猱艺科枚
Journal of Green Science and Technology 第23卷第2期
2021年1月
亚音，杨雨灵，马志淳
(河北省环境气象中心，河北石家庄050021)
摘要：利用河北省2017-2018年逐El PM2.5浓度地面观测数据和CUACE空气质量模式的PM2.5气象条件 评估指数(EMI,evaluation on meteorological condition index of PM2.5pollution)，定量评估了2018年相比 2017年河北省冬季气象条件对PM2.5浓度的贡献，并分析了石家庄市气象条件和PM2.5浓度的同期月变
面波仪化。结果表明：与2017年相比,2018年冬季河北省气象条件不利于PM2.5浓度的下降，其中，北部、西北部
地区气象条件极为不利，使PM2.5浓度同比上升28%〜45%，不同城市的气象条件变化存在显著差异；2018
年石家庄市PM2.5年均浓度同比下降12.7%，其中气象条件使PM2.5浓度同比下降3.1%，说明石家庄市大
气污染防治减排措施对PM2.5浓度下降贡献显著。可见，EMI指数可定量诊断和评估污染期间气象条件对
PM2.5浓度的澎响。
关键词：环境气象评估扌旨数(EMI)；气象条件；PM2.5浓度
中图分类号：X831文献标识码：A文章编号：1674-9944(2021)02-0126-02
1引言
京津冀城市雾霾天气频发，是我国大气环境污染的重灾区PM2.5,PM1o等颗粒物是京津冀地区秋冬
季的首要污染物⑵。大气污染排放和不利气象条件是
导致大气污染的重要原因旳。气象条件对空气污染作
用的问题至今一直备受关注，国内外诸多研究采用多种
分析方法对空气污染气象条件进行讨论：直接采用污染
物浓度与地面气象要素进行统计分析，研究二者之间的
相关关系询；高空形势环流也是影响空气污染的气象因素，部分学者通过分析空气污染过程对应的天气形势，
归纳总结出容易导致空气污染的局部天气类型旳；其次，基于表达空气污染气象条件的量化指数，评估污染
气象条件的变化特征和对污染趋势进行预测等。例如：
廖碧婷等曲基于天气预报中的K指数、沙氏指数和抬
升指数得出垂直交换系数，应用于对污染物垂直扩散能
力的评估。朱蓉等⑺定义大气自净能力指数，用于描述
大气通风扩散和降水对污染物的清除能力。相对于以
上气象条件指数,PM?"气象条件评估指数(EMI)物理
意义更加明确，包含大气对污染物的稀释扩散、输送、沉
降等物理过程，可定量诊断与预测污染期间气象条件的
变化，深入理解和掌握PM?*浓度物理成因。本文在此
基础之上利用2017-2018年河北省地面环境监测站PM："颗粒物观测数据和CUACE空气质量模式输出的EMI资料，定量分离出河北省气象条件变化和排放变
化率变化情况，分析某时段内PM："浓度变化的主要驱
动因素，通过计算PM：，浓度变化率和气象条件变化率，定量诊断气象条件对PM：.：浓度的影响。
2资料与方法
本文利用中国气象局雾一霾数值预报CUACE模
收稿日期：2020-11-26
基金项目：河:1匕省气象局青年基金项目(编号：19ky27)
小毛刷
作者简介：焦亚音(199O-)，女，硕士，助理工程师，研究方向为环境气象。式气溶胶示踪模块输出的EMI指数来研究河北省气象条件的定量变化。刘洪利等页给出了EMI的定义和计算方法，即EMI为气象条件变化所导致的PM^s浓度变化的综合指数。EMI指数包括了大气对污染物的稀释扩散、输送、沉降等物理过程。
不同年份之间同期时间段相互比较时，EMI变化量是在排放不变条件下气象条件导致的PM?.：浓度变化率。假定气象条件和人为排放对PM ns浓度的贡献
都是线性的，气象条件和人为排放是变量可分离的。PM：*浓度分别为A4，人为排放为民旧，气象条件为EMI,、EM【2。
贝0.生=邑=熨鱼(D
B]EMA宀丿PM2.5浓度变化率为：^=(Az~A1)X100%(2)气象条件变化率为：
Remi=X100%(3)
EMIi
本文以2017年的EMI指数为基准，通过比较2017〜2018年同期变化，进行分月份的气象条件变化评估，评价气象条件对大气污染的作用。本文重点分析2018年冬季(11月,12月)河北省气象条件变化率以及2018全年石家庄市的气象条件和PM ns浓度的具体变化率。3结果与分析
3.1PM2.5浓度和EMI指数的变化趋势分析
图1给出了河北2013-2018年逐月PM?.：浓度和EMI指数的长期变化(2013年9〜11月为缺测)，可以看出，河北PM：.：浓度和EMI指数变化趋势较一致，且季节变化明显，均表现为春夏季低、秋冬季高，春季和夏季的气象条件较好，夏季的EMI指数与PM?*浓度均保
126
焦亚音，等：2018年冬季河北省气象条件变化对PM 2.5影响研究
环境与安全
持在全年较低的水平，夏季EMI 指数基本在3以下， PM ：*浓度不超过100。并且EMI 指数的月际变化均有 峰谷高低起伏的变化特征，相比而言,PM?"浓度月际变 化幅度较缓慢。通过计算，得到PM ns 浓度和EMI 指数 二者的相关性为0.77，相关性较好。可见，EMI 指数能
够较好地体现气象条件在大气污染过程中的作用。
图1 PM 2.5和EMI 的变化趋势对比及相关性
3.2冬季气象条件对河北省空气质量改善的贡献评估
根据EMI 指数计算了河北省2018年冬季(11-12 月份)相比2017年气象条件对PM?.：浓度的变化率，代 表气象条件对PM?.：浓度变化的定量变化。根据气象 条件的差异，可将河北省分为3个区域：张家口、承德、
保定、廊坊、石家庄北部气象条件极为不利，气象条件使
PM?"浓度同比上升28%〜45%；邢台西部和邯郸气象 条件非常不利，使PM ：*浓度同比上升16%〜28%；唐
山、秦皇岛、沧州、衡水、石家庄南部、邢台东部等地气象
条件影响最小，PM?.：浓度下降8%〜16%。总的来说， 与2017年同期相比，全省气象条件不利于PM?.：浓度 下降，气象条件的变化率存在显著的区域差异。
3.3石家庄气象条件贡献和减排措施效果分析
表1为2018年石家庄的气象条件同期变化率和 PM?"观测浓度同期变化率。由表1可见，2018年石家 庄PMzs 年均浓度同比下降12. 7%，其中气象条件使 PM ：』浓度下降3. 1%，表明人为减排对大气污染防治 贡献显著。分析2018年石家庄各月气象条件变化，其 中，3〜5月,11-12月气象条件十分不利于PM ：』浓度 下降，气象条件最不利的4月和U 月使PM ：.：浓度增加 20%以上；1月和7~10月气象条件同比较为有利，最 有利的1月和9月使PM?.：浓度下降17%以上。
表1 2018年石家庄气象条件相比(2017年)
对PM 2.5浓度变化分析单位(％)
注：负值代表有利于污染物浓度下降，正值代表有利于污染物浓度
上升。
月份
气象条件同比对PM 2.s 浓度变化率
PM 2.5浓度 同比变化率
1月-17.1-39. 52月-0.1-23. 5
3月11.834.44月20.1
10. 35月14.8-11. 76月
—0. 3
-12.47月-15.9
-12. 8
8月
—& 0
-
21.89月-18. 3— 40. 9
10月
-15.4— 13. 3
11月21.542. 612月
11.6
-1.7全年
—3.1
-12.7
对相近气象条件下不同季节PM2.5浓度下降幅度
差异化分析，对比3月和12月、1月和7月两组数据结
果,3月、12月气象条件均为有利于污染物增加约11% 左右，但在大气污染综合治理措施并举的情况下，12月
份PM 2.5浓度同比下降1.7%，而3月份PM 2.5浓度同比
上升34. 4%；1月、7月气象条件均为有利于污染物减 少15%左右，但1月PM 2.5浓度同比下降39.5%,7月
仅下降12.8%。1月和12月石家庄多次启动重污染应
急响应，尤其是12月9〜23日采取了 I 级红应急响 应措施，评估结果表明：重污染应急响应对大气污染综 合防治贡献显著。蜂房哈夫尼菌
4结论与讨论
本文应用线性计算和相关分析开展了对2013〜 2018年河北省EMI 指数的长期变化趋势分析以及定
量评估2018年冬季河北省气象条件对PM?.：浓度的影 响。得到以下初步结论：
(1) 环境气象评估指数EMI 包含大气对污染物的
稀释扩散、输送、沉降等物理过程，通过计算得到2013 〜2018年河北的EMI 指数和PM 2.5浓度的相关系数为
0.77,EMI 指数能够较好地定量表达PM?*浓度变化中
气象条件贡献。
(2) 分析河北省冬季气象条件对PM ns 浓度的变化 率，与2017年相比,2018年冬季河北省气象条件不利 于PM ：*浓度下降，其中，北部、西北部地区气象条件极 为不利，使PM 2.s 浓度同比上升28%〜45%，不同城市
的气象条件变化存在显著差别。
(3) 气象条件和人为排放是造成大气污染的重要原 因。通过计算石家庄2018年气象条件变化率，结合 PM ：*观测浓度的变化，可在一定程度上评估减排措施
的效果，研究表明石家庄大气污染防治和重污染应急响
应对PM ：*浓度下降贡献显著。参考文献：
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(上接第127页)
Impact of Meteorological Conditions on PM2.5in Winter of2018in Hebei Province
Jiao Yay i n,Yang Yuling,Ma Zhichun
(Hebei Provincial Environmental Meteorological Center,Shijiazhuang,Hebei050021,China)
Abstract:This paper uses the daily ground observation data of PM25concentration in Hebei Province from2017to 2018and the evaluation on meteorological condition index of PM2.5pollution(EMI,evaluation on meteorological condition index of PM2-5pollution)of the CUACE air quality model to quantitatively evaluate the2018phase.Compared with the contribution of Hebei Province J s winter weather conditions to PM2.5concentration in2017,this paper analyzes weather conditions and PM2.5concentration in the same month in Shij i angzhuang City.The research results show that compared with2017,the weather conditions in Hebei Province in the winter of2018are not conducive to the decline of PM2.5concentration.Among them,the meteorological conditions in the no
rthern and northwestern regions are extremely unfavorable,causing the PM2.5concentration to increase by28%〜45%year-on-year.There are significant differences on the changes in meteorological conditions in different cities・In2018,the annual average PM25 concentration of Shijiazhuang City decreased by12.7%year-on-year,of which the meteorological conditions caused the PM2.5concentration to drop by3.1%year-on-year,indicating that air pollution prevention and emission reduction measures contributed significantly to the decline in PM2.5concentration in Shijiangzhuang City.It can be seen that the EMI index can quantitatively diagnose and evaluate the impact of meteorological conditions on PM2.5concentration during the pollution period・
Key words:EMI；meteorological conditions；PM25
(上接第129页)
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