上海能见度与霾发生频率的季节及年际变化研究成果

由中国388个NCDC^[2]站点在2004—2008年的平均能见度数据可见，中国能见度的分布，非常类似于中国人口密度的分布，表明人为活动对能见度的高低起着重要的作用。能见度较低的区域（＜20 km）分布在中国东北一直延伸至华北平原、中国东部、四川盆地和中国南部。在这些地区中，霾天气（定义为能见度＜10 km）主要发生在京津冀（北京、天津、河北）、长三角、中国中部部分地区、四川盆地以及珠三角。在以下的讨论中，我们将重点关注长三角特大城市——上海的霾成因。图44-1是上海市在2004—2008年间按季节平均能见度的年际变化趋势。这5年间的春夏秋冬四季的季节平均能见度分别为7.7、8.4、8.1和6.5 km，均低于目前普遍采用的能见度＜10 km的划分霾与非霾的标准，可见上海霾污染的严重程度。本研究将2004—2008年间的所有采样天数，按日均能见度划分为三大类进行比较研究，即中度霾天（5 km＜能见度≤10 km）、重度霾天（能见度≤5 km）以及非霾天（能见度＞10 km）。根据这个定义，在冬季有55个霾天，占总天数的88%，其中重度霾天占62%，远高于其他3个季节；春夏秋三季分别有34、28和30 d的霾天，其中重度霾天分别占45%、43%和57%。霾的发生具有明显的季节特征，在温暖的季节，即夏季和秋季，大气能见度较高，霾发生频率明显低于寒冷的季节，即冬季和春季。霾的这种季节分布特征，主要归因于天气条件以及污染物排放。在温暖季节里，有更丰富的降水、更高的边界层高度以及盛行海风等因素，有利于污染物的扩散，因此能见度较高；而在寒冷季节里，能见度的降低更多地归因于污染物排放的增多。

图44-1　上海2004—2008年间每年4个季节的非灰霾天、中度灰霾天以及重度灰霾天的天数和月均能见度（彩图见图版第29页，也见下载文件包，网址见正文14页脚注）

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图44-2　上海2004—2008年每年的SO2、NO2和PM10的频数分布（彩图见图版第30页，也见下载文件包，网址见正文14页脚注）

除了能见度的季节变化，图44-1显示了2004—2008年能见度的年际变化趋势。重度霾天数在4个季节里都呈现明显的下降趋势，但总的霾天数并没有减少，而能见度的年际变化也几乎可以忽略不计。图44-2中提供了2004—2008年间SO 2、NO 2和PM 2.5日均浓度的频次分配曲线，从而可以对霾和能见度的年际变化趋势提供部分解释。如图44-2所示，SO2浓度的频率分布形态，在2004—2008年间变化很大，逐渐趋向于低浓度，即低SO2浓度的出现天数越来越多，同时高浓度的SO2出现的天数逐渐减少。SO2浓度频率分布的中心在2008年处于40μg·m-3（意味着50%的天数SO2浓度低于40μg·m-3）左右，这个值较前一年的中心值少了10μg·m-3。SO2浓度的降低，归因于火力发电厂关闭了一些低效、高污染的燃煤机组，以及上海近些年安装了大量的烟气脱硫装置［13］。NO2也有与SO2类似的变化趋势。2004—2005年，NO2的浓度较为分散，大部分值在40～80μg·m-3之间。2006—2007年，NO2日均浓度的频率集中分布的范围变窄，中心值约为60μg·m-3，出现高浓度NO2的天数也比2004—2005年有所减少。2008—2009年NO2的日均浓度则多集中在40μg·m-3附近。相比SO2，NO2日均浓度的频次分布，形态变化较不明显。这可能有2个方面的原因，一方面是脱硝技术（例如SCR^[3]）的效率（约为40%）远低于脱硫技术（＞90%）。脱硫技术在“十一五”期间已大力推广，而脱硝技术在“十二五”计划中才得到重点规划。另一方面，作为氮氧化物的另一主要来源，上海快速增长的机动车数量、里程及排放，也是导致NO2居高不下的原因。与SO2和NO2相比，PM 10的年际分布变化相对较小，在近年内有一定程度的降低趋势。例如，2004年PM 10的频数分布主要集中在60～80μg·m-3，并且25%的样品天数大于100μg·m-3。而在2005—2007年，PM 10的分布变得更集中于70μg·m-3左右，大于100μg·m-3的比例降至10%以下。总体来讲，以上3个物种的浓度和极端污染事件的数量，在研究期间均有下降趋势。这可以部分解释以上重度霾事件减少的原因。尽管SO2和NO 2的浓度有所降低，但是颗粒物浓度却没有明显改进，这表明还存在其他污染因子的贡献，抵消了SO 2和NO 2的减排。