北京地區(qū)大氣污染物時空分布及累積效應(yīng)分析_張睿

1、北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版,第40卷,第6期,2004年11月Acta Scientiarum NaturaliumUniversi tatis Pekinensis,Vol.40,No.6(Nov,20041中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程項目KZCXZ -204部分資助收稿日期:2003-08-14;修回日期:2003-10-22北京地區(qū)大氣污染物時空分布及累積效應(yīng)分析1張 睿 蔡旭暉2宋 宇(北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境科學(xué)系,北京,100871,2通訊聯(lián)系人:E -mail:xhcai摘 要 用1999年和2000年的監(jiān)測資料結(jié)合隨機游走大氣擴散模式分析北京地區(qū)PM 10和SO 2濃度的時空變化、城區(qū)污染

2、排放對整個區(qū)域的作用和影響、以及污染物在區(qū)域內(nèi)的累積效應(yīng)。結(jié)果表明:(1北京地區(qū)污染物濃度具有以城區(qū)為中心的空間分布特點和季、日變化規(guī)律。(2城區(qū)和清潔對照點的污染物濃度平均日變化具有顯著差異,城區(qū)基本呈雙峰分布,清潔對照點定陵則基本為單峰分布。(3由擴散模擬的情況對定陵站的監(jiān)測濃度進行條件性統(tǒng)計分析,結(jié)果明確反映了城區(qū)污染擴散對定陵站濃度的影響。(4北京冬季從城區(qū)排放的污染物在當(dāng)?shù)乩鄯e的情況明顯,累積的時間周期大致為25d;輸送擴散因子在污染物局地累積的過程中起著關(guān)鍵性的作用。關(guān)鍵詞 大氣污染;時空分布;累積效應(yīng);北京地區(qū)中圖分類號 P 456;X 1690 引 言隨著北京跨入國際化大都市步

3、伐的加快,大氣環(huán)境問題也日益受到關(guān)注。一些年來,對北京地區(qū)大氣污染物的時空分布特征和變化規(guī)律進行了多方面的研究,如對污染物統(tǒng)計特性的分析13,污染物時空分布的觀測研究46等。然而已有的工作多集中于城區(qū)較小的空間范圍,對整個北京地區(qū)的情況,以及把北京城市置于整個區(qū)域的背景情況下進行的污染物濃度時空變化特征的研究相對較少。從北京地區(qū)環(huán)境監(jiān)測站點的分布來看,除了城區(qū)有較多的測點以外,尚有遠離城區(qū)的清潔對照站點,這對全面、完整地把握北京地區(qū)的大氣污染時空分布和變化、了解污染物在區(qū)域內(nèi)的遷移、轉(zhuǎn)化、累積機制和規(guī)律應(yīng)該是十分有利的。但長期以來,對清潔對照點定陵站的監(jiān)測結(jié)果的科學(xué)解釋并無一致意見。一方面,定

4、陵站的P M 10和SO 2的監(jiān)測結(jié)果都的確比城區(qū)的低得多2;另一方面,受北京地區(qū)山地-平原中尺度環(huán)流的影響,城區(qū)污染物影響到定陵地區(qū)的情況也是顯然的79。把現(xiàn)有的實際監(jiān)測資料與大氣擴散的計算機動態(tài)模擬相結(jié)合,將有利于深入分析這一地區(qū)污染物濃度時空變化的內(nèi)在規(guī)律,揭示城區(qū)污染排放對整個區(qū)域的作用和影響,以及污染物在區(qū)域內(nèi)局部累積、造成嚴(yán)重空氣污染的原因和機制。本工作在這方面進行了初步研究。930第6期張睿等:北京地區(qū)大氣污染物時空分布及累積效應(yīng)分析首先使用常規(guī)的統(tǒng)計分析方法,了解北京地區(qū)PM10和SO2污染的一般特征。其后,用大氣擴散模式模擬城區(qū)排放的污染物的動態(tài)擴散過程,據(jù)以確定城區(qū)對定陵地

5、區(qū)是否有影響,并進而對定陵站的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行條件性統(tǒng)計,具體估算影響的大小。最后,將擴散計算的區(qū)域平均濃度與城區(qū)監(jiān)測的濃度進行對比,了解污染物在該區(qū)域的累積情況。1資料和模式111資料所用資料包括:(1北京市環(huán)境監(jiān)測總站的定陵、前門、奧體中心、農(nóng)展館和古城5個測點2000年1、4、7、10月的逐時P M10和SO2監(jiān)測濃度(質(zhì)量濃度,mg#m-3;(2對應(yīng)時段昌平、上甸子、延慶、密云、懷柔、順義、平谷、石景山、觀象臺、朝陽、通縣、豐臺、房山、霞云嶺、大興、海淀、湯河口、齋堂、門頭溝、佛爺頂20個測站的逐時地面風(fēng)觀測資料;(3逐時穩(wěn)定度分類資料;(4高空地轉(zhuǎn)風(fēng)、地形和地面粗糙度資料;(51999年

6、全年P(guān)M10和SO2的逐日日均濃度,包括城區(qū)12個監(jiān)測站和定陵清潔對照站。1.2模式1.2.1大氣擴散模式本文采用一個拉格朗日隨機游走擴散模式模擬污染物在區(qū)域內(nèi)的動態(tài)擴散過程。該模式根據(jù)輸入的風(fēng)場、穩(wěn)定度類型和邊界層高度等逐一計算示蹤粒子的空間位移和拉格朗日軌跡,并從大量粒子的空間分布了解實際大氣的擴散狀況。此前,作者已成功地運用該模式研究北京等地的總體擴散特征,模式詳情參見文獻9,10。擴散計算的范圍取水平方向200km200 km,大體以北京城區(qū)為中心;垂直方向從地面至2000m。1.2.2三維風(fēng)場診斷模式該模式為大氣擴散模式提供輸入風(fēng)場。模式通過對地面和高空實測資料的插值和變分調(diào)整處理,

7、獲得符合邊界層流動連續(xù)性條件的三維風(fēng)場。模式具體情況及其應(yīng)用詳見文獻8 10。這里所取的相關(guān)模式參數(shù)為:計算區(qū)域與擴散模式相同,水平網(wǎng)格距取4km,垂直方向從地面至2000m,不等距分15層10。2北京地區(qū)P M10和SO2濃度的時空變化2.1污染物濃度的季節(jié)變化用1999年全年城區(qū)12個站點和定陵清潔對照站的逐日監(jiān)測日均濃度資料,計算PM10和SO2的季平均濃度,結(jié)果如表1?？梢钥闯?不論是PM10還是SO2,各季城區(qū)的平均濃度都明顯高于定陵站的濃度,說明北京城區(qū)作為這一地區(qū)最重要的污染排放源對環(huán)境的影響是明顯的。從季節(jié)變化來看,城區(qū)和定陵的SO2在冬季的濃度都23倍于其他各季的濃度,表明冬

8、季采暖期污染排放增加的效果。PM10的冬季濃度也比夏秋季高得多,可以認(rèn)為這與SO2的情況類似,是由冬季采暖期污染排放增加造成的,但春季的濃度與之不相上下,這應(yīng)與北京地區(qū)的氣候、氣象條件有關(guān)。北京春季干燥多風(fēng),局地自然沙塵排放以及大范圍的沙塵暴過程等都可使PM10濃度增大。931用2000年4個季中月(1、4、7、10月城區(qū)4個站點和定陵清潔對照站的逐時監(jiān)測濃度資料,計算PM 10和SO 2的各季中月(1、4、7、10月平均濃度(見表2,所得結(jié)果與1999年全年數(shù)據(jù)統(tǒng)計的各季結(jié)果(表1基本特征相同,尤其SO 2的情況更為相似。PM 10的結(jié)果在具體數(shù)值上有較明顯差異,可能與兩年間氣象條件以及污染

9、控制措施的差異有關(guān),統(tǒng)計時段的不同也可能有一定影響?？梢哉J(rèn)為,2000年4個季中月的數(shù)據(jù)對全年情況是具有代表性的,故以下主要針對這些數(shù)據(jù)進行分析。表1 1999年北京城區(qū)和定陵站各季平均濃度Table 1 Seasona-l mean monitoring concentration of urbanarea of Beijing and of Dingling station in 1999(mg P m 3季節(jié)定 陵城 區(qū)PM 10SO 210SO 2冬0.1670.042 0.3540.187春0.1900.015 0.3280.055夏0.0910.014 0.1610.020秋0.1

10、090.0180.2030.050表2 2000年北京城區(qū)和定陵站各季中月平均濃度Table 2 Monthly -mean monitoring concentration of urbanarea of Beijing and of Di ngling station in 2000for February,Ap ril,July and October(mg P m 3月份定 陵城 區(qū)PM 10SO 2P M 10SO 21月0.0840.074 0.1650.1684月0.1130.013 0.2650.0337月0.0910.009 0.1230.01510月0.0680.0100.

11、1280.027212 污染物濃度的空間分布圖1是北京市主要監(jiān)測點上2000年各季中月PM 10和SO 2濃度的統(tǒng)計結(jié)果,其中定陵是清潔對照點,奧體中心、農(nóng)展館、石景山站是區(qū)域環(huán)境站,前門是交通環(huán)境站?？梢钥闯霰本┑貐^(qū)的污染濃度空間分布特點明顯:清潔對照點濃度比城區(qū)各站點濃度系統(tǒng)偏低,城區(qū)各站點中石景山站的污染物濃度總體偏高,前門站濃度表現(xiàn)也較高,位于三環(huán)邊緣或三環(huán)以外的奧體中心和農(nóng)展館站濃度則總體較低。這些情況一方面反映了石景山工業(yè)區(qū)排放量較大的影響,另一方面反映了濃度的空間分布相對于市區(qū)中心的位置關(guān)系。三環(huán)以內(nèi)基本為城市的中心地帶,人類活動頻繁,人為源排放量大,易造成較高的污染濃度。另外,

12、值得指出的是,SO 2的濃度以采暖期的冬季為最高,PM 10的濃度則在春季最高, 表明春季風(fēng)沙天氣的影響。圖1 北京地區(qū)5個測站的PM 10和SO 2濃度及季節(jié)變化Fig.1 Monitoring concentration and seasonal variation of PM 10and SO 2for 5stations over Beiji ng area2.3 污染物濃度的日變化首先考察城區(qū)范圍內(nèi)PM 10和SO 2濃度的日變化。圖2是由2000年各季中月PM 10和SO 2932北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版第40卷圖2北京城區(qū)PM10和SO2濃度平均日變化Fi g.2Diurnal

13、variation of PM10and SO2over urban area of Beijing(a(d分別對應(yīng)1、4、7、10月圖3定陵P(guān)M10濃度各季平均日變化Fig.3Diurnal variation of PM10in4seasons for Dingling station的逐時監(jiān)測數(shù)據(jù)計算的、城區(qū)4站平均的濃度日變化結(jié)果。可以看出,各季PM10濃度雖有數(shù)倍差異,但其日變化基本都呈雙峰雙谷態(tài)。即濃度自午夜以后下降,在上午約10:0012:00時由于人類活動增加達到第1個峰值,午后不穩(wěn)定邊界層發(fā)展,湍流垂直交換能力強,濃度得到了一定稀釋,在約14:0016:00時濃度達到谷底;晚

14、間濃度再次上升,在21:0023:00時之間出現(xiàn)主峰值,這與夜間逆溫頂蓋抑制PM10擴散,造成地面濃度升高有關(guān)。SO2日變化規(guī)律與PM10的情況相似,但主峰值出現(xiàn)在上午。除秋季之外,SO2峰值出現(xiàn)時間略早,約在8:0010:00時。秋季的峰值出現(xiàn)在中午前后。值得說明的是,冬季(1月SO2濃度比其他各季高幾倍至1個量級,因此圖中冬季濃度的日變化特征最明顯,其他季的變化特征則不太鮮明。上述類似日變化特征和規(guī)律在前人的工作中13亦有報道。定陵站作為北京地區(qū)的清潔對照點,其污染物濃度日變化具有與城區(qū)不同的特點。圖3顯示了定陵站PM10監(jiān)測濃度的平均日變化情況(圖中相應(yīng)位置較高的各曲線?？梢娍傮w上清晨濃

15、度最低,晚間或前半夜?jié)舛茸罡?整個白天濃度隨時間有單調(diào)上升的趨勢。春季由于沙塵暴天氣的偶然因素擾動,使得濃度日變化曲線的擾動幅度很大。將2000933第6期張睿等:北京地區(qū)大氣污染物時空分布及累積效應(yīng)分析北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版第40卷年對應(yīng)沙塵暴天氣出現(xiàn)時段的監(jiān)測值從時間序列中剔除后,重新統(tǒng)計的日變化圖的擾動幅度明顯減小,規(guī)律性與其他各季一致(圖略。比較圖3和圖2可知,各季平均而言,一日中不同時刻城區(qū)的濃度都高于定陵的,可見城市活動的人為源排放在此區(qū)域內(nèi)十分重要。由此可以認(rèn)為,定陵站PM10濃度在白天的不斷升高是與城市人為源排放有關(guān)的,因為白天城市活動量大,且北京地區(qū)低層大氣特定的山地-平原

16、環(huán)流有利于把城區(qū)的污染物帶向北部的定陵地區(qū)9。另外圖3中夏季(7月的平均濃度在白天的增高情況尤其明顯,正與北京地區(qū)夏季盛行偏南風(fēng)的情況相吻合。這種情況總體更有利于城區(qū)污染物影響到定陵地區(qū)。當(dāng)然,除此之外,測站附近白天人類活動因素也可能對當(dāng)?shù)豍M10濃度的日變化有一定影響。為定量估計城區(qū)污染物輸送對于定陵站監(jiān)測濃度的可能影響,用擴散模式模擬城區(qū)排放物的逐時遷移情況。用虛擬的被動示蹤粒子代表污染物從城區(qū)10km10km范圍內(nèi)連續(xù)、均勻的排放(在1個月的時間里從地面10m高度連續(xù)、均勻地釋放72000個示蹤粒子。在以定陵站為中心的10km邊長的正方形水平范圍上空,若計算接收到來自城區(qū)的1個以上擴散粒

17、子,就認(rèn)為是可能受到城區(qū)污染影響的情況11。將這種情況對應(yīng)時段的監(jiān)測數(shù)據(jù)排除在外,剩下的數(shù)據(jù)可以認(rèn)為至少部分排除了城區(qū)污染的影響。這樣處理后的數(shù)據(jù)獲得的修正的統(tǒng)計結(jié)果也顯示在圖3中?？梢钥吹?這些結(jié)果相對于原來的監(jiān)測值在數(shù)值上明顯減小,日變化幅值也有所減小,說明日間局地環(huán)流從城區(qū)帶來顆粒物的情況的確是存在的。不過,以這種方法剔除城區(qū)影響后的濃度曲線在白天仍有較明顯的遞增趨勢,說明對于PM10,城區(qū)的影響未能完全去除,或是其中還有其他因素的作用。對于定陵站的SO2,也同樣求出其日變化以及排除城區(qū)影響的對應(yīng)結(jié)果,示于圖4。圖中結(jié)果雖然數(shù)值上冬季(1月比其他各季大得多,但日變化規(guī)律各季都表現(xiàn)為單峰模

18、態(tài),即濃度白天高,夜間低,大致在中午達到峰值。由于SO2多為人為源排放,上述變化恰說明了白天人類活動對污染排放的影響。排除城區(qū)影響對監(jiān)測濃度的修正顯示了一些頗有意味的結(jié)果。首先,修正作用的時間在冬、春、秋季都主要是日間,與當(dāng)?shù)貪舛确逯党霈F(xiàn)的時間有很好的對應(yīng)關(guān)系。注意到定陵站濃度峰值出現(xiàn)的時間比城區(qū)濃度峰值出現(xiàn)的時間晚23h,這一濃度修正的時間特性正好說明城區(qū)污染物隨著白天由平原吹向北部山地的風(fēng)輸送影響到定陵地區(qū),造成較高污染濃度出現(xiàn)的過程。其次,各季對濃度的修正幅度有很大的不同。冬、春季修正量大,原有的濃度峰被削平很多,日變化的幅度大為減小;但秋、夏兩季的修正卻很少,特別是夏季,修正前后的濃度

19、變化曲線基本重合。這似乎與夏季北京地區(qū)盛行偏南風(fēng),有利于污染物帶往定陵的情況相矛盾。由本文所用的方法可知,這里所謂受到或未受到城區(qū)影響的情況劃分僅代表從城區(qū)出發(fā)的示蹤粒子或空氣到達或未到達定陵附近,并不反映實際影響的大小。當(dāng)由城區(qū)而來的空氣所攜帶的污染物對定陵的濃度影響低于當(dāng)?shù)匚廴疚锱欧旁斐傻挠绊憰r,這種劃分顯然不會改變原來數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性。從圖4和表2可以看出,夏、秋季城區(qū)和定陵站點的平均濃度數(shù)值本身較小,兩地濃度差別亦不大,經(jīng)40km以上擴散后,城區(qū)污染空氣對定陵站濃度的相對貢獻可能已與當(dāng)?shù)匚廴镜那闆r不相上下。因此,上述看似矛盾的情況是合理的。3污染物累積效應(yīng)雖然決定大氣污染水平的因素很多,

20、但嚴(yán)重大氣污染情況的出現(xiàn)往往與不利氣象條件下934第6 期 張 睿等 : 北京地區(qū)大氣污染物時 空分布及累積效應(yīng)分析 ( a ( d 分別對應(yīng) 1、 4、 7、 10 月 圖 4 定陵 SO2 濃度各季平均日變化 Fig . 4 Diurnal variation of SO2 in 4 seasons for Dingling station 污染物的 局地 滯留、 累 積效 應(yīng)有關(guān)。已有 的研 究 表明 , 污 染物 的累 積與 氣 象因 子關(guān) 系密 切 , 通過對氣象因子的濾波分析能夠反演出實際污染物濃度變化的 60% 以上 。本 文以上結(jié)果已明確反映北京地區(qū) PM 10 和 SO2 的

21、分布和變化, 此前的工作則對該地區(qū)低層大氣 的流動特征以及污染物在該區(qū)域內(nèi)的總體輸送擴散情況有較好的了解 。這里結(jié)合擴散模 擬結(jié)果和實際濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)進一步分析污染物在該區(qū)域的累積特征。具體方法是: ( 1 大致 對應(yīng)城區(qū)中心 10 km 10 km 的水平范圍, 在一個月的時間里從地面 10 m 高度連續(xù)、 均勻地釋 放 72 000 個示蹤粒子, 以模擬城市污染排放的情況; ( 2 用隨機游走擴散模式追蹤粒子的時空 分布 ; ( 3 統(tǒng)計各時刻以城區(qū)為中心的 80 km 80 km 水平范圍內(nèi)的粒子數(shù), 以此作為該區(qū)域的 平均濃度; ( 4 將所獲模擬濃度結(jié)果與城區(qū) 4 監(jiān)測站的平均結(jié)果進行

22、比較。上述污染物累積 過程的計算中, 三維風(fēng)場和大氣穩(wěn)定度都由實際觀測資料獲得, 混合層高度及其變化取為設(shè)定 的平均狀況, 具體方法參見文獻 9 。 這里只考慮了風(fēng)的水平輸運和湍流擴散以及邊界層變化因素, 其他影響因素如干濕沉積、 化學(xué)轉(zhuǎn)化以及具體源排放條件等皆未予考慮。這樣簡化處理的缺點是模擬結(jié)果的定量化水平 較低 , 優(yōu)點是可以通過與實際監(jiān)測結(jié)果的比較 , 分析了解不同影響因子在區(qū)域污染過程中的作 用。 北京地區(qū)冬季大氣污染情況最為嚴(yán)重, 天氣過程則以近乎周期性的冷空氣暴發(fā)及相對平 靜的冷空氣活動間歇期為主要特征。相應(yīng)地 , 污染物周期性的局地累積 - 輸運清除特征也極為 明顯。因此下面主

23、要針對北京冬季的情況進行分析。 圖 5 給出了模擬的城市及周邊區(qū)域的整體平均濃度及城區(qū) SO2 與 PM 10 的 4 站平均監(jiān)測結(jié) 935 8, 9 1 3, 12, 13 14 北 京 大 學(xué) 學(xué) 報 ( 自 然 科 學(xué) 版 第 40 卷 果。圖為 2000 年 1 月整月共 720 h 的逐時濃度變化 ; 圖中圓點為逐時數(shù)據(jù)點 , 實線為低通傅立 葉濾波后的平滑曲線 ( 濾去時間序列中大于 01 03 h - 1 的高頻脈動 ; 模擬結(jié)果和監(jiān)測結(jié)果各自 以其平均值 C 歸一化。濾波平滑后濃度的變化特征更為明顯。由圖可見, ( 1 模擬結(jié)果和監(jiān) 測結(jié)果都清楚地表現(xiàn)出濃度累積和清除相間出現(xiàn)的

24、情況, 累積或清除的周期約 2 5 d。 ( 2 圖中 SO2 和 PM10 的監(jiān)測結(jié)果的變化特征極為相似 , 僅在 Ñ 區(qū)和 Ò 區(qū)的相對變化幅度上略有差 異。表明冬季城區(qū) SO2 和 PM10 的排放源 變化、 經(jīng)歷的擴散過程及擴散后果都十分 相近。( 3 模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果相比, 二 者變化的幅度基本相同 , 濃度峰 - 谷出現(xiàn)的 位置對應(yīng)良好 , 表明模擬結(jié)果的確反映了 污染物在當(dāng)?shù)氐睦鄯e - 清除過程。 仔細(xì)分 析圖 5 中 模擬結(jié)果 和監(jiān)測結(jié) 果的變化, 可以看出 1 月 18 日后 ( 圖 5 中 的 Ó區(qū) 時段 二 者的相符程度極 佳, 該時 段

25、2 個各持續(xù)約 4 d 和 3 d 的累積事件和 過程都準(zhǔn)確地表現(xiàn)出來。 Ñ 區(qū)( 1 月 04 05 日 和 Ò 區(qū)( 1 月 12 18 日 則是模擬結(jié) 果與監(jiān)測結(jié)果 有明顯差異的 時段。在 Ñ 時段 , 模式計算出的濃度值有一尖銳的峰 值, 達到平均值的 3 倍左右 , 而實際對應(yīng) 監(jiān)測數(shù)值卻 在月均值上下。查閱對應(yīng)日 期的天氣情況發(fā)現(xiàn), 這兩日內(nèi)出現(xiàn)了明顯 的降水過程。這恰是模式 所沒有考慮的 情況。這也從反面說明, 濕沉積過程對局 地空氣污染 物的清除起著重 要作用。與 Ñ 時 段 相 仿的 還 有 接近 Ò 時 段的 1 月 11

26、12日的情況, 這 2 d 也是出現(xiàn)了降雪 天氣 , 模擬預(yù)測的濃度累積亦比監(jiān)測結(jié)果 明顯偏高。 Ò 時段是這一 個月中最嚴(yán)重 的一次污染累積事件, 持續(xù)時間前后近 6 d。模擬結(jié)果正確地反映了這一事件的開 始和結(jié)束階段, 但在事件 中段, 模擬結(jié)果 明顯偏小。顯然這是因為 這里所用的擴 散模式 未能很好地反映這 部分時段的污 圖5 模擬的 2000 年 1 月相對濃度與監(jiān)測結(jié)果的比較 result of SO2 and PM10 936 染累積情況, 或是有本文未考慮到的其他 因素起作 用。另 外, 值得一 提的 是, 圖 5 的 Ó 時段中, 第一個污染累積事件 ( 2

27、1 22 日 對應(yīng)一次小雪 到中雪的降水 過程, 但 Fig. 5 Comparison of modeling result and monitoring 第6 期 張 睿等 : 北京地區(qū)大氣污染物時 空分布及累積效應(yīng)分析 模擬與監(jiān)測結(jié)果卻相符很好, 這與上述 2 次降水過程的影響很不相同。究其原因 , 可能與濕沉 積作用及其他不確定性因素的影響有關(guān)。 已有研究表明, 北京地區(qū)污染物濃度可能受到遠距離污染輸送的重要影響 15 。這可能成 為圖 5 中模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果相比較的不確定性的一方面原因, 因為本文未考慮這一因素影 響。不過圖 5 中模擬與監(jiān)測結(jié)果的比較總體相符尚好, 說明北京城區(qū)作

28、為主要污染排放源所 致的污染物局地累積效應(yīng)的確是重要的 , 至少在所考察的 2000 年 1 月期間的確如此。這也正 與他人的工作相吻合 , 如文獻 15 中所指出的, 對北京地區(qū)的 SO2 濃度 , 2000 年 1 月期間恰好 / 周邊源貢獻較小0。 4 總 結(jié) 利用北京地區(qū) 1999 年和 2000 年的 PM 10 和 SO2 濃度監(jiān)測數(shù)據(jù), 配合以隨機游走大氣擴散 模式對城區(qū)排放的污染物在該地區(qū)遷移擴散情況的動態(tài)模擬 , 深入分析了該地區(qū)大氣污染的 時空變化、 城區(qū)污染排放對整個區(qū)域的作用和影響、 以及污染物在區(qū)域內(nèi)的累積效應(yīng)。結(jié)果表 明, 北京地區(qū) PM 10 和 SO2 污染物濃

29、度具有明顯的空間和季、 日變化。從城市分布的情況來看 , 三環(huán)路以內(nèi)的污染濃度高于三環(huán)路以外 , 近郊濃度高于遠郊。在季節(jié)變化方面 , 不論是城區(qū)還 是作為清潔對照點的定陵 , SO2 濃度在冬季都 2 3 倍于其他各季 , 反映冬季采暖期污染排放 增加的效果。PM10 則在春季也有與冬季相當(dāng)?shù)母邼舛? 反映了北京地區(qū)的氣候因素影響。 在污染物的平均日變化方面, 城區(qū)和清潔對照點的結(jié)果具有顯著差異。城區(qū) PM 10 和 SO2 濃度在一天中都基本呈雙峰分布, 即早晚各一峰值。不過 PM 10 的主峰值一般出現(xiàn)在夜間 , SO2 則出現(xiàn)在早上或上午。清潔對照點 PM10 和 SO2 的濃度日變化

30、基本都為單峰型分布。 PM 10 的峰 值出現(xiàn)在下午或夜晚 , SO2 的峰值出現(xiàn)在中午前后。這些特征可解釋為城區(qū)污染物向四周擴 散, 并影響到遠郊的清潔對照點的情況。由擴散模擬的情況對定陵站的監(jiān)測濃度進行條件性 統(tǒng)計分析 , 結(jié)果明確反映了城區(qū)污染擴散對定陵站濃度的影響。對 PM10 而言, 這種影響在 4 季 都很顯著。對 SO2 , 則是冬春采暖季影響大, 非采暖期 ( 尤其是夏季 城區(qū)排放大為減小 , 其影 響也變得很小。 模擬的區(qū)域平均濃度很好地反映了北京冬季 PM 10 和 SO2 濃度隨時間變化的幅度、 以及污 染物局地累積 - 清除的過程。城區(qū)排放的污染物可在冷空氣活動間歇期內(nèi)

31、局地累積 , 周期大致 為 2 5 d 。模擬結(jié)果清楚地表明輸送擴散因子在污染物局地累積和造成嚴(yán)重污染后果的過程 中所起的關(guān)鍵性作用。與實際監(jiān)測結(jié)果和天氣條件的對比分析表明 , 降水濕沉積等其他大氣 過程也可能對局地大氣污染的程度有重要影響。 參 考 1 2 3 4 文 獻 段欲曉 , 徐曉峰 . 北京地區(qū) SO2 污染特征及 氣象條件分析 . 氣象科技 , 2001, ( 4 : 11 22 于淑秋 , 林學(xué)春 , 徐祥德 . 北京市區(qū)大氣污染的時空特征 . 應(yīng)用氣象學(xué)報 , 2002, 13( S : 92 99 王淑英 , 張小玲 . 北京地區(qū) PM10 污染的氣象特征 . 應(yīng)用 氣象學(xué)

32、報 , 2002, 13( S : 177 184 王曉 云 , 潘莉卿 , 呂偉林 , 等 . 北京城區(qū)冬季空氣污染物垂直分布與氣象狀況的觀測分 析 . 應(yīng)用 氣象學(xué)報 , 2001, 12( 3 : 279 286 937 北 京 大 學(xué) 學(xué) 報 ( 自 然 科 學(xué) 版 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 第 40 卷 丁國 安 , 孟昭陽 , 丁海青 , 等 . 北京城區(qū)大 氣邊界層 空氣污 染特征 觀測 研究 . 應(yīng)用 氣象 學(xué)報 , 2002, 13( S : 82 91 陳輝 , 胡非 , 任 麗紅 , 等 . 北京冬季二氧化硫污染和氣象條件的關(guān)系 . 氣候與環(huán)

33、 境研究 , 2000, 5( 3 , 287 295 北京市氣象局氣候資料室 . 北京氣候志 . 北京 : 北京出版社 , 1987. 69 77 蔡旭暉 , 郭昱 , 劉輝志 , 等 . 北京地區(qū)低層 大氣流 動模態(tài) 研究 . 北京大 學(xué)學(xué) 報 ( 自然 科學(xué)版 , 2002, 38( 3 : 387 392 郭昱 , 蔡旭暉 , 劉輝志 , 等 . 北京地區(qū)大氣中尺度擴散模態(tài)和時間特征分析 . 北京大學(xué)學(xué)報 ( 自然科學(xué) 版 , 2002, 38( 5 : 705 712 胡二邦 , 陳家宜 . 核電廠大氣擴散及其環(huán)境影響評價 . 北京 : 原子能出版社 , 1999. 153 168

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35、02, ( 2 : 189 201 van der Wal J T, Janssen L H J M . Analysis of Spatial and T emporal Variation of PM10 Concentrations in the Nether lands Using Kalman Filtering. Atmos Environ, 2000, 34: 3 675 3 687 顏鵬 , 黃健 . 周邊地區(qū)對北京地面 SO2 影響 的初步研究 . 應(yīng)用氣象學(xué)報 , 2002, 13( S : 144 152 Spatial Temporal Variation and Accumulation Effect of Air Pollutants over Beijing Area Z HANG Rui 1 CAI Xuhui 1 SONG Yu ( Department o f Environmental Sciences , Peking University , Beijing , 100871 , Corresponding Author , E -mail: xhcai pku.