基于aqi指数的城市空气质量时空特征分析岳阳市AQI指数变化特征及与常规气象条件的关系

基于aqi指数的城市空气质量时空特征分析岳阳市AQI指数变化特征及与常规气象条件的关系

1通过“管理口”盆地来实施水质改善工程随着城市化和工业化的快速发展，能源消耗的迅速增加，环境污染对人类生活环境和社会发展产生了重大的负面影响，环境问题已成为社会热点话题。岳阳市滨江临湖,属湿润的大陆性季风气候,全市东高西低,呈现向西北开口的“撮箕口”盆地。岳阳是中南地区重要的石油化工基地,沿长江30km地段分布着长岭炼化、巴陵石化、岳阳纸业、华能电厂等一批中央大型企业。特殊的地形、地貌及其温暖湿润的气候,使岳阳地面上空形成了一个有利于各种化学过程发生的环境;特别是近年来人民生活水平提高、车辆剧增,导致能源的消耗与污染物的排放不断加大,岳阳市区空气质量问题成为社会和公众的关注热点。本文根据岳阳市2015—2016年空气质量(AQI)数据和同期的气象数据资料,分析了该市空气质量(AQI)变化的规律,并结合常规气象要素进行了相关分析,为合理规划城市工业布局、有效改善环境空气质量、积极应对环境大气污染等问题提供科学的决策依据。2监测点要素选取岳阳市区空气监测站包括云溪区、开发区、南湖景区、君山区、城陵矶5个国家环境空气质量自动监测点和金凤水库1个半自动监测点。云溪区代表工业区、开发区代表城区、南湖景区代表旅游区、城陵矶代表沿江区、君山区和金凤水库分别代表远郊区和近郊区。这6个监测点的空气质量指数数据来自于岳阳市环保局环境监测中心,气温、降水量、风向、风速等气象数据来自于岳阳国家气象观测站。资料选取时间序列为2015年1月1日—2016年12月2年。季节划分:3—5月为春季,6—8月为夏季,9—11月为秋季,12—次年2月为冬季。3aqi和空气密度的变化特征3.1avi指数的季节变化岳阳市区2015—2016年空气质量指数AQI为79。冬季AQI最大,为96;夏季AQI最小,为69;春秋季AQI相当,分别为78和73。空间分布中,云溪区AQI最大,为82;开发区次之,为81;南湖景区、城陵矶、金凤水库基本相当,分别为76、77、78;君山区最小,为74。主导风向时空分布和主要污染源时空分布基本一致,所以岳阳市区冬季空气质量最差,夏季空气质量最好,春、秋季次之。在空气质量指数AQI季节分布中,云溪区4个季节的空气质量指数都是最大的,在78~92范围内。而君山区春、夏、秋3个季节的空气质量指数都是最小,在68~72范围内。6个监测点中,南湖景区的冬季空气质量指数最小,为88。因此,岳阳市区空气质量指数AQI总体呈现北方空气质量差于南方、工业区空气质量差于水库景区的特征。根据2015—2016年各月空气质量指数统计,时间分布上大体为6—8月最小,为62~70;12月、1月、2月最大,分别为88、91、88,即:12—2月的空气质量差于其他月份,6—8月的空气质量优于其他月份。空间分布上看,除了6月、7月、8月外,其他月份云溪区的空气质量指数最大,空气质量最差,而12月、1月、2月南湖景区空气质量指数最小,其余月份君山区、金凤水库比较小,即:岳阳市北部空气质量差于南部,工业区空气质量差于水库景区。3.2重度污染及严重污染2015年岳阳市区6个环境空气质量监测点中发生重度污染及严重污染的天数总共有6d,5d为重度污染,出现在3月10日、12月12日、12月23日、2月8日、2月24日,1d为严重污染,出现在12月16日。1d中至少有1个监测站点出现重度污染及严重污染的天数总共有2d:出现在2月8日(金凤水库、开发区、城陵矶、君山区)和2月24日(金凤水库、开发区)。云溪区出现4d重度污染和1d严重污染,4d重度污染发生在12月12日、12月23日、12月08日、2月08日、2月24日,1d严重污染发生在12月16日;开发区出现2d重度污染,发生在2月8日、2月24日;城陵矶、金凤水库、君山区出现1d重度污染,均发生在2月8日;南湖风景区出现1d重度污染,发生在3月8日。因此,重度污染及严重污染日基本出现在空气质量较差的冬季,云溪区等工业区发生频率比较高,南湖景区、水库发生频率比较低。重度污染及严重污染日时空分布与空气质量时空分布基本一致。4影响公布年度素质指数变化的因素4.1与空气指数avi相关的季节和季节分布在日平均气温与空气质量指数AQI的关系中,≤10℃代表冬季,≥10.1℃且<20℃代表春秋季,20.1~30.0℃代表夏季,>30℃代表酷暑,春夏秋冬4个季节岳阳市区AQI指数分别为63、58、74、95,因此,夏季空气质量最好,春秋季次之,冬季空气质量最差。君山区、南湖景区、城陵矶、金凤水库这四个监测点日平均气温与空气质量指数AQI的关系和开发区所代表的岳阳市区基本一致。而云溪区监测点气温越高,空气质量越差,日平均气温超过30℃,气温升高,空气质量变差。当出现逆温现象时,大气结层稳定,空气流动性弱,污染物不易扩散,空气质量差。4.2日空气质量avi在降水量与空气质量AQI的关系(表1)中,岳阳市区24h内大雨(>25.0mm)、中雨(10.1~25.0mm)、小雨(0.1~10.0mm)、无雨空气质量指数AQI分别为71、81、83、92,可看出岳阳市区大雨日空气质量最好,无雨日空气质量最差。降水会通过重力沉降和雨量冲刷将空气中的污染物,如灰尘、颗粒污染物等降到地面,一定程度上改善空气质量。降水少,空气污染物逐步堆积,空气质量变差。南湖景区、君山区、云溪区、金凤水库小雨日空气质量指数AQI小于中雨日空气质量指数AQI,小雨日空气质量好于中雨日;城陵矶小雨日空气质量指数AQI大于中雨日空气质量指数,小雨日空气质量比中雨日差。4.3u3000结论在天空状况(低云量)与AQI的关系(表2)中,岳阳市区阴天(9~10成)、多云(5~8成)、少云(3~4成)、晴天(0~4成)空气质量指数AQI分别为83、80、87、93,可得知岳阳市区多云日空气质量最好,晴天天气质量最差;云溪区、南湖景区、君山区、城陵矶、金凤水库晴天空气质量指数AQI分别为103、82、97、94、79,均为4种天气状况最大,可见各监测点晴天空气质量最差;云溪区、南湖景区、君山区、城陵矶、金凤水库多云空气质量指数AQI分别为83、68、74、78、63,均为4种天气状况的最低值,可见各监测点多云天空气质量最好。4.4不同相对湿度下罪犯空气质量比较相对湿度是指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比。在平均相对湿度与AQI的关系中,相对湿度91%~100%、81%~90%、66%~80%、≤65%空气质量指数AQI分别为73、85、94、93,因此当相对湿度超过90%时空气质量最好,当相对湿度低于65%时,岳阳市区空气质量最差。从表3可看出,南湖景区、君山区、城陵矶、金凤水库监测点相对湿度越高,空气质量指数AQI越小,空气质量越好,即相对湿度<65%时,空气质量最差,相对湿度>90%时,空气质量最好;云溪区相对湿度为66%~80%时,空气质量最差。所有监测站点相对湿度>90%时,空气质量最好。4.5风速4.5.1u3000风力等级近地层风速对污染物扩散的浓度和速率产生影响,污染物会随着风移动并得到风的搅动,不断与相对干净的空气混合而最终稀释。在平均风速(m/s)与空气质量指数AQI的关系(表4)中,岳阳市区风力等级为1级(平均风速为<1.6m/s)、风力等级为2级(平均风速为1.6~3.3m/s)、风力等级为3级(平均风速>3.3m/s)出现的概率分别为14%、66%、20%,风力1、2、3级对应的空气质量指数AQI分别为98、90、88,因此岳阳市区风力为1级时,AQI最大,空气质量最差;城陵矶、南湖景区、金凤水库、云溪区、君山区,风力等级为1级时AQI最大,分别为96、84、83、104、95,空气质量最差,与岳阳市区一致。风速小时,空气污染物扩散条件不利,污染物不断累积,空气质量差。4.5.2污染大的场地主要分布在空气中,大量污染物进入空气中,大量污染源进入空气中,这4个方向,主要是为风向会对空气污染物的扩散产生影响,当污染物的时空分布与主导风一致时,会加剧空气污染程度。2015年N、NNE、风向频率分别为24.2%、15.8%和8.6%,3个方向风向频率合计为48.6%,其他方向为2%~8%;因此,岳阳市区以北偏东为主导风。岳阳石油化工总厂、长岭炼油化工总厂、华能岳阳电厂、岳纸集团等污染物排放量大的场地主要分布在岳阳市区偏北方向;煤、石油等燃料的燃烧,煤炭、石油等含硫燃料的燃烧、炼焦厂、炼油厂工业废气的排放,大量的空气污染进入空气中;冬季岳阳进入取暖季,煤的大量燃烧增加了空气中SO4.6环境污染雾对大气污染物的迁移扩散产生影响,雾的吸收、挥发、雾滴沉降等过程会使地面污染物浓度增加,造成空气污染。在天气现象与AQI的关系(表5)中,有雾日,城陵矶、南湖景区、金凤水库、开发区、云溪区、君山区空气质量指数AQI分别为117、105、125、117、118、123,远远高于无雾天气时的空气质量指数,可得知有雾日空气质量明显比无雾日差,金凤水库有雾日与无雾日差异最明显。5报告期内，患有空气损害指数的风险5.1与aq指数级别的比较综合指标法是指通过大量的观察并进行分组,综合运用各种统计指标,剔除个别偶然因素对整体的影响,能够反映出普遍的、决定性条件的作用结果综合指标法建立的模型的模拟结果与AQI指数级别进行比较,空气质量指数AQI级别中的一级和二级可以认定为空气质量好,三级到六级认定为空气质量差,则拟合程度超过8成,达到81%。由此可以认为这种综合指标法模型可以较好的模拟岳阳城区空气质量的优良程度。5.2气象、风速相关因子的回归分析通过统计分析部分气象因子之间的相关性与独立性,岳阳市区的降水量因子与露点温度、水汽压、雾之间的独立性较差,相关系数分别达到0.95、0.95、-0.9,所以进行回归分析时剔除掉这3个气象因子,精简回归模型。在气温、降水量、低云量、相对湿度、风速这些因子相关系数中(表7),气温、风速气象因子之间相关性基本小于0.3,降水量、低云量、相对湿度相关性相对大些,超过0.5。因此,这5个气象因子之间的独立性比较好。将气温、降水量、低云量、相对湿度、风速这5个气象因子与岳阳市区空气质量指数AQI进行逐步回归分析,剔除掉不显著的低云量、相对湿度这2个气象因子,最后建立最优回归方程:其中,x式(1)中的方程选取2015年的样本数共359个,复相关系数为0.34,统计量F为14.78,F将空气质量指数级别与空气质量指数模拟值进行对比,可以看出模拟级别与AQI级别相差2个级别和3个级别的概率为3%和2%,相差1个级别的概率为33%,AQI级别与模拟级别一致的概率为62%。可得出该回归模型模拟效果比较好。可用于空气质量指数的预报预警。6与综合指标法比较(1)岳阳市区冬季空气质量最差,夏季空气质量最好,北方空气质量差于南方、工业区空气质量差于水库景区。(2)重度污染及严重污染日基本出现空气质量较差的冬季,云溪区等工业区发生频率比较高,南湖景区、水库发生频率比较低。重度污染及严重污染日时空分布与空气质量时空分布基本一致。(3)日平均气温、日降水量、日平均风速对岳阳城区空气质量影响较大,低云量和相对湿度对空气质量有一定影响。岳阳市城市工业布局方向与年主导风向一致,使得城区广大区域处于工业气流的下游,导致空气污染加剧。在大气层结稳定状态下空气污染加重。(4)用综合指标法建立的预报模