1929 / 2019-08-30 16:56:28

空气污染物浓度与大气混合层高度的关系

19、气溶胶与大气环境科学 > 专题5：大气化学模式、边界层、云雾过程等

铜陵市紧邻长江，位于长三角地区西部，是长三角地区内主要的矿业城市之一，市区内有矿石开采、金属冶炼、能源化工等多种工业，大气污染来源复杂。此外，铜陵位于长江中下游平原与皖南山区交接地带，地形地貌复杂。中南部为低山，丘陵纵横交结；北部为平原，地势低、水网密。复杂的地形地貌使得铜陵污染气象条件不仅具有山区的特点，也具备了沿江城市的特征。选取距铜陵市最近的气象探空站（安庆站）观测数据，采用干绝热曲线法计算代表大气垂直方向上大气混合能力的最大混合层高度（简称MMH），并与地面观测的空气污染物浓度观测结果进行对比分析。分析结果表明：
（1）最大混合层高度存在着显著的季节变化，2-4月和7-10月是月均最大混合层高度较高的两个时期。从季节来看，春季是最大混合层高度最高，变化幅度最大的季节。从天气气候条件来看，有两个方面的促成了最大混合层高度的季节变化：一方面，铜陵及周边地区属于东亚季风区，夏季（7-8月）显著的季风活动导致区域内大气呈现出不稳定状态，导致混合层高度增大。另外，在冷暖季节交替（冬春交替、夏秋交替）的时候，北方冷空气和南方的暖湿空气频繁交汇，也导致这一时期内大气不稳定，混合层高度增大。
（2）PM2.5、PM10和NO2存在超标现象，而SO2、O3和CO未出现超标。在季节变化特征方面，除O3具有“冬季低、夏季高”的特征外，其他污染物浓度的变化规律相近，均为“冬季高、夏季低”。此外，5月份是一个特殊的时期，六种污染物在这个时期内都呈现出高浓度以及较大的浓度变化差异。考虑到5月份是南方省份上半年主要的秸秆焚烧期，因此秸秆焚烧引起的空气污染，是5月份污染物浓度较高的原因之一。
（3）污染物浓度与混合层高度之间虽然呈离散分布状态，但是存在“临边”现象。随着MMH的增大，各污染物的Cmax呈现出不同的降低趋势。相比较而言颗粒态污染物浓度与MMH之间的关系要优于气态污染物。主要原因有以下两个方面：首先，相比于颗粒态污染物，气态污染物易发生二次转化，其在混合层内寿命相对于颗粒态污染物短，在混合层内容易与其他物质发生反应，从而影响到污染物浓度，降低了MMH对Cmax的影响。与之相反，颗粒态污染物寿命较长，对大气层的结构更加敏感。其次，气态污染物浓度超标程度与频率低于颗粒态污染物，其在混合层内尚未达到“饱和”程度，受混合层高度约束的极限浓度并未显现。对比颗粒态与气态污染物超标程度，可以看出超标程度与混合层和浓度相关性有一定联系，污染物超标越严重，Cmax与MMH的相关性越好。
（4）混合层高度主要影响了生命周期长的空气污染物的浓度。在气态污染物中，CO的Cmax与MMH之间的相关性要优于其他三种气态污染物。CO是一种化学性质稳定、寿命长的气态污染物，其浓度受大气条件影响显著，Cmax与MMH之间有着较好的相关性。对于化学性质活跃、生命周期短的O3而言，Cmax与MMH相关性最差。