上海市2001～2002年空气污染指数分析
摘要：根据上海市2001年1月1日至2002年12月31日的空气质量日报资料，分别做了年平均、空气质量级别和首要污染物的统计，还具体统计了上海市空气污染指数的每月平均值、每日的空气污染指数和可吸入颗粒物、NO2和SO2的污染指数，并做折线图加以分析。结果表明，上海市的空气污染状况不仅受大尺度的天气现象如季风和降雨量的影响，还和近地面风速、大气稳定度、雾和逆温层有很大的关系。
关键词 ：空气污染指数 首要污染物 可吸入颗粒物 二氧化氮 二氧化硫
1 引言
地球上的大气是环境的重要组成要素，并参与地球表面的各种过程，是维持一切生命所必需的。大气质量的优劣，对整个生态系统和人类健康有着直接的影响，污染的空气也可损害我们的生活质素，其中一个例子是影响能见度。因此，对空气质量的变化规律进行分析是必要的。本文根据上海市的空气质量日报资料，分析了上海市2001～2002年空气质量变化的规律及原因。
2 资料分析
2.1 资料来源
本文中的空气质量日报来源于国家环境保护总局(http://www.zhb.gov.cn)和上海环境热线(http://www.envir.online.sh.cn)，资料时段是2001年1月1日至2002年12月31日。具体分析空气污染指数的月平均值和每日的空气污染指数的变化规律，统计其可吸入颗粒物、NO2和SO2的污染指数，并做出折线图。
2.2 上海市2001年和2002年平均空气污染指数对比
从空气污染指数的年平均值中可以看出总的空气质量状况。上海市2001年的平均空气污染指数为75.6，2002年的平均空气污染指数为79.5，2002年的年平均空气污染指数比2001年的有所增加。
2.3 五大城市空气质量级别对比
日报数据的及时发布，使人们可以在第1时间了解相关城市的空气质量状况。为了更好地应用日报数据，不仅应了解某一时点的城市空气质量状况，而且应对某一时段空气质量的趋势有更加感性的认识。2001～2002年上海市不同空气质量级别所占天数的统计结果见表1。
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| 表1 2001～2002年上海市不同空气质量级别所占天数(d)1) |
1) 空气质量级别I代表优，II代表良，III1代表轻微污染，III2代表轻度污染，IV1代表中度污染，IV2代表中度重污染，V代表重污染[1，2]。
从表1可以看出，2002年和2001年相比较，空气质量级别为优的天数均为73d，没有变化；空气质量级别为良的天数在2002年是208d，比2001年减少了28d；而空气质量级别为轻微污染的天数在2002年是69d，是2001年的2倍。总体上说，2002年上海市的空气污染指数较2001年有所增加。
2.4 首要污染物
在空气质量日报中，首要污染物是一个非常重要的概念，是指空气中最主要的一种污染物。因此，对上海市的首要污染物进行统计十分必要。
本文分别统计出2001年和2002年上海市每天的首要污染物。2001年，上海除了73d空气质量为I级，其余的283d中有272d首要污染物是可吸入颗粒物，有5d的首要污染物是NO2，有6d的首要污染物是SO2。2002年，上海空气质量未达到优级有283d，其首要污染物全部都是可吸入颗粒物。因此，可吸入颗粒物是造成上海市空气污染的最主要的污染物。减少可吸入颗粒物的排放，就能比较有效地降低空气污染指数，提高空气质量。
可吸入颗粒物包括一系列化学物质，2种主要成分是铅和芳香族的碳氢化合物。减少人为排放的可吸入颗粒物可采取2种措施：(1) 改变燃料的构成，以减少可吸入颗粒物的生成，如用天然气代替煤，用核能发电取代燃煤发电等。(2) 在烟尘排放到大气环境之前，采用控制设备将尘除掉，以减轻大气环境污染程度。
2.5 上海空气污染指数月平均值分析
为了对上海的空气质量状况有个大体的了解，本文分别统计了2001年和2002年上海市的空气污染指数的月平均值，并作出折线图（见图1和图2），以便更直观地描述和分析上海的空气质量变化规律。
2001年，上海市空气污染指数月平均值的折线图有2个波峰，最大值出现在3月份，月均值达到了124，次波峰出现在11月份，平均为109。6～9月污染指数平均值基本持平，有轻微下滑，9月份下降至最低值51，形成波谷。除了3月份和11月份的空气污染指数的月平均值超过100，空气质量级别达到III级，其它各个月的月均值都为50～100，即空气质量状况为良好。
2002年，上海市空气污染指数月平均折线图相对2001年的起伏比较小。波峰出现在3月份和1月份，月均值分别为107和102。5～8月的空气污染指数月均值比较低，8月份达到波谷，月均值为57。9月份折线开始上扬，到11月份到达94后又开始下降。除1月份和3月份空气污染指数的月均值稍微超过空气质量级别II级指标，其它月份的空气质量状况都为良好。
对比2001年和2002年的空气污染指数月均值可以看出，空气污染指数的变化有一定的规律：API折线都基本上是呈“高―低―高”的趋势的变化，2个波峰分别出现在春季和秋季。污染指数的月平均值冬季高、夏季低，春季呈逐渐下降的趋势，而秋季呈上升趋势。3月份和11月份的空气污染指数较高，而6～9月的空气污染指数都偏低，且折线的起伏比较和缓。空气污染指数的这种规律性的变化很大程度是受大尺度的天气现象的影响。
上海属北亚热带季风气候，夏季盛行偏南风（最多东南风和东风），偏南风的风向频率为53%；冬季盛行偏北风（最多西北风和北风），风向频率为54%；春秋2季为南北风向转换季节，春季最多东到东南风，秋季最多东到东北风。年均风速3.1m/s。夏季以南到东南风的平均风速为最大，冬、春季以偏北风为最大，全年中以西南风的平均风速为最小。风向影响着污染物的扩散方向，风速的大小决定着污染物的扩散和稀释状况。夏季的东南风和东风带来了海面新鲜空气，海面的空气受污染小且湿度较大，有利于污染物的湿沉积。冬季的主导风是来自大陆，空气较为污浊且干燥。因此，夏季的空气污染程度远小于冬季。而春秋2季为风向转换的季节，春季逐渐由陆风转换为海风，污染指数呈下降趋势，而秋季由海风转换为陆风，污染指数有所上升。
各种形式的降水特别是降雨能够有效地吸收、淋洗空气中的各种污染物，使空气变得新鲜，因此降雨量对空气质量状况也有影响。上海全年的雨量充沛，总雨量平均1149mm，因冬夏季风交替，降水具有季节性变化。雨量季节分配不均，多雨、少雨不定，干湿交替出现，形成全年3个多雨期和3个少雨期，全年70%的雨量集中在4～9月的汛期，汛期有春雨、梅雨、秋雨3个雨期。2001年，上海市降水偏多且集中（见图3）。冬、春季气温异常偏高，梅雨期（6月）雨量偏多，因而6月份的API较低。夏季高温天气持续时间长，盛夏出现连续的大暴雨，8月份出现日降水量超过200 mm的特大暴雨。虽然6～8月降水量有很大的波动，但这段时间API折线的变化并不大，由此可以看出夏季风对污染物稀释扩散的影响远大于降水的影响。秋季晴热少雨，因此空气污染指数比较高。9月份虽然已进入冬季，但由于受热带风暴的影响，大气稳定度低，空气中的污染物易于稀释扩散，空气污染指数降至最低值。
除了季风和降雨，雾也是影响空气质量的重要因素。上海市的雾有个高峰期，主要出现在10～12月和1月，次高峰期在3～5月。雾像一顶盖子，它会使空气污染状况加剧。
3 上海空气质量日报分析
为了更具体地分析上海的空气质量状况，本文分别统计了2001年和2002年上海市每日的空气污染指数，并作出折线图（见图4、图5），以便更直观地描述和分析上海的空气质量变化规律。
在2001年，上海市空气污染指数线起伏相当大。API最高值达到了358，空气质量级别为V，而最低值为21，空气质量为优。波峰出现在11月22日，次波峰出现在3月2日，而波谷则是在5月6日。1～5月份和10、11、12月份的API波动比较大，而6～9月相对比较缓和。
3月上旬和3月下旬上海市由于受高气压所主控，近地面风速降至1m/s以下，清晨还多次出现接地逆温层，致使污染物的扩散条件较差。11月的中下旬大气环流较为稳定，基本处在高气压控制下，部分地区已经出现了迷雾天气，近地面以偏西风为主且平均风速较小，清晨出现多次接地逆温层，大气环境污染气象条件较差。因而3月上中旬和11月中下旬的空气污染指数都较高。6月、7月和9月的空气质量均达到了国家空气质量二级标准，8月份仅有1d空气质量超标。
2002年，上海市空气污染指数线起伏也很大。API最高值达到了434，达到了重度污染，而最低值为19，空气质量级别为I级。波峰出现在4月上旬，次波峰出现在3月下旬和11月中旬，而波谷则是在7月初。1～4月份和11、12月份的API波动比较大，而5至10月相对比较缓和。3月末4月初、11月中旬和1月中旬都出现了空气污染指数超过200的现象。这些变化与2001年的基本一致。
由上述分析可以看出，上海市的空气质量状况不仅和季风、降水和雾有关系，还受近地面风速、逆温层和大气稳定度影响。近年来上海市区房屋建筑密度不断增大，现在达56%，受其影响，城市中年均风速有逐年变小的趋势，这也使得城市中大气污染物的稀释、扩散条件变差。
4 结语
4.1 2002年的年平均空气污染指数比2001年有所增加。
4.2 2001～2002年上海市的空气污染级别多为II级，即空气质量状况为良好。达到重污染的天数很少。
4.3 可吸入颗粒物是造成上海市空气污染的最主要的污染物。因此，对可吸入颗粒物的排放加以控制，可以大大减少空气污染。
4.4 上海市空气污染指数月平均值折线基本上都是呈“高―低―高”的趋势变化，2个波峰分别出现在春季和秋季。污染指数的月平均值冬季高、夏季低，春季呈逐渐下降的趋势，而秋季呈上升趋势。3月份和11月份的空气污染指数较高，而6～9月的空气污染指数都偏低，且折线的起伏较小。空气污染指数的这种规律性变化很大程度是受大尺度的天气现象影响，如季风、降雨量和雾。
4.5 上海市空气污染指数折线的起伏很大，波峰一般出现在3、4月份和11月份。春季和冬季空气污染指数比较高且波动较大，夏季和秋季的空气质量状况较好且折线比较平缓，这不仅与季风和降雨有关，还受近地面风速的大小、雾、逆温层的出现与消散和大气稳定度影响。
5 参考文献
1 吴兑，邓雪娇编著.环境气象学与特种气象预报.北京：气象出版社，2001.
2 张书余编著. 城市环境气象预报技术.北京：气象出版社，2002
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