在着明显的变化。近年来，PM2.5作为可吸入性颗粒污染物质，且具有对人体健康有更大危害的特征^[2-4]，逐渐成为继PM10后研究的热点,引起了科学界乃至社会政府关注^[5-10]。

中国东部沿海区域作为中国经济的主要带动区域，其经济日益增长的同时，由于发展经济带来的空气污染问题也越来越被重视，而长江三角洲是我国东部沿海地区经济最为发达，人口最为密集的地区。过去二十多年的工业和城市的建设使得人们的生活质量提高的同时，人们对于所处的环境质量问题也越来越重视。资料显示，长江三角洲在偏北风的背景下^[11]，长三角地区西、南部高的地形结构将抑制住北来的污染物继续向南边输送，对空气污染物的传输有减速作用，甚至会造成短期的堆积现象。

目前，研究空气污染和天气型、气象要素的关系的方法有很多^[12-35]，主要有主观分类和客观分类方式，但随着数据化时代的到来，客观方式的种类的增多，相关的逆轨迹法，主成分分析法，聚类分析法，Kirchoffer^[12]法等，也都得到了很好的研究运用，除此，还有两种方法的结合，这样主观和客观相结合的方法，使得在研究气象要素和空气污染关系时可以更加准确精细化，使得相关分析更为系统。

本文采用的是主观和客观相结合的方法，分析了 2015年12月12日至12月17日长江三角洲地区出现的一个典型的污染过程。结合了长江三角洲地区的主要城市站点数据，利用了美国NOAA开发的轨迹模式HYSPLIT-4 ^[13]，分析了各城市在这次污染过程中的后向轨迹特征。紧接着也利用该模式对轨迹进行了聚类分析，探究了污染源，再结合天气图、火点图对此次污染过程的天气型的和气象要素特征进行了较为完整的分析。

2数据资料来源和研究方法

2.1数据资料归结

1） 由中国环境保护总局和上海环境热线网站所提供的从2015年12月1日至12月31日江苏（南通，南京，苏州 ）、浙江（杭州、宁波 ）、上海逐日逐时AQI（空气质量指数）数据，以及PM10和PM2.5的相关浓度资料。

2）由香港天文台提供的12月12日至12月17日上午8时地面天气图。

3） 根据NCEP的1°×1°的在分析资料，利用NCL画出的 12月12日至12月17日上午8 时850hPa和500hPa的天气图。

4）美国国家海洋和大气管理局（NOAA）提供的2015年12月的全球同化系统（GDAS)数据，用于分析大气输送情况的轨迹计算。

5） TEOSDIS（The Earth Observing System Data and Information System）提供的全球火点图。

6）怀俄明大学天气数据网站提供的探空数据。

2.2研究方法

HYSPLIT - 4 模型是由美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 的空气资源实验室和澳大利亚气象局在过去 20 年间联合研发的一种用于计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹的专业模型。它是一种欧拉和拉格朗日混合型的计算模式，可以针对不同类型排放源进行较完整的输送扩散和沉降过程模拟，具有处理多种气象要素输入场、多种物理过程和不同类型污染物排放源功能的较为完整的输送、扩散和沉降模式。本文中，结合GDAS提供的数据采用该模式进行后向轨迹模拟，探究长三角区域12月12日到12月17日这一典型污染日的污染源，分析15日重污染原因。此外，本文中，还运用了该模式对轨迹做了聚类分析，分析出了四种轨迹型并结合火点图， 更好地探究出长江三角洲冬季污染和天气型、气象要素的关系。

3结果与分析

3.1污染过程

3.1.1中国空气质量标准

AQI（air quality index）空气质量指数，按照国家统一规定，我国目前采用的空气污染指数（API）分为六个等级，API值小于等于50，说明空气质量为优，相当于国家空气质量一级标准，符合自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护地区的空气质量要求；AQI值大于50且小于等于100，表明空气质量良好，相当于达到国家质量二级标准；AQI值大于100且小于等于200，表明空气质量为轻度污染，相当于国家空气质量三级标准；AQI值大于200表明空气质量差，称之为中度污染，为国家空气质量四级标准；AQI大于300表明空气质量极差，已严重污染。 表1详细可见AQI相关分析说明以及相关的建议措施，由此可见对于空气污染物指数的监测很是必要，而且结合相应大型环流形势和局部地区间的输送可有效的预估空气质量的变化，从而做出高效而有利的预防措施，降低其排放情况，实现人为的对大气环境质量的微调节功能。

表1 AQI分级说明

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