河北省空气质量特征研究和污染指数预报模型探究

1河北省空气质量特征研究和污染指数预报模型探究摘要通过对河北省11个地市2003-2012年空气质量实况监测资料进行分析。结果表明：近10a河北省空气质量呈明显好转趋势，北部好于南部，沿海好于内陆，夏季最好，冬季最差，中南部地区属于污染较为严重的区域。运用相关分析法，对气象因子与空气污染指数的相关关系分析表明：气象条件对空气质量有相当的影响。通过多元回归法建立的空气污染指数的预报模型。可为空气污染防治和人们外出活动、呼吸道疾病的预防等方面提供一定参考。关键词空气质量；分布特征；污染指数预报中图分类号P4文献标识码A文章编号1674-6708（2013）98-0125-020引言随着经济社会的快速发展，空气污染问题越来越受到人们的广泛关注。近年来，空气质量监测和预报业务也在各省份蓬勃开展。2012年我国省会城市和直辖市开始监测PM2.5。朱永强[1]分析了数值模式预报、统计预报和综合经验预报等三种空气质量预报方法的优势和不足。众多学者运用上述方法分析研究了我国多个城市的空气质量分布2特征、空气质量与气象因子的关系、污染过程的气象机理等[2-7]。河北省政府近年来采取了多种空气污染防治措施，空气污染得到了有效缓解。

然而，2012年冬季至2013年初春，河北省多地受到持续性雾霾天气的影响，造成严重的空气污染。因此分析气象条件与空气质量的相关关系，建立基于气象条件的空气质量预报模型，提高空气质量预报的准确性显得尤为重要。1资料来源利用河北省环境监测中心站监测的2003年1月～2012年12月河北省十一个地级市逐日的空气污染指数（API）实况资料。空气质量日报监测周期为24h，数据监测周期起止时间为前一日12：00至当日12：00。空气污染等级划分参照环境保护部2008年发布的《城市空气质量日报和预报技术规定》。2结果分析2.1近10a河北省空气质量总体分布特征统计河北省十一个地市2003年1月～2012年12月共十年的空气质量实况监测资料，有效样本数为40099个，分析发现，除空气质量级别为Ⅰ级不计首要污染物外，河北省各大城市的首要空气污染物均为可吸入颗粒物和二氧化硫，其中可吸入颗粒物为首要污染物的日数占样本总数的64.7%，二氧化硫为首要污染物的日数占样本总数的317.5%。全省空气质量以Ⅱ级良为主空气质量，占67.3%，其次是Ⅰ级优和Ⅲ级轻度污染，分别占样本总数的17.8%和14.4%，Ⅳ级中度污染和Ⅴ级重污染日数共占样本总数的0.5%。

2.2空间分布特征河北省各地市空气质量具有明显的空间分布特征。通过对2003年1月～2012年12月共十年资料统计发现河北省空气质量大体呈北部好于南部、沿海好于内陆的特征。处于省北部的张家口和承德两个城市空气质量级别为Ⅰ级的日数最多，均达到1200d以上，其次是秦皇岛和廊坊，重工业较为集中的唐山市和省会石家庄最少。优、良等级总日数最多的为处于沿海地区的秦皇岛，达3528d，保定、唐山、张家口、廊坊、邯郸、承德也都达到3000d以上，其他地市在2900d～3000d之间。轻度污染及以上等级的日数属秦皇岛市最少，仅有118d，其次是廊坊。石家庄、邢台、邯郸几个城市轻度污染及以上等级的日数较多，尤其是石家庄，重污染日达14d，属于污染极为严重的城市。从各地市首要污染物的日数分布图（图1）可见，张家口、承德两个城市的首要污染物为二氧化硫空气质量，以二氧化硫为首要污染物的日数占样本总数的50%以上，其他城市的首要污染物以可吸入颗粒物为主。2.3季节变化4曲晓黎等[7]指出，雾霾天气多、燃煤取暖等因素是造成石家庄市冬季污染严重的主要原因，春季局地的扬沙或沙尘的远程输送也容易使空气质量变差。本文分析发现，对于整个河北省而言，空气质量的季节分布特征与石家庄市空气质量的季节分布特征一致，均是夏季最好，秋季次之，冬季最差。

图2可见，夏季空气质量为优良等级的日数最多，占夏季总样本数的98.4%，轻度、中度污染日数所占比例仅为1.6%，没有重污染日。而冬季，重污染日数最多，年平均达1.8d，优良等级空气质量日数所占比例为62.3%，轻度、中度污染日数所占比例高达37.6%。2.4年变化2003年～2012年，全省空气质量等级为Ⅰ级的日数呈逐年增多的趋势（表略），2012年十一个城市空气质量为Ⅰ级的总日数为2003年的3倍多。近10a空气质量等级为Ⅱ级的日数年变化趋势不明显，但是可见2005-2009年Ⅱ级日数最多，都在2800d以上。轻度及以上污染日总数明显减少，尤其是Ⅲ级空气污染日数从2003年的1236d减少到2012年的235d。从各地市2003-2012年各空气质量级别分布日数表（表略）也可发现同样的年变化规律，Ⅰ级、Ⅱ级等级日数逐年增多，Ⅲ级以上污染等级日数明显减少。石家庄市空气质量为Ⅰ级的日数由2003年的2d增加到2012年的60d，增加的幅度最大，其他城市也都相应增5加，张家口2012年空气质量为Ⅰ级的日数高达190d。由此可见，随着全省对空气污染治理力度的逐渐加大，河北省近10a空气质量明显好转。

2.5空气污染指数预报模型分析发现，空气污染指数与能见度、降水量、ludian 温度、风速、气温呈负相关，其中与能见度呈最为显著的负相关关系，相关系数为-0.54，其次是降水量和ludian 温度，相关系数分别为-0.31和-0.28。与相对湿度呈较为显著的正相关，相关系数为0.41。因此选择2003-2011年的32175个有效空气污染指数和前一日的能见度、降水量、ludian 温度、相对湿度等四种地面气象观测资料，建立空气污染指数的气象学预报模型，见公式（1），模型的复相关系数为0.64，通过了公式（2）信度为0.001的F检验。运用2012年河北省十一个地级市空气质量监测实况共3960个样本对预报模型进行实际应用检验发现，预报等级与实际监测等级相差1个等级以内的占72%，相差2个等级的占25.8%，相差3个等级以上的仅有87个样本。同时发现模型对空气质量等级为Ⅱ级良和Ⅲ级轻度污染的预报效果最好，对于Ⅳ级中度污染的预报效果稍差。说明该预报模型的准确率超过了70%，可应用于日常空气质量预报业务。3结论与讨论1）河北省十一个地级市空气质量等级以Ⅱ级良为主，6近10a空气质量呈明显好转趋势，中度污染和重污染日数共181d，逐年减少。

首要污染物为可吸入颗粒物和二氧化硫。全省空气质量大体呈北部好于南部、沿海好于内陆的空间分布特征。空气质量等级夏季最好，冬季最差；2）空气污染指数与能见度、降水量、ludian 温度、相对湿度等气象要素有较好的相关关系，可以运用上述气象因子为自变量，通过多元回归方法建立空气污染指数的气象学预报模型；3）本文仅研究了河北省空气质量的分布特征和空气污染指数的气象学预报模型，对于首要污染物与气象条件的关系及其预报方法有待进一步研究。参考文献[1]朱玉强.几种空气质量预报方法的预报效果对比分析[J].气象，2004，30（10）：30-32.[2]付宗钰，季崇萍.气象条件对奥运测试赛机动车限行期间空气质量的影响[J].气象，2008，34（s1）：274-278.[3]刘彩霞，边玮瓅.天津市空气质量与气象因子相关分析[J].中国环境监测，2007，23（5）：63-65.[4]朱玉周，刘和平，郭雪峰，等.郑州市空气质量状况及冬季持续污染过程的气象机理分析[J].气象与环境科学，2009，32（3）：47-50.7[5]王宗涛，余卫东，董博，等.商丘市空气质量统计预报方法[J].气象与环境科学，2006（4）：44-45.[6]邓伟，陈怀亮，杨海鹰，等.Models-3/CMAQ模式对郑州市大气污染物的预报分析研究[J].气象与环境科学，2007，30（1）：54-57.[7]曲晓黎，付桂琴，贾俊妹，等.2005-2009年石家庄市空气质量分布特征及其与气象条件的关系[J].气象与环境学报，2011，27（3）：29-32.

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