兰州空气质量预报思路探讨

２００６年第８期　大众科技　ＤＡ　ＺＨＯＮＧ　ＫＥ　Ｊ　ＮＯ．６，２００６　（总第９４期）　（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ　Ｎｏ．９４）　兰州空气质量预报思路探讨　李春华　（兰州资源环境职业技术学院，甘肃兰州７３００２１）　【摘要】文章从天气学原理出发，分析了冷锋、稳定层结、低空风向风速、稳定层结等气象因子与兰州空气质量的相关性，选　取相应的因子．建立了回归方程以预报空气污染指数。　【关键词】空气质量；空气污染；空气污染指数　【中圈分类号】Ｘ５１　【文献标识码】Ａ　兰州市是西北一个大气环境污染较重的上业城市．其大　气污染严重有人为因素，如工业废气、燃烧燃料、汽车尾气等。　也有其自然因素．如兰州的地形、气象条件等多种因素。不考　虑人为因素的影响，兰州的空气质量在很大程度上取决于气　象条件。多年的研究表明：污染物质的扩散受多种因素影响．　各个因素也相互作用．并且这些因素自身复杂多变。这里主要　分析冷锋、最大混合层厚度、低空风向风速、稳定层结等气象　条件对兰州空气质量的影响。我们利用数理统计方法。对兰州　市的气象因子和空气污染的相关性进行统计分析．建立相应　的回归方程以预报空气污染指数。　一、各气象因子与空气污染浓度的影响分析　（一）冬半年冷锋活动与空气污染物浓度的相关分析　锋面是大范围的冷暖气团之间狭窄的交界面．冷锋是冷　空气占主导势力，推动暖气团前进的一种天气系统，也是西北　常见的一种天气系统。通常冷锋会带来降温、大风、降水等天　气，从而也会影响大气污染物的扩散。　对兰州１９８８—１９９１年冬半年（１０月到次年３月）５００ｈＰａ历　史天气图资料和兰州市环境监测站自动监测的污染物浓度资　料进行了统计分析，发现强冷锋过境后，使兰州市ＳＯ　、ＮＯｘ和　Ｃ０平均浓度分别降低４７．３％、３５．３％和３４．２％；较强冷锋过境　后，能分别降低４３．４％、２８．Ｏ％和２８．１％；弱冷锋过境后，分别降　低３２．３％、２１．８％和２１．５％；从总体情况看，冷锋过境对兰州城　市Ｓ０２污染浓度影响最大。在冷锋天气过程控制下，兰州市区　污染物浓度与气温、气压、风速和混合层厚度均呈负相关．而　与逆温强度和逆温层厚度呈正相关，其中污染物浓度与逆温　层厚度的相关性最显著，与气温次之，与气压和风速的相关性　较差。　（二）最大混合层厚度与空气污染物浓度的相关分析　对１９８８—１９９２年兰州市环境监测站大气自动监测系统几　种主要污染物浓度进行统计分析，发现ＳＯ，　Ｃ０和Ｎ０ｘ月平　均浓度的年变特征呈单周期型，１２月份浓度最高．夏季的７　月份平均浓度最低。而此变化曲线与月平均最大混合层厚度　年变化曲线相对照，发现它们的位相几乎完全是相反的。换言　之，这表明混合层厚度的确是影响城市空气污染的苇要因素。　（三）低空风时空变化与空气污染的相关性　多年的研究发现：污染浓度与风速平方成反比。通常风速　越大越有利于空气中污染物质的稀释扩散．而长时间的微风　【收稿日期】２００６—０３－１８　——１７８——　【文章编号】１００８－１１５１（２００６）０８－０１７８－０２　或静风则会抑制污染物质的扩散。　对１９８８至１９９２年兰州市环境监测站自动监测系统监测　到的近地面逐时风和空气污染浓度资料以及对应时段的兰州　市低空风资料进行分析，发现Ｓ０：、Ｃ０和ＮＯｘ三种污染物浓　度月平均值的年变化规律大体一致。均为单峰分布，且峰值都　出现在冬季１２月份，与月平均风速年变化的反相关性均较　好。ＳＯ　、ＣＯ和ＮＯｘ三种污染物浓度的月平均值与月平均风速　的相关系数分别为一０．７４２７、一０．８３８３和　．８００，均通过　＝Ｏｌ０１　的显著性检验．说明兰州城区空气污染物浓度月平均值与月　平均风速的关系密切。　（四）稳定层结与空气污染的相关性　在兰州特殊的地形条件下，低层风一般比较小（尤其是冬　季１，除了河谷盆地条件、天气气候方面的因素外，与低层大气　层结过于稳定使上层动量下传受阻也有关。因此，稳定的层　结，不利于湍流扩散和平流输送，是引起兰州空气重污染的　因素之一。而层结稳定度与近地面层的逆温状况有很大关系。　一般情况下空气下暖上冷时大气呈不稳定结构，容易产生对　流，促使污染气体排放。逆温是空气温度随高度增加而增高的　大气垂直层结现象，这种上暖下冷的稳定结构，不利于空气的　对流，特别是冬季，辐射冷却造成近地空气温度较低。而高层　空气受到的影响较小，形成逆温层的１５１数较多。这种大气逆温　现象直接影响大气污染物的扩散。在以往的研究和应用中多　采用理雀逊数来描述低层大气的稳定度，采用逆温厚度和逆　温强度来描述近地面层的逆温状况。理查逊数计算很复杂，我　们在这里可以考虑用温度递减率来代替，理由是：第一．容易　得到，从探空曲线可以方便地得到；第二，虽然耐不适用于厚　气层，但污染主要在边界层内．一般边界层的高度在１Ｏ００米。　除上述讨论过的气象因子外，其他一些气象因子与大气污　染程度也有一定的影响，比如温度、能见度、云量、降水等因子。　二、空气污染预测与前述要素间的应用　空气污染预测的方法很多。有数值模式预测、污染潜势预　测、数值统计预测等。兰州市地处群山河谷之中．地形比较复　杂，大气扩散也比较复杂，这就为开展大气质量预测、预报带　来一定的难度。应用一般的大气扩散模式很难满足复杂地形　的要求，而统计预测不需要考虑地形的影响．故统计预测是一　种较好的方法　因此町以利用逐步回归的数理统计方法，对兰州市大气　维普资讯 http://www.cqvip.com

环境监测资料污染物（１＇ｓＰ和ＳＯ：）的浓度以及上述重要因索　分别进行计算分析并建立预测方程．并拟对这两种污染物分　Ｘｍ：）（ｍｌ，Ｘ　，Ｘ　，……，）【ⅡＩＩ　别进行预测检验。这里，可以先不考虑前一天的污染量．是因　用预测量Ｙ与预测因子Ｘｉ（ｉ＝１，２，……．ｍ１进行逐步回　为前一天的污染量对第二天的贡献很大。是一个大量。会很大　归，最后建立最优回归方程：Ｙ＝ｂ　１）（ｋｌ＋ｂｋ２　Ｘｋ２＋……＋ｂ　其　程度影响预报量，所以我们暂不考虑它，以免降低其他因子的　中（）（ｋｌ＇Ｘｂ，……，ｘ　为预测因子Ｘｉ（ｉ＝ｌ，２，……，ｍ）的最优子　敏感性。在检验出其他相关性强的因子后．再在预报方程的最　集。利用逐步回归结果对污染物做定量预测。　后考虑前一天的实际污染量。　五、预测方程的建立　三、预测量和预测因子的选择　气象资料选用与大气环境监测资料相对应的同步地面常　选择总悬浮颗粒物（ＴＳｔ＇和ＳＯ’）浓度作为污染预测量，取　规气象观测资料。选用若干个样本，ｌ２个预测因子．经过逐步　本市观测站连续２４　ｈ的平均值作为全市的日平均浓度。预测　回归，对污染物的浓度就可以分别建立回归方程了。　因子的选择基于大气扩散的基本原理。我们初选如下因子：　六、结果检验　Ｘｌ：当天有无锋面影响，有记录为ｌ，无记录为Ｏ；　：用相　随着气象观测和大气环境监测的同步进行及监测资料的　关资料按照前述方法计算的最大混合层厚度；Ｘ　：温度递减率　规范化。资料会越来越多，将有更长时间的资料来进行回归统　ｒｄ；）（４：当天的最低温度（℃）；Ｘ５：当天的最高温度（℃）；）【６：前一　计拟合计算，本文的统计预测方法对空气污染预测具有一定　天２０：００Ｏｒ，京时，下同）的能见度０，ｍ）；Ｘ，：当天０８：００的地面　的参考价值。要想得到一个理想的预报方程，需要用实际资料　风速（ｍ／ｓ）；）（８：当天有无降水，有记为ｌ，无记为０：　：当天２０：　不断地检验、修正、改进预报方程．这是一个不断探索的过程。　ｏ０的总云量；Ｘｌ。：当天２０：００的低云量；Ｘ　当天２０：００前的　３ｈ平均风速（ｍ／）；ｘ　：当天的最大风速（ｍ／ｓ）。有些因子还需要　【参考文献】　进一步考虑，总体原则是要筛选出与兰州空气污染有较强的　［１】王式功，等．高原气象【Ｊ】．１９９８，（５）．　相关性（正负均可）的因子。　【２】王式功，等．高原气象【Ｊ】．２０００。８．　四、统计模型　【３Ｎ宇，等．高原气象【Ｊ］．２００２，２１（３）．　采用逐步回归的数理统计模型。预测量Ｙ（Ｙ　，Ｙ　，……，　［４］朱乾根，林锦瑞，寿绍史．天气学原理和方法【Ｍ】．北京：气　共有ｎ个样本，预测因子Ｘ（Ｘ。，）【２，……，　共有ｍ个，　象出版社．１９８１．　其数据形式如下：　【５】蒋维楣．空气污染气象学教程【Ｍ】．北京：气象出版社，　Ｘｌ：Ｘｌｌ，Ｘ　，Ｘｌ３，……，Ｘ１　；　２００４．　Ｘ２：Ｘ２ｌ，Ｘ　，Ｘ。，……，Ｘｈ；　（上接第１７５页）其辐射功率密度应小于１０１￣Ｗ／ｅｍ２。　局，使电磁污染源远离居民稠密区；改进电气设备；在近场区　容许｛西强　采用电磁辐射吸性材料或装置；实行遥控和遥测，提Ｉ｛Ｉｉ自动化　波长　单位　程度等。由于在家庭电器的电磁辐射防护上．我们不可能天天　一圾（安全区）　二缎（中间区）　穿上防护服，但可以采取以下防护措施。以尽量减少电磁辐射　对人体的伤害：　长、中、短液　Ｖ　ｌ０　《２５　１．尽量远离电磁辐射源。在一般情况下离开家用电器１．５　米以上就基本安全了，对于微波炉、电磁炉等较强的电磁辐射　衄短液　Ｖ，ｎ　‘５　《１２　源应保持尽可能远的距离。　张谖　ｃ＾’　《ｌ０　《４０　２．每一次接触家用电器，要尽量缩短接触时间。　混合　搜主强硬鼹辐强：若吾渡强场强什靛．则搜复骨场强　３．学会科学的正确的使用方法。不要把电器摆放得过于集　Ｖ　加棂确定．　中。以免使自己暴露在超限量辐射的危险之中。要避免长时问　使用电器、手机等．更不能将手机挂在胸前或放在上衣胸前的　目前国内已经开发出多种面料的防护服装。防护服装中　口袋中。暂停使用时．最好不要让它处于待机状态，因为此时　有：防护衬衫，防护围裙，防护马甲。防护大褂，护胎宝，孕妇　可产生较微弱的电磁场，长时间会产生辐射积累。　裙．夹克套装等．此外还有用于设备屏蔽的屏蔽布等。常用的　４．保证房间通风。电磁辐射对人体的危害是一个长期积累　电磁辐射方面的个体防护产品其主要材料多为不锈钢纤维或　的过程，我们不必对它谈虎色变，但从以人为本的角度出发。　金属化镀膜材料。其主要原理是根据金属材料对电磁渡的屏　全社会都有义务做好其防护工作．把其危害降到最低限度。　蔽或吸收功效制作的。　除了采取个人防护措施外．安设电磁屏蔽装置也是一种　【参考文献】　常用办法，在电磁场传递的途径中．安装屏蔽装置．使有害的　【ｌ】吴志忠．工业与民用建筑兼容设计［Ｍ］．北京：中国建筑　电磁强度降低到容许范嗣内。这种装置为金属材料的封闭壳　出版社．１９９３．　体。当交变电磁场传向金属壳体时。幅度衰减。电磁屏蔽町分　［２］刘文珊．注重电磁辐射对居住环境的污染叨．武汉建设，　有源场屏蔽和无源场屏蔽两类。　２ｏｏ５．　另外，还有一些其他综合性的防治对策，例如调整ｊ二全布　［３］冯恩信．电磁场与电磁波【Ｍ】．西安：西安交通太学出版杜．　一１７９－