静稳指数和输送指数在长三角地区冬季污染中的应用

刘晓慧

长三角地区的空气污染不仅受静稳天气的影响，同时在冷空气南下过程中也会有不同程度的污染发生。例如大气污染物可以通过冷锋从华北平原输送到长三角地区。因此对于长三角地区的污染可分为静稳型污染（STAG）和输送型污染（TRANS）。本研究中，基于2013-2019年冬季气象场（FNL再分析数据，ERA-interim再分析数据）和PM_2.5监测数据，探讨了长三角地区污染类型的天气特征，建立了静稳指数（SWI）和输送指数（TPI），量化了SWI和TPI对PM_2.5浓度的贡献，并将SWI和TPI结合起来，建立了长三角地区主要城市PM_2.5潜在预测模型。

Fig. 2. The distribution of PM_2.5 concentrations andwinds at 10 m (unit: m/s)under the two types of pollution in the YRD. STAG: the PM_2.5 concentration and wind field distributions in a to d represent 31 December 2016, 1 January 2017, 3 January 2017, and 4 January 2017, respectively; TRANS: the PM_2.5 concentration and wind field distributions in e to h are at 0:00 LST on 22 December 2016, 22:00 LST on 22 December 2016, 06:00 LST on 23 December 2016, and 16:00 LST on 23 December 2016, respectively.

2016年12月30日到2017年1月4日，长三角地区发生了一次静稳型污染，长三角地区PM_2.5平均浓度在1月1日达到115µg/m³以上， 1月3日达到最高值（147µg/m³）。静稳型污染的特点是PM_2.5浓度变化慢，风速小，污染范围广。2016年12月22日到2016年12月23日，长三角地区发生了一次输送型污染，12月22日00时，污染主要集中在华北平原（PM_2.5最高浓度为200µg/m³），而长三角地区PM_2.5浓度低于50µg/m³，从12月22日22时开始，PM_2.5的高值中心从华北平原向长三角地区移动，长三角地区PM_2.5浓度迅速增加。输送型污染的特点是PM_2.5浓度变化快，伴有较强的偏北风，污染范围小。

Fig. 3. Scatter plots of the SWI and ln(PM_2.5) in Changzhou, Nanjing, Nantong, Shanghai, Wuxi, and Yangzhou. The red points represent the SWI and ln(PM_2.5) for TRANS pollution at the 6 stations. The black points represent the SWI and ln(PM_2.5) for non-TRANS pollution. The red lines and black lines are the linear fittings.* passed the 0.01 significance test.

我们选择了影响PM_2.5的主要气象动力因子和热力因子来构建SWI。发现单由SWI并不能完全表征长三角地区冬季PM_2.5的浓度。由于长三角地区输送型污染频有发生，对于输送型污染，SWI表征较差，因此有必要建立适用于该地区的TPI。

Fig. 4. Scatter plots of the TPI and ln(PM_2.5) in Changzhou, Nanjing, Nantong, Shanghai, Wuxi, and Yangzhou. The red lines are the linear fitting. * passed the 0.01 significance test.

Fig. 5. Scatterplots of the fitted versus observed PM_2.5 concentrations for each station. The three black lines indicate the 2:1, 1:1, and 1:2 ratio lines of predictions and observations, respectively.

将后向轨迹与长三角上游地区的PM_2.5浓度相结合，构建了TPI。这两个指数结合起来能够更好地反映出长三角地区冬季PM_2.5的污染情况。上述研究成果，对于华北平原和长三角地区的污染评价和联防联控提供了应用参考。

该研究成果已发表于一区SCI期刊Environmental Pollution。得到国家重点研发计划项目(2016YFA0602003)与国家自然科学基金(41905114，91544229和41805120)的资助。第一作者为博士研究生刘晓慧，通讯作者为朱彬教授。

文章信息：Liu, X., Zhu, B., Kang, H., Hou, X., Gao, J., Kuang, X., Yan, S., Shi, S., Fang, C., Pan, C. & Meng, K. (2020). Stable and transport indices applied to winter air pollution over the Yangtze River Delta, China. Environmental Pollution, 115954.