余青松 杨令

摘要 通过分析2015—2020年益陽市的空气指数特征和重污染的气象要素、天气形势，得到以下结论：2015—2020年益阳市重污染天数年均3 d，出现在12月至翌年2月，中度污染天数年均9 d，轻度污染天数年均52 d;AQI与PM2.5年均值对应关系最好，PM10、SO2和O3年均值相对应关系较好;AQI、PM2.5、PM10、CO、NO2月均浓度逐月分布呈现两头高、中间低的特征，O3月均浓度与之相反，呈现两头低、中间高的特征，SO2呈现波动下降的趋势;无降水或弱降水、无日照或少日照、较高湿度、微风都是益阳市重污染日出现的气象要素;连续性重污染天气过程大部分是浅槽过境或者平直气流下，无日照、弱降水或无降水、风力小等静、稳条件，加之弱冷空气带来北风输入性污染叠加引发的，主要污染通道是湖北荆州带到常德而来的。

关键词 空气质量指数;污染过程;气象要素

中图分类号：X51 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）12–0065–03

改革开放以来，随着工业的发展，我国经济发展迅速，人民生活水平的不断提高，汽车保有量增加。在人们对健康越来越重视的同时，越来越严重的空气污染是影响人民健康的一个重要因素，它会引发多种疾病，甚至死亡。因此，近年来我国十分重视空气质量治理，为了更好地监测、管控空气质量，生态环境部在新发布的《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）中增加了PM2.5、CO与O3指标，同时降低了PM10、SO2、NO2标准限值。分析城市的空气质量指数特征，可为环保部门应对污染风险、加强环境保护提供参考依据，且具有重要的理论意义与实践价值[1]。通过分析湖南省益阳市的空气质量指数特征，并结合气候特点和地形对其进行探讨，旨在为如何防治大气污染提出一些建议。

1 研究方法与数据处理

空气质量反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度判断的。空气污染是复杂的现象，在特定时间和地点空气污染物浓度受到许多因素的影响[2]。空气质量指数（AQI）是定量描述空气质量状况的无量纲指数，针对单项污染物的描述还规定了空气质量分指数，参与空气质量评价的主要污染物为细颗粒物、可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳[3]。益阳市每日AQI数据和各类污染物浓度数据是根据当天益阳市环保局、赫山区环保局、益阳市特殊教育学校和资阳区政务中心4个环境监测站数据求平均的结果，其中2018年4月15—17日PM2.5与PM10数据缺失，导致AQI数据无法计算[4]。

2 结果与分析

2.1 2015—2020年空气质量天数的年和月变化

2015—2020年益阳市污染天气天数在29（2018年）～104 d（2019年）之间：重污染天数年均3 d，2019年重污染天气天数最多，为12 d，其余年份均为1～2 d;中度污染天数年均9 d，2016年最少，仅出现3 d，2019年也是最多的年份，出现了14 d;轻度污染天数年均52 d，2018年最少，仅出现22 d，2019年也是最多的，为78 d。

重污染出现的月份为12月至翌年2月，其中1月出现概率最高，为7%。中度污染出现的月份为9月至翌年2月，其中12月至翌年1月出现概率最高，为10%。轻度污染几乎每个月都可能出现，其中12月至翌年1月出现的概率最高，6—8月出现的概率最小（表1）。

2.2 2015—2020年AQI及各类污染物的年变化

分析AQI和各类污染物的逐年分布可知，AQI与PM2.5年均值对应关系最好，都是2019年最大，2018年最小。PM10、SO2和O3年均值相对应关系较好，都是2015年最大，2020年最小。NO2年均值2016年最大，2020年最小。CO年均值2018年最大，2016年最小（表2）。

2.3 2015—2020年AQI及各类污染物的月变化

分析AQI、PM2.5、PM10逐月分布可知，三者均是1月最高，其次为12月，呈现两头高、中间低的特征，AQI的相关系数R2为0.8501，相关程度很高。PM10浓度每月均高于PM2.5浓度，6月PM2.5浓度最低，6—7月PM10浓度最低（图1）。

SO2月均浓度呈波动下降的趋势，但是相关系数相对较低，为0.3204，最高值出现在1月，次值出现在4月，最低值出现在8月，其他为7月、9—10月。CO月均浓度呈现两头高、中间低的特征，相关系数R2为0.9087，2月最高，为1.54，其次为1月的1.45、12月的1.41，最低值为7月的0.77。NO2月均浓度也呈现两头高、中间低的特征，相关系数R2为0.8663，12月最高为38，其次为1月的33、11月的32，最低值为6—7月的15。O3月均浓度呈现两头低、中间高的特征，最高值为9月的121，其次为5月的115，最低值为12月的55（图2）。

2.4 2015—2020年重污染过程

益阳市2015—2020年重度污染日有2015年1月5日、2016年2月8日、2017年1月28日、2018年1月19日、2018年12月1日、2019年1月5—8日、2019年1月15日、2019年1月25—29日、2019年12月14—15日、2020年12月28日。从重污染日的气象要素来说，出现降水的概率为39%，而且降水量在4.5 mm以下，出现日照的概率为22%，相对湿度在54%～96%之间，最小相对湿度在15%～90%之间，平均风速在1.1～2.2 m/s之间，最大风速在5.1 m/s以下，风向大部分为N或NW。平均气温、最高气温、最低气温高于平均值的比例分别为67%、56%和94%。

分析连续性的2019年1月5—8日和2019年1月25—29日2次重污染天气过程可知，受外源输入叠加本地不利气象条件影响，主要污染物均为PM2.5和PM10。过程一为高空浅槽过境、中低层弱切变线与地面冷空气东路扩散的共同影响，低层北方污染物向南的传输通道建立，地面主导风为北风或西北风，上游区域常德为严重污染，污染随风到益阳后，850～700 hPa有明显逆温层或等温层、高层空气相对湿度小，弱降水、地形的阻挡有利于污染物的堆积。1月8日后冷空气主体南下，风力加大，污染物才得以有力扩散，污染过程结束。过程二为前期低压倒槽稳定型加上后期地面弱冷空气渗透南下，益阳市处于倒槽顶端，受西风平直气流影响，纬向环流显著，无降水、无日照且风力小，稳定天气的情况下不利于污染物的清除，加上北方冷空气带来上游区域的污染在本地累积。1月30日凌晨由于北方强冷空气南下和降水的清除作用，污染才得以清除。从最近上游区域湖北、常德和岳阳的数据和益阳本地风向分析来看，影响益阳的输入性污染主要来自西北的荆州、常德方向。

3 結论

（1）2015—2020年益阳市污染天气天数在29（2018年）～104 d（2019年）之间，重污染天数年均3 d，出现的月份为12月至翌年2月，中度污染天数年均9 d，轻度污染天数年均52 d。AQI与PM2.5年均值对应关系最好，PM10、SO2和O3年均值相对应关系较好。

（2）AQI、PM2.5、PM10、CO、NO2月均浓度逐月分布呈现两头高、中间低的特征，AQI、PM2.5、PM10最高值为1月，CO最高值为2月，NO2最高值为12月，O3月均浓度与他们相反，呈现两头低、中间高的特征，最高值为9月，SO2呈现波动下降的趋势。

（3）益阳市重污染日出现降水的概率为39%，且在4.5 mm以下，出现日照的概率为22%，相对湿度在54%～96%之间，最小相对湿度在15%～90%之间，平均风速在1.1～2.2 m/s之间，最大风速在5.1 m/s以下，风向大部分为N或NW。

（4）益阳市连续性重污染天气过程大部分是浅槽过境或者平直气流下，无日照、弱降水或无降水、风力小等静、稳条件，加上弱冷空气带来北风输入性污染叠加引发的，主要污染通道是湖北荆州和湖南常德而来的。

参考文献

[1] 胡晓，徐璐，俞科爱，等.宁波地区一次重污染天气过程的成因分析[J].高原气象，2017，36（5）：1412-1421.

[2] 刘波，张娟娟.江西省区域霾天气过程典型个例分析[J].气象与减灾研究， 2018，41（4）：315-321.

[3] 祁海霞，崔春光，赵天良，等.2015年冬季湖北省PM2.5重污染传输特征及影响天气系统的数值模拟[J].气象， 2019，45 （8）：1113-1122.

[4] 陈燕玲，张根，王欢，等.江西省冬季大气典型污染过程的气象成因研究[J].环境科学学报，2021，41（8）：3021-3032.

责任编辑：黄艳飞

Characteristic Analysis of  Air Quality Index in Yiyang City

YU Qing-song et al（Yiyang Meteorolo-gical Bureau of Hunan Province， Yiyang， Hunan 413000）

Abstract By analyzing the characteristics of air index and the meteorological elements and weather situation of heavy pollution in Yiyang city from 2015 to 2020， the following conclusions are drawn： from 2015 to 2020， the days of heavy pollution in Yiyang city averaged 3 days per year， which occurred from December to February of the next year. The days of moderate pollution averaged 9 days per year， and the days of mild pollution averaged 52 days per year. The relationship between AQI and the annual mean value of PM2.5 was the best， and that between the annual mean value of PM10， SO2 and O3 was the best. The monthly average concentration of AQI， PM2.5， PM10， CO and NO2 in February presents the characteristics of high at both ends and low in the middle. On the contrary， the monthly average concentration of O3 presents the characteristics of low at both ends and high in the middle. SO2 presents a trend of fluctuation and decline. No precipitation or weak precipitation， no sunshine or less sunshine， high humidity and breeze were the meteorological elements of Yiyang heavy pollution days. Continuous heavy pollution weather processes were mostly caused by static and stable conditions， such as shallow trough transit or flat air flow， no sunshine， weak precipitation or no precipitation， low wind， coupled with weak cold air brought by the north wind input pollution superposition. The main pollution channel was brought from Jingzhou， Hubei province to Changde.

Key words Air quality index; Pollution process; Meteorological elements