引言

目前，国内的空气质量评价以SO₂、NO₂、PM₁₀这三项污染物为指标，并不包括O₃、CO、PM_2.5等诸多污染物。每日的空气质量参照国家环境空气质量标准GB3095-1996，选取三项指标中最大污染指数作为当天的空气质量指数，相应指标为首要污染物。空气质量分为优、良、轻微污染、轻度污染、中度污染、中度重污染、重度污染等级别^[1-2]，每年根据优、良出现天数计算出优良率或污染频率。近几年的城市空气质量诸多考核中优良率大多以80%作为考核线，随着国家环境投入的加大，“创模”等活动的环境空气质量考核标准增高至85%，以此来判别一个城市空气质量的好坏。近几年来杭州市的空气质量都不尽如意，杭州市区空气质量优良率在80%~85%之间变化^[3-4]，始终没有突破85%这一瓶颈，首要污染物以可吸入颗粒物(PM₁₀)为主，占80%以上，其他许多城市的研究也有相同的特点^[5-9]。对大气颗粒物, 尤其是细颗粒物的研究从上世纪90年代开始被重视起来，主要研究颗粒物的质量浓度以及它的排放清单和源解析^[10-15]，近几年对能见度尤其是霾天气加深了研究^[16-23]，对颗粒物与人体健康影响关系的研究也进行得比较深入^[24-28]。

对不同天气条件对污染的影响以单次污染过程的研究为主^[29-32]，对连续污染、局地污染等类型划分及其受到的影响等方面的研究未见报道。本文利用2002—2007年杭州市区环境空气质量自动监测系统监测到的污染物浓度资料，并依据中国环境监测总站的指数计算规定^[1]计算环境空气质量指数，对不同污染类型条件下环境空气质量指数和污染物浓度进行统计分析，研究杭州市区空气污染物的变化特征。在进行污染类型划分时，根据杭州市区空气质量污染变化特点，把污染类型分为大范围连续污染、局地连续污染和个别污染三种类型。其中大范围连续污染和局地连续污染属于连续污染，连续3天或3天以上出现污染的现象。但二者的判断依据相差较大。大范围连续污染是指杭州周边主要城市有7成以上同时处于污染水平(周边城市主要是指泛长三角地区主要城市)，且持续3天或3天以上的情况，实际上在这种污染类型中杭州或周边某些城市的污染已经持续了更长的时间；当只有杭州或者还有周边少数城市出现持续3天或3天以上污染时，由于污染范围较小，具有明显的局地性，故称为局地连续污染类型，只有1~2天的污染则属于个别污染类型。周边其他城市的环境空气质量数据来自国家环境保护部和总站网站上每天发布的日报。

杭州市区近几年来SO₂年均浓度一直0.04~0.06 mg·m^-3变化，NO₂浓度的年均浓度一直在0.055~0.06 mg·m^-3变化，这两种污染物均未超出国家环境空气二级标准；而PM₁₀则有所不同，从2002年到2007年虽然每年都有一定的减小，与2002年相比，2007年下降了13%，但它仍超出可吸入颗粒物二级标准浓度(0.100 mg·m^-3)10%左右。

1 空气质量污染频率变化

杭州市区2002—2007年空气质量中污染天数相差较多，污染频率相差较大，从2002年的28.0%减少到2007年的15.6%，逐年减少的趋势非常明显的(见图 1)，其中轻微污染出现频率也从2002年的23.6%减少到2007年的13.4%，在当年污染总天数中均占85%左右。

从各年最大日空气污染指数(API)值来看，2002年和2006年均出现1次重度污染和1次中度重污染，都出现在除夕至大年初一，是在燃放烟花爆竹后发生的。杭州每年10月份举办的烟花大会，虽然燃放的烟花爆竹很多，但由于选择的燃放地点是空旷的西湖和钱塘江畔，扩散条件好，烟花爆竹对环境空气质量的影响比较小。

2 不同污染类型出现状况

不同污染级别污染类型出现状况见表 1。从6年污染总天数中，大范围连续污染出现30.3%，其中1/4左右属于轻度污染及以上程度的污染；而局地连续污染占29%，其中1/10左右属于轻度污染及以上程度的污染；个别污染占40.7%，其中1/16左右属于轻度污染及以上程度的污染。在三种污染类型中，大范围连续污染类型中比较重的污染(轻度污染及以上污染程度)出现天数是其他两种污染类型中出现总天数的1.5倍。

不同污染级别上三种污染类型中所占的比例变化非常明显。在轻微污染级别上依次为个别污染>局地连续污染>大范围连续污染；在轻度污染级别上依次为大范围连续污染>局地连续污染>个别污染；在中度污染和中度重污染级别上基本都为大范围连续污染类型。在个别污染类型中中度污染和重污染各出现1次，都是极端污染事件中的烟花爆竹燃放影响。

非污染及不同污染类型时污染物的6年平均浓度见图 2。在三种污染类型中大范围连续污染时污染物浓度最高，PM₁₀浓度为0.256 mg·m^-3，SO₂、NO₂分别为0.117 mg·m^-3、0.105 mg·m^-3；个别污染是三种污染类型中污染最轻的，SO₂、NO₂、PM₁₀的浓度分别为0.077 mg·m^-3、0.076 mg·m^-3和0.177 mg·m^-3，三种污染物浓度均比局地连续污染低0.02 mg·m^-3左右。

从历年的污染天数变化来看，大范围连续污染天数逐渐减少，局地连续污染和个别污染天数有逐年增加的趋势。这是因为虽然各地都在积极采取各种措施治理大气污染，节能减排，但由于控制力度、措施效益等差异较大，最终排入大气的污染物数量也有较大程度的不同。当大范围连续稳定天气形势出现时，杭州及周边城市的空气质量受污染的程度就会出现较大的差别，同时污染的情况相对较少，表现出不同程度的空气质量状况。

不同污染类型时PM₁₀浓度和污染出现频率的季节变化见表 2。从PM₁₀浓度来看，不同季节中均以大范围连续污染类型下浓度最高，个别污染与局地连续污染相比，春季是前者较低，冬季是后者较低。夏季只出现个别污染类型，没有局地连续污染出现，且PM₁₀浓度也较低。个别污染类型和局地连续污染类型以冬季最高。

从出现频率的季节变化来看，冬季污染频率最高，为25.6%，三种污染类型依次为局地连续污染>个别污染>大范围连续污染。秋季(污染百分比24.9%)略低于冬季，三种类型污染频率非常接近，夏季只出现过个别污染类型，且污染频率很低，只有3.6%。

杭州的大气环流形势四季变化非常明显，夏季处于副热带高压控制，上升气流较强，对流比较旺盛^[33-34]，扩散条件比较好，加上大气光化学反应活跃，大气中二次污染物的前体物通过光化学反应被大量消耗，这些前体物的污染次数很少；冬季基本处于冷空气控制，下沉气流较强，大气比较稳定，对流作用较弱，加上杭州特殊的地理环境，非常容易形成局地连续污染；秋季由于频繁的冷空气南下，经常出现辐散型天气条件，大范围的下沉气流，十分不利于污染物的扩散，容易出现大范围连续污染，大范围出现雾霾现象，特别是霾的出现，就是因为空气中有丰富的细小颗粒物而引起的。随着冷空气南压，北面的颗粒物也被输送到南部城市，使得大气中颗粒物的浓度大大增高。春季由于对流开始增强，水汽通量增大^[35-37]，降水比较丰富，对污染物的冲刷作用较强，污染现象与秋冬季相比要少一些，在污染天数中2/3属于个别污染类型。

3 污染类型与气象条件的关系 3.1 不同天气条件下各污染类型的出现频率及其PM₁₀浓度变化

当整个长三角地区都处于高压稳定天气系统控制下且持续较长时间时，由于大气扩散作用极差，就会出现大范围连续污染，杭州及周边城市就有比较严重的污染现象^[38-39]。从不同天气系统条件下各类型污染出现状况来看(见图 3)，高压控制时三种类型的污染频率都是最高的，其中大范围连续污染和局地连续污染的出现频率较高，高压后部时局地连续污染频率较高。许多学者的研究^[40-43]也表明，高压类型天气条件下容易引发污染尤其是较重污染的产生。

3.2 各污染类型下不同风向的频率和PM₁₀浓度

从各污染类型的风频玫瑰图(见图 4a~c)可以看出，大范围连续污染和局地连续污染时的主、次风向都是SSW、S，前者分别为16.8%和14.1%，后者都12.7%；其他风向中均以NNW等偏北风的频率较高，共33.5%。个别污染时则以NW、SSW为主、次风向，频率分别为13.7%和11.0%。

从各污染类型的PM₁₀浓度玫瑰图(见图 4d~f)可以看出，三种污染类型中大范围连续污染类型的PM₁₀在E、N二方位上的浓度较高，在0.3 mg·m^-3以上，这种高浓度出现时一般是在北方沙尘暴影响后产生了浮尘现象，大气中细小颗粒物较多引起的，沙尘暴影响杭州主要有两个风向，一个是北风，另一个是从内蒙古中部到大连沿着海岸线吹到上海、宁波，再影响到杭州市区，这种类型出现时风速仍然较大，是比较典型的远距离输送。另两个污染类型的PM₁₀浓度各方位上相差较小，基本上在0.2 mg·m^-3左右变化。这两类污染类型时大气比较稳定，局地污染影响较大，污染物聚积产生较高浓度。

无污染和三种污染类型出现时相关气象因子如降水、风速等相差较大(见图 5)。这4种情况中降水情况相差很大，有97.2%的降水出现在空气质量为优良级别时，在大范围连续污染出现时基本无降水，在局地连续污染和个别污染这两种污染类型中降水量分别占总降水量的1.2%和1.6%；从不同污染类型来看，大范围连续污染时平均风速最小，为1.4 m·s^-1，个别污染与局地连续污染时平均风速相同，在优良状况下平均风速最大，为2.1 m·s^-1。许多研究也表明风向、风速、降水量等气象因子对污染物存在类似的影响^[44-47]。

4 特殊污染事件影响 4.1 春节烟花爆竹燃放的影响

在某些年份，由于特殊污染事件(主要是春节烟花爆竹燃放和沙尘暴影响产生的浮尘现象)，个别污染中也会有较高浓度出现。如2006年春节除夕(2006年1月29日)，市区PM₁₀平均浓度为0.454 mg·m^-3，API指数为343，空气质量出现重度污染(级别Ⅴ级)。各点位中，位于居民区的3个点位空气质量都达到重度污染(API为500，Ⅴ级)，两个受到居民区影响较大的点位空气质量也达到中度重污染(API分别为292和255，级别均为Ⅳ2级)，空气质量相对最好的是作为清洁对照点的云栖点位，也是轻微污染(API为137，Ⅲ1级)。

其他年份春节除夕PM₁₀浓度的小时变化见图 6。从图 6可以看到，在历年大年初一零时由于烟花爆竹的集中燃放PM₁₀浓度均比较高^[48-50]，尤其是2006年、2002年和2005年较高，小时平均浓度分别是1.465 mg·m^-3、1.218 mg·m^-3和0.690 mg·m^-3。其他3年则相对较低，零时小时浓度在0.2~0.4 mg·m^-3之间，这3年零时的PM₁₀浓度不高是因为当时有较强的降水，烟花爆竹燃放量大幅度减少，产生的污染物也少，再加上当时的风速和降水量都较大，天气条件也有利于污染物的扩散，这两个因素就使得空气中污染物的浓度大大降低。

4.2 沙尘暴影响后产生浮尘现象

以2007年1月19日和4月2日为例说明杭州市区在受到大范围稳定天气和沙尘暴影响时SO₂、NO₂、PM₁₀浓度的不同特征(见表 3)。从表 3可以看到，2007年1月19日是一次比较典型的大范围稳定天气下的污染事件，由于天气稳定，污染物积聚后浓度逐步增高，导致SO₂、NO₂、PM₁₀超出国家环境空气质量二级标准，超标倍数分别是0.29、0.03、1.35。从6年所有的污染事件中可以看出，PM₁₀超标比较常见，而SO₂、NO₂的超标现象较少，这二种污染物超标时均出现在稳定天气条件下。

表 4显示前后4天周边主要城市的API变化情况。19日周边城市都出现污染，以上海(API 412)、苏州(API 354) 污染最重，为重度污染。同在浙江的宁波，日常扩散条件要比杭州好得多，这天也出现API 282的高值，比杭州要高77。由此可见，这几天受到的大范围稳定天气形势的影响是比较大的，影响的中心位置是从上海移动到宁波，杭州的部份点位受到较大影响。

2007年3月30—31日为第8次强沙尘暴过程(200708号强沙尘暴过程)，4月初对长三角地区产生很大的影响，个别城市因此出现API 500的最高值。为了分析沙尘暴期间主要城市的API变化，笔者将下载的沙尘暴期间国家环保部公布的城市空气质量日报API绘制成API的等值线图(见图 7)。

从图中可以看出，由于沙尘暴的出现及移动，内蒙古赤峰、大连和连云港、上海等城市的API相继出现500的高值，周边城市也相继出现300以上的重污染和200以上的中度污染或中度重污染，在影响过后API值迅速下降至正常范围。到4月3日上海API值由2日的500降低到212，而宁波的API值依旧保持335的高值，嘉兴、杭州、绍兴、苏州、南通的API值较前几天也有较大程度的增加，沙尘暴的出现可以促使许多城市出现浮尘天气^[51-54]。

在4月2日上海的三项关键性空气质量监测数据中，SO₂和NO₂的指数仅为41和30，都属于“优”，PM₁₀的指数为500，表明该日空气污染并非完全由本地的工业排放和扬尘污染所引发^[55]。而杭州一个监测点位也有类似现象出现(见图 8)。在4月2日12时前，SO₂浓度处于较高浓度(有多个小时在0.1 mg·m^-3以上)，12时后浓度逐渐下降(基本上在0.05 mg·m^-3左右)，NO₂的浓度变化不大(0.047±0.012 mg·m^-3)；而PM₁₀在17时监测到1.107 mg·m^-3的PM₁₀超高浓度，在随后的4个小时浓度PM₁₀保持在0.9 mg·m^-3左右，同步SO₂、NO₂浓度反而减小，这也表明PM₁₀高浓度并非本地污染产生。

据卫星云图显示，此次浮尘天气主要受西北偏北气流引导，先自西向东、后自北向南影响中国北部、东部大部分地区。4月初的这次空气质量的异常很明显是一次受沙尘暴影响而出现的空气质量重度污染的事件，沙尘暴影响路线非常明显。当然，从某些城市的API值变化来看，这几天这些城市的空气质量本身并不是很好，但API的短时异常高值出现且SO₂、NO₂的浓度变化不大说明这种污染有外源的较大贡献。

6 结论

(1) 杭州市区的空气质量有所好转，优良天数增多，作为首要污染物的PM₁₀污染程度有所减轻。

(2) 污染出现具有明显的季节变化，冬季最多，夏季最少。污染程度比较严重的情况大多出现在大范围连续污染类型中，这类污染出现频率是其他两种污染总和的1.5倍。PM₁₀浓度在大范围连续污染类型时最高，个别污染类型时最低，浓度分别为0.256 mg·m^-3和0.177 mg·m^-3。

(3) 杭州市区污染出现频率存在明显的季节变化，冬季最高，夏季最低，污染频率分别为25.6%和3.6%。不同季节不同污染类型的出现频率相差较大，局地连续污染冬季出现频率较高，个别污染在春、秋二季出现较多，大范围连续污染在秋季出现较多。

(4) 不同污染类型中个别污染类型出现最多，局地连续污染类型出现最少，出现频率分别为40.7%和29.9%。

(5) 污染类型在很大程度上受到天气形势的影响，其中大范围连续污染主要受到高压控制和高压后部这两种天气类型的影响。

(6) 烟花爆竹燃放和受沙尘暴影响出现的浮尘导致杭州市区出现极端污染事件，空气中颗粒物浓度很高，是平时的十几倍，使得杭州市区空气污染达到重度污染程度。