京津冀地区气象要素对空气质量的影响及未来变化趋势分析

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1、文章编号：1007-7588（2014）01-0191-09京津冀地区气象要素对空气质量的影响及未来变化趋势分析周兆媛1，2，张时煌1，高庆先3，李文杰1，2，赵凌美1，2，冯永恒1，2，徐明洁1，2，施蕾蕾1，2（1.中国科学院地理科学与资源研究所生态网络观测与模拟重点实验室，北京100101；2.中国科学院大学，北京100049；3.中国环境科学研究院，北京100012）摘要：空气质量与人们的健康和生活息息相关。除了直接受局地大气污染物排放影响，空气质量也受局地气象要素的影响。本文利用相关分析法和主成分回归分析法详细阐述了2001-2010年北

2、京、天津和石家庄的空气污染指数（API）与各气象要素的关系，并假设大气污染物排放相对稳定，结合高分辨率区域气候模式模拟结果，探讨未来各气象要素的可能变化及其对京津冀地区空气质量的潜在影响。结果表明：①气压、气温、降水量和相对湿度与3个城市空气质量的关系较为密切。其中，气压与API指数存在显著的正相关关系，其他气象要素与API指数存在显著的负相关关系；②未来京津冀地区的海平面气压和气温均呈上升趋势，风速呈减弱趋势。降水量在2020s呈下降趋势，而后上升，总体呈上升趋势。相对湿度在2020s和2050s呈下降趋势，而后上升，总体呈上升趋势；③SRESA

3、1B排放情景下，未来气候变化对京津冀地区空气质量的改善有一定的促进作用。北京的API指数变化幅度远大于天津和石家庄，3个城市在不同时段的API指数变化峰值均出现在6月份。关键词：京津冀；气候变化；空气质量；空气污染指数；气象要素1引言空气质量与人们的健康和生活息息相关。环境空气质量除了直接受局地大气污染物排放影响，也受局地气象要素及气候变化的影响[1]。有研究表明[2，3]，在污染源排放相对稳定的条件下，气象条件对空气质量状况起主导作用。研究空气质量与气象要素的关系，并将其与气候变化结合起来，探讨未来各气象要素变化对空气质量的潜在影响，对我国减污治

4、污政策的制定具有一定的指导意义。京津冀地区属于我国五大城市群之一，经济实力雄厚，在社会经济发展中扮演着重要的角色。近年来随着经济的快速发展和城市化进程的加快，该地区空气质量问题受到人们的普遍关注。隋珂珂等[4]研究发现北京近几年秋季PM10持续污染有加重趋势；周涛等[5]分析了北京市雾霾天气的成因，发现主要受到PM2.5和PM10增加的影响；张国文等[6]分析了北京市2007-2011年的大气PM2.5质量浓度，发现北京市春季和冬季的PM2.5质量浓度高于夏季和秋季，其主要受气象条件和燃煤取暖的影响。此外，也有一些关于京津冀地区空气质量与气象要素

5、关系的研究。徐晓峰等[7]对北京一次持续重污染过程进行了分析，发现低风速，大气层结稳定，逆温等不利于污染物扩散的气象条件对其影响很大；刘彩霞等[8]分析了天津市采暖期间气象因子与空气质量的相关关系，发现地面风场对空气质量的影响具有双重性，大气稳定度的日变化影响空气质量的日变化；李国翠等[9]对石家庄市污染日特征及其天气背景进行了分析，发现污染日分为沙尘和非沙尘两类，气象要素特征前者表现为风速大、湿度小、多正变压等锋后特征，后者刚好相反；李文杰等[10]利用统收稿日期：2013-06-27；修订日期：2013-11-04基金项目：国家环保公益性行业科

6、研专项（编号：201109065）。作者简介：周兆媛，女，山东胶州人，硕士生，主要研究方向为生态信息，大气环境。E-mail：295474140@qq.com通讯作者：张时煌，E-mail：zhangsh@igsnrr.ac.cnhttp://www.resci.cn计分析法研究了京津石3市空气污染指数与气象要素的相关关系，发现气象要素对空气污染的影响存在较大的时空差异性。上述研究仅针对京津冀地区的空气质量及气象要素与空气质量的关系，而气候变化情况下，各气象要素的变化对空气质量的潜在影响的研究成果还很少见。本文选取北京、天津和石家庄作为京津冀地区的

7、代表城市，利用3个城市2001-2010年的空气污染指数（API）数据和相应时段的气象要素地面观测数据，经相关分析和主成分回归分析，详细阐述API指数与各气象要素的关系，并假设大气污染物排放相对稳定，结合高分辨率区域气候模式模拟结果，探讨未来各气象要素的可能变化及其对该地区空气质量的潜在影响。2数据来源与研究方法2.1数据来源（1）空气污染指数（API）资料来源于中华人民共和国环境保护部网站重点城市空气质量日报数据，包括北京、天津和石家庄2001年1月1日-2010年12月1日的逐日API、首要污染物、空气质量级别和空气质量状况。API是将常规监测

8、的几种空气污染物（包括SO2、NO2和PM10，京津冀地区2012年才开始将PM2.5纳入环境空气质量标准）的浓度简化成为