Page 249 - 《高原气象》2023年第1期
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1 期                       张玉洁等：青岛市大气颗粒物污染特征及潜在来源分析                                         245
               不容缓。由于大气结构的不稳定， 导致不同地区的                           2  数据来源
               大气污染不仅与本地的污染排放有关， 还与邻近区
                                                                     本文所用 PM 、 SO 、 NO 等逐小时质量浓度
               域的污染源和远距离污染传输的影响密不可分（刘                                            2. 5  2     2
                                                                 资料来自青岛生态环境监测中心 2017 年 1 月至
               世玺等， 2010）。区域内的大气颗粒物在大尺度大
                                                                 2020 年 12 月的 13 个环境监测站［图 1， 该图及文中
               气环流的作用下聚集或扩散， 通过气流远、 近距离
                                                                 涉及的地图均基于中国气象局向国家测绘地理信
               跨区域的方式进行输送（羌宁， 2003）。研究大气颗
               粒物浓度受区域污染物传输的影响可以从目标地                             息局购买的审图号为 GS（2017）3320 号的标准地图
                                                                 制作， 底图无修改］的自动监测数据， 观测数据经
               区的输送途径入手， 而围绕大气环流、 气象场等技
                                                                 过了限制检查、 内部和时间一致性检验等质量控
               术来研究目标地区污染物的输送路径无法将气流
                                                                 制。PM 质量浓度年、 季、 月、 日均值均由观测的
               的完整轨迹展现出来， 因此， 利用 HYSPLIT轨迹传                             2. 5
                                                                 小时平均值计算所得。同期的气温、 气压、 风速、
               输模型模拟目标地区的气流流向来探讨区域间大
               气颗粒物的传输是非常有必要的。                                   相对湿度、 探空等资料来自青岛市气象局的观测数
                                                                 据。HYSPLIT 后向气流轨迹资料来源于美国国家
                   近年来， 越来越多的国内外学者对 PM 的输
                                                       2. 5
               送 来 源 进 行 了 重 点 研 究 。 Han  et  al（2011）运 用        环境预报中心（National Centers for Environmental
               PSCF 计算并分析了重污染期间韩国春川的颗粒物                          Prediction， NCEP）提供的同时段全球资料同化系统
               抵达该地的后向轨迹分布， 发现了中国北部跨境输                           的数据， 气象要素场包括水平和垂直风速、 温度、 气
               送的颗粒物对春川当地的空气质量产生了一定的                             压、 相对湿度、 降水等， 空间分辨率为0. 5°×0. 5°。
               影响。孔珊珊等（2017）利用 PSCF 和 CWT 方法研                    3  研究方法
               究了北京市 PM 的传输路径和潜在来源， 结果表
                             2. 5
               明内蒙古西部地区及河北、 山东、 河南交界地是北                          3. 1 轨迹模型及聚类分析
               京 PM 污染的主要潜在源区。周沙等（2017）利用                            利用 HYSPLIT 模型和 TrajStat软件对青岛市大
                    2. 5
               潜在源贡献因子和浓度权重轨迹分析法研究了上                             气 颗 粒 物 的 传 输 路 径 及 潜 在 来 源 进 行 研 究 。
               海市细颗粒物的潜在来源， 发现安徽、 江苏和山东                          HYSPLIT 是由美国国家海洋和大气管理局 （Na‐
               是 上 海 细 颗 粒 物 污 染 的 主 要 源 区 。 徐 伟 嘉 等             tional Oceanic Atmospheric Administration， NOAA）
              （2014）、 肖致美等（2014）和杨小菊等（2021）也对京                   的空气资源实验室和澳大利亚气象局联合研发的
               津、 珠三角、 华南、 西北等地区的 PM 和气态污染                       一种用于计算和分析大气污染物输送、 扩散轨迹的
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               物污染特征及传输来源进行了研究。大气颗粒物                             专 业 模 型（Draxler  and  Hess，  1998；  Stein  et  al，
               的外来源贡献特征对城市大气污染的时空变化有                             2015）， 被广泛用于多种污染物在各地区的传输路
               不可忽视的重要影响， 因此， 开展大气颗粒物传输                          径与来源分析（王郭臣等， 2016； 石春娥等， 2008）。
               路径和污染物来源的追踪， 明确不同区域对污染贡                           后向轨迹聚类是通过将大量气团轨迹不同的移动
               献的影响， 不仅可以为当地的大气污染防治提供科                           速度、 空间类似度和方向分组聚类， 得到受点主导
               学依据， 还对区域间的大气污染协同防治起到积极                           方向上的气团移动路径、 来向及速度。分组聚类原
               的推动作用。青岛地处山东半岛南部， 是我国沿海                           则（Dorling et al， 1992）是使组内各轨迹之间的移动
               重要中心城市， 地理位置优越， 承接多个国家战略                          速度和差异最小， 同时组间的差异最大。聚类数目
               且国家政策区密集， 做好该城市的大气污染的治                            采用总空间方差法。王亚强团队利用 HYSPLIT 模
               理， 对于青岛市经济的发展以及助力青岛争取国家                           型的轨迹计算模块， 开发了结合气团轨迹和站点观
               中心城市至关重要。目前相关学者对青岛地区大                             测数据来分析污染物的传输路径和潜在源区的 Tra‐
               气污染的研究较少， 尤其对大气污染物的输送路径                           jStat 开源软件， 实现了后向轨迹聚类、 PSCF 和
               及潜在源区的研究更是少见报道。本文利用青岛                             CWT的联合应用。
               市 2017 年 1 月至 2020 年 12 月的大气颗粒物浓度资                    本文以青岛市南区（36. 075°N， 120. 413°E）为
               料和 GDAS 数据， 研究了青岛市大气颗粒物的污染                        模拟受点， 选取 2017 年 1 月 1 日 00:00（北京时， 下
               特征， 并基于 HYSPLIT 模型和 PSCF、 CWT 对青岛                 同）至 2020 年 12 月 31 日 23:00 为模拟时段， 模拟周
               市大气颗粒物的输送路径及潜在源区进行了研究，                            期为 1 h， 后向轨迹运行时间尺度为 72 h。模拟高
               研究结果可以为青岛市大气颗粒物的污染控制和                             度选取边界层中部 500 m， 该高度既可反映气流的
               制定区域联防联控措施提供科学依据。                                 区域性流动特性， 还可以减小近地面摩擦力的影响
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