北京地區(qū)天氣事件對大氣pm

北京地區(qū)天氣事件對大氣pm

0環(huán)境污染物的排放源2.5又稱細(xì)顆粒，是指空氣中的壓縮量小于2.5m的懸浮顆粒。顆粒的粒徑小，比表面大，易于收集空氣中的有毒和有害物質(zhì)。隨著粒徑的減小，細(xì)顆粒在空氣中的儲存時間和呼吸系統(tǒng)的滲透率也會增加，與人的呼吸一起進(jìn)入體內(nèi)，進(jìn)入肺泡和血液，并導(dǎo)致各種疾病。PM2.5作為各種光化學(xué)反應(yīng)的載體，促進(jìn)城市大氣光化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，其對環(huán)境的污染及對人體健康的危害在顆粒物中尤為突出，它還是造成環(huán)境能見度降低的主要原因。中國環(huán)境監(jiān)測總站從2008年開始進(jìn)行的PM2.5試點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果表明，PM2.5已成為國內(nèi)一些大中型城市大氣的首要污染物，PM2.5逐步成為國內(nèi)外氣溶膠研究的熱點(diǎn)和前沿。美國在1997年首次制訂出大氣中PM2.5的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，我國也于2012年修訂環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時，將PM2.5正式納入我國空氣質(zhì)量評價指標(biāo)體系，旨在進(jìn)一步加強(qiáng)對PM2.5的監(jiān)測和治理。PM2.5的主要來源為火力發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣、生物質(zhì)燃燒、二次生成、道路揚(yáng)塵等過程。日常觀測中發(fā)現(xiàn)，PM2.5在環(huán)境中的濃度除了和各種排放源有關(guān)外，還和區(qū)域內(nèi)的氣象要素諸如風(fēng)向、風(fēng)速、濕度、降雨、降雪等緊密相關(guān)。本文通過對北京地區(qū)幾次典型天氣過程中PM2.5質(zhì)量濃度的變化情況進(jìn)行分析，研究了降水、降雪、大風(fēng)等氣象要素對PM2.5的去除效應(yīng)。1北京某市3次降雨過程中2.5質(zhì)量濃度的變化典型事例1:2012年6月24日22∶00至25日06∶00，北京市出現(xiàn)一次較強(qiáng)降水，城區(qū)平均降水量58.0mm，北京市北苑家園監(jiān)測點(diǎn)位降雨開始前1h的PM2.5質(zhì)量濃度為161μg/m3，降雨過程中PM2.5質(zhì)量濃度最低降至53μg/m3，此次降雨過程對PM2.5的最大去除效率為67.1%，隨后PM2.5質(zhì)量濃度開始緩慢上升，至25日16∶00達(dá)到了160μg/m3，再次接近降雨前的濃度水平。典型事例2:2012年7月8日20:00至9日06:00北京市出現(xiàn)一次明顯降水過程，城區(qū)平均降水量38.3m，北京市北苑家園監(jiān)測點(diǎn)位降雨開始前PM2.5質(zhì)量濃度為193μg/m3，降雨過程中PM2.5質(zhì)量濃度最低降至105μg/m3，此次降雨過程對PM2.5的最大去除效率為45.6%，隨后PM2.5濃度開始逐步回升，至9日09:00PM2.5質(zhì)量濃度升至183μg/m3，再次接近降雨前的水平。典型事例3:7月10日18時至21時北京市出現(xiàn)一次較強(qiáng)降水過程，城區(qū)平均降水量35mm，監(jiān)測點(diǎn)位附件最大雨強(qiáng)出現(xiàn)時間為19:00～20:00，降雨開始前1h的PM2.5質(zhì)量濃度為68μg/m3，降雨過程中PM2.5質(zhì)量濃度最低降至29μg/m3，時間為20:00，對PM2.5的最大去除效率為57.4%，隨后PM2.5濃度開始緩慢上升，至11日07:00超過了降雨前的質(zhì)量濃度達(dá)到了85μg/m3。3次降雨過程中PM2.5質(zhì)量濃度變化情況見圖1～圖3。降雨量、降雨前PM2.5初始質(zhì)量濃度、降雨后PM2.5最低質(zhì)量濃度、降雨對PM2.5去除效率見表1。從3次典型降水過程中PM2.5濃度變化情況分析，降水過程可以對大氣PM2.5起到明顯的去除效果，去除效率在45.6%～67.1%，但降水過后大氣中PM2.5又迅速回升到了降水前的水平，其原因為降雨前后空氣中相對濕度一直維持在較高水平（80%～90%），較高的濕度條件表明發(fā)生降雨后大氣擴(kuò)散條件依然較差，不利于PM2.5的水平擴(kuò)散和稀釋凈化，并且高濕度的環(huán)境條件容易導(dǎo)致顆粒物再次累積和吸濕長大，因此導(dǎo)致顆粒物濃度出現(xiàn)短暫降低后，又迅速回升至降雨前的水平。2顆粒物4.5質(zhì)量濃度降水總體變化典型事例1:1月6日至7日北京小雪，降水量0.1mm,顆粒物PM2.5質(zhì)量濃度從降雪前的199μg/m3，最低降為31μg/m3，此次降雪過程對顆粒物PM2.5的最大去除效率為84.4%，隨后PM2.5質(zhì)量濃度開始逐步升高，至7日17:00，達(dá)到了204μg/m3，達(dá)到了降雪前的濃度水平。典型事例2:3月1日至2日北京小雪，降水量0.3mm，顆粒物PM2.5質(zhì)量濃度從降雪前的304μg/m3，最低降到64μg/m3，此次降雪過程對顆粒物PM2.5的最大去除效率為78.9%，隨后至2日23:00PM2.5質(zhì)量濃度迅速上升至213μg/m3。典型事例3:3月17日傍晚至18日06:00，北京雨夾雪，城區(qū)平均降水量16.4mm,顆粒物PM2.5質(zhì)量濃度從降雪前的206μg/m3，最低降低到16μg/m3，此次降雪過程對顆粒物PM2.5的最大去除效率為92.2%，隨后PM2.5濃度逐步上升，至20日03:00達(dá)177μg/m3，接近降雪前的濃度水平。3時間濃度、降水過程對2.5的去除效率5質(zhì)量濃度變化情況見圖4至圖6，降水量、降雪前PM2.5初始質(zhì)量濃度、降雪中PM2.5最低質(zhì)量濃度、降雪過程對PM2.5去除效率見表2。從氣象觀測結(jié)果分析來看，在降雪過程中伴隨著冷空氣的活動，空氣中的相對濕度也出現(xiàn)明顯下降，表明空氣擴(kuò)散條件較好，有利于污染物稀釋和削減，因此降雪過程對顆粒物的去除效果明顯。3日生時期顆粒物利用特征分析2.5在低濃度下的去除效率典型事例1:2月6日至7日北京市出現(xiàn)大風(fēng)天氣，最大風(fēng)速達(dá)到11.2m/s，大風(fēng)過程中顆粒物PM2.5質(zhì)量濃度從200μg/m3最低降至1μg/m3，大風(fēng)過程對顆粒物PM2.5去除效率達(dá)到99.5%，此后顆粒物濃度一直維持在低濃度水平，直至11日日均濃度再次超過了國家二級標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到93μg/m3。典型事例2:3月22日至23日北京市出現(xiàn)大風(fēng)天氣，最大風(fēng)速達(dá)到13.4m/s，大風(fēng)過程中顆粒物PM2.5質(zhì)量濃度從307μg/m3最低降至5μg/m3，大風(fēng)過程對顆粒物PM2.5去除效率達(dá)到98.4%，此后顆粒物濃度一直維持在低濃度水平，直至26日日均質(zhì)量濃度再次超過了國家二級標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到152μg/m3。典型事例3:6月9日12:00～23:00北京市出現(xiàn)大風(fēng)天氣，最大風(fēng)速達(dá)到6.6m/s，大風(fēng)過程中顆粒物PM2.5質(zhì)量濃度從219μg/m3最低降至4μg/m3，大風(fēng)過程對顆粒物去除率達(dá)到98.2%，此后顆粒物濃度一直維持在低濃度水平，直至18日日均質(zhì)量濃度再次超過了國家二級標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到201μg/m3。3大風(fēng)過程對pm.5的去除效率5濃度變化情況見圖7～圖9，最大風(fēng)速、大風(fēng)前PM2.5初始質(zhì)量濃度、大風(fēng)后PM2.5最低質(zhì)量濃度、大風(fēng)過程對PM2.5去除效率見表3。4對4種氣象要素的處理效果從3類不同的氣象要素類型各3次典型事例統(tǒng)計結(jié)果（見表4）來看，降雨、降雪、風(fēng)等氣象要素對顆粒物PM2.5均有較強(qiáng)地去除效果，平均去除效率依次為56.7%，85.2%，98.7%，對顆粒物PM2.5去除效率的高低依次排列為大風(fēng)>降雪>降雨，且大風(fēng)天氣過程對顆粒物的PM2.5的凈化效果最為徹底，大風(fēng)過程之后，PM2.5可以較長時間維持在低濃度水平。從統(tǒng)計結(jié)果來看，3種氣象要素對PM2.5的去除效率存在較大差異，其原因主要為3種氣象要素對PM2.5的去除機(jī)理不同以及發(fā)生3種氣象現(xiàn)象時的大氣自然擴(kuò)散條件不同所致。降水對顆粒物的清除過程分為云內(nèi)清除和云下清除，云下清除中降水對于PM2.5的去除作用主要是在雨滴降落過程中通過慣性碰并過程和布朗擴(kuò)散作用，捕獲氣溶膠粒子，使之從大氣中清除，北京地區(qū)降水多發(fā)生在夏季（6月至8月），夏季北京地區(qū)風(fēng)力不足，來自東南方向的暖濕氣流與北方南下的冷空氣在華北地區(qū)相遇，形成降雨，如果冷空氣與暖濕氣流勢均力敵，將造成持續(xù)多日的陰雨天氣，在這段時期內(nèi)大氣相對濕度較長時間保持在較高水平，不利于污染物的稀釋和擴(kuò)散，因此雖然降雨過程對PM2.5有一定的去除效果，但由于擴(kuò)散條件不佳致使顆粒物濃度較快得以回升。大風(fēng)和降雪對顆粒物的去除機(jī)理主要為稀釋和輸出，北京地區(qū)降雪和大風(fēng)天氣主要發(fā)生在冬、春兩季，冬、春兩季北方冷空氣活動劇烈，頻繁的冷空氣過境往往造成大風(fēng)降溫，特定條件下還會帶來降雪，大風(fēng)帶來的清潔空氣對顆粒污染物有著明顯的水平輸送和稀釋擴(kuò)散效應(yīng)，因此對于PM2.5的去除效果比較明