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本科毕业论文
论文题目：邢台市雾霾天气特征及形成机制研究
姓名： 学号： 系（部）： 专业： 班级： 指导教师：
安伟欣 2011271128 地理系
资源环境与城乡规划管理
2011级1班 李玉平
完成时间： 2015 年 4 月
邢台学院2015届本科毕业论文
摘要
雾霾是因为汽车排放尾气，工厂排放废气，和燃放烟花爆竹等所形成的。大气中悬浮的水汽凝结，能见度低于1000米时，气象学便称其为雾。当空气容纳的水汽达到最大限度时，就出现饱和。气温愈低，空气中所能容纳的水汽也愈少，越容易形成雾霾。邢台市雾霾天气比较严重，2014年10月份到2015年2月份，每月重度污染天数超过三分之一。邢台市多雾霾天气的原因与邢台市的地理特征有关系，据气象资料表明邢台市的平均风速较低，不利于污染物的扩散，邢台市地处太行山东麓，容易形成逆辐射，不利于污染物的垂直扩散；邢台市多雾霾天气的原因与邢台市的发展有关系，邢台市周边有钢铁厂、火力发电厂等排污企业，邢台市西部山区分布着几百家石子厂产生大量粉尘；邢台市的严重雾霾天气多发于春秋冬季，邢台市春秋冬季植被减少，不利于消除污染物的影响，邢台市的物流处于发展时期，机动车流量大，市内交通拥挤，尾气排放较大，这对于邢台市雾霾天气的产生有着必然作用
关键词：雾霾；邢台；高斯物理模式；气象
I
邢台学院2015届本科毕业论文
Abstract Haze because of automobile exhaust emiions, emiions from factories, and fireworks.Suspended in the atmosphere of water vapor condensation, visibility is le than 1000 meters, meteorology and called it the fog.When the maximum water hold the air is saturated.The lower the temperature is, the air is, the le water can hold, the easier it is to form fog haze.Xingtai haze weather is more serious, in October 2014 to February 2015, severe pollution days per month more than a third.Because of the weather and Xingtai foggy haze of geographical features, according to meteorological data shows that the average wind speed is low, for xingtai not conducive to the spread of pollutants, Xingtai is located in the Taihang mountain foothill, easy to form inverse radiation, does not favor the vertical diffusion of pollutants;Xingtai foggy haze weather reason has relationship with the development of Xingtai, Xingtai with steel mills, power plants, such as polluters, Xingtai mountain west there are hundreds of stone factories produce large amounts of dust;Winter fog weather serious happens in the spring and autumn in Xingtai, Xingtai vegetation decreasing during the spring and autumn winter, is not conducive to eliminate the influence of pollutants and the micro logistics in development period, the motor vehicle traffic, traffic congestion in the city, the exhaust emiion is larger, for the micro fog weather produce different effect Key words: fog;Xingtai;Gauian physical model;meteorological
II
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目 录
前言........................................................1 1邢台雾霾天气特征...........................................1 2邢台地理特征与雾霾天气联系.................................2 3邢台市的产业结构和产业布局与雾霾天气联系...................3 4运用高斯物理模式研究邢台市雾霾天气.........................3
4.1高斯物理模式.................................................3 4.2运用高斯物理模式估算的邢台市居民区的pm2.5浓度................4 4.3得出的居民小区的pm2.5浓度...................................4
5结论与治理对策.............................................4 参考文献....................................................7 谢辞........................................................8
III
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前言
作为一名长期在邢台市学习的大学生，与邢台市民一样，对于邢台市的雾霾天气深恶痛绝。近些年来尤其是自2013年起邢台市的大气污染异常严重，尤其是在冬季PM2.5经常“爆表”。市民无法进行户外锻炼，一些市民由于严重雾霾，患上了呼吸道疾病。冬季流感的频发以及在人体持续时间较长等与邢台市雾霾天气有着必然的联系[1]。新闻报道，邢台的一些农村地区，因雾霾天气严重出现了村庄整体搬迁的现象。邢台市环保局工作人员面临这样的情况，异常努力，邢台市环保局领导班子几番被换，甚至面对这种情况环保局单位打出了“热烈祝贺邢台市雾霾天气在全国排名第二”的标语，邢台市的雾霾天气严重程度可想而知。虽然在全国范围内针对雾霾的研究文献不少，但是单独对于邢台这样污染严重的小型城市的文献很少。为了帮助邢台雾霾治理，寻找邢台市雾霾严重的原因，在综合运用自己知识的基础上，寻找相关数据，综合得出了邢台雾霾天气特征及形成机制的一些原因。根据中华人民共和国环境保护部提供的数据：2014年12月4日到2015年1月4日间邢台市重度污染天数超过十天，主要污染物为PM2.5和PM10。
1邢台雾霾天气特征
2015年1月份邢台市雾霾天气主要出现在1～10日、16～17日、20～24日、29～31日。1月份，大雾天气有85站次，比常年偏多21站次。其中16日、24～26日有10个县(市)以上出现大雾。受降雪影响，24～26日连续三天出现大雾天气，其中，26日邢台市大部分地区能见度小于500米，其中临西最低能见度仅为40米；1月份出现霾290站次，21天出现10个县(市)以上的霾。受雾霾天气影响，邢台市在1月24日启动重污染天气黄色（Ⅲ级）预警，24～26日连续三天采取机动车尾号限行措施。另外，24～25日邢台境内多条高速暂时封闭，给公路交通带来较严重的影响
2015年2月份邢台市雾霾天气主要出现在1～7日、11～17日、19日、21日、24～25日。2月份,大雾天气有2.5d,比常年（2d)偏多0.5d。21日大雾范围较广，大部分地区最低能见度小于500米，其中邢台黄寺站仅为160米；2月份出现霾15d，较2014年同期值（19.2d）偏少4.2d。受雾霾天气影响，20日、24日邢台境内多条高速公路暂时封闭，给公路交通带来较严重的影响。
空气中的灰尘、硫酸与硫酸盐、硝酸与硝酸盐、有机碳氢化合物等粒子也能使大气混浊,视野模糊并导致能见度恶化,如果水平能见度小于1000米时,将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾或灰霾[2]。邢台地区的污染物主要为PM2.5,PM2.5主要以微米作单位，PM2.5是指空气中悬浮的颗粒物。邢台市的主要污染物为PM2.5，污染源排放出的二氧化硫在光照条件下会与空气中的水蒸气结合发生化学反应，进一步形成硫酸盐化合物，悬浮于空气中，呈液态或固态，或者是氮氧化合物与水蒸气结合反应形成硝酸盐，这些污染物构成PM2.5的主要成分。邢台市的污染源分布广泛，年平均风速较小，污染物的扩散速度慢，这是邢台市雾霾天气的一个显著特点。霾天气的厚度比较厚，一般可达1～3千米
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左右，霾的日变化不明显[3]。邢台市的雾霾多为灰霾天气，邢台市污染物的来源主要来源于邢台地区，河北省其他地区也会对邢台市雾霾产生影响。
在邢台各部门对邢台市PM2.5贡献率中，工业污染源和民用燃烧污染源对邢台市的贡献率明显高于其他3个部门（如电厂污染源，民用非燃烧污染源和交通污染源）。从总的贡献情况来看，邢台地区PM2.5浓度受电厂污染源，民用非燃烧污染源和交通污染源的影响较小，贡献率分别为0.5%～2.5%，0.4%～0.9%，2.0%～2.3%。贡献率较大的为工业污染源和民用燃烧污染源，贡献率分别为28.1%～35.4%，29.1%～31.8%。由此可见，邢台地区PM2.5的大气污染物主要来源为工业污染源，其次为民用燃烧污染源。邢台受工业污染源影响系数为28.3%，邢台受民用燃烧污染源影响（29.1%）[4]。可以看出，工业燃烧污染源成为邢台地区大气污染物的主要来源，其次为民用燃烧污染源。在邢台市雾霾天气的形成中，民用燃烧污染源和工业污染源起着主要作用。邢台市处于发展当中，是工业城市，会产生大量污染物，这与邢台市多雾霾天气有着必然联系。在APEC会议期间，由于河北省政府强制管理，邢台市几日的空气质量都较好。可见工业污染源在邢台地区是大气污染源的主要污染源。
2邢台地理特征与雾霾天气联系
邢台市地处河北省南部，太行山脉南段东麓，华北平原西部边缘，位于北纬36°50′～37°47′，东经113°52′～115°49′之间，东以卫运河为界与山东省相望，西依太行山和山西省毗邻，南与邯郸市相连，北及东北与石家庄市、衡水市接壤。辖区东西最长处约185公里，南北最宽处约80公里，总面积12486平方公里。山麓地区霾出现频数远远大于该山麓两侧的山地和平原。山脉对气流的阻挡作用，使山麓地区大气状态相对稳定，利于霾的形成。
燕山和太行山在河北地区形成“弧状山脉”，“弧状山脉”对天气系统起到了阻挡和削弱作用,使太行山和燕山山麓地区形成了一个“避风港”[5],因而山麓地区的大气稳定程度高于山区和平原,使大气污染物不易扩散。据有关研究表明,霾的形成与大气污染物浓度密切相关[6]。“避风港”效应为霾的形成提供了有利条件[7]。邢台市地处河北省南部，属于典型的温带大陆性季风气候，邢台市区恰好位于太行山东麓，紧邻太行山，邢台市恰好处于“避风港”，这就利于导致邢台市严重雾霾天气。
从理论上讲,大气污染物的扩散有两种渠道,一是大气的垂直上升运动，二是空气的水平流动，即风[8]。从地势分析，邢台的平均海拔只有60米，比附近的石家庄和邯郸低20米。气象资料表明，邢台市年平均风速只有1.66米/秒，石家庄为1.8米/秒，北京的数据为1.8～3米/秒之间，而天津为2米～5米/秒之间。地势低洼而少风的自然条件，使邢台市极易形成逆温层，继而影响污染物扩散，逆温层的存在，阻挡了污染物的垂直扩散，使污染物沉积在近地面层，空气污染物浓度增高[6]。邢台市正处于发展的时期，邢台的高层建筑正在逐年增加，高层建筑的增加，也在一定程度上降低了风速。霾出现频数的大小与当地年平均风速有关,基本上成负相关[9]。如果风速比较大,大气污染物较容易扩散,霾不
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易形成。反之,如果风速小，大气污染物易于聚集,利于霾的形成，邢台的霾频数大小是由邢台地区的平均风速大小和大气污染的严重程度决定的。邢台市的污染企业分布较多，邢台市的居民燃烧污染源分布广泛，大气污染源较多，而且邢台市的年平均风速较小，所以会导致邢台市的霾频数比较大。
3邢台市的产业结构和产业布局与雾霾天气联系
邢台市周边企业：兴泰发电厂、邢台钢铁厂、建滔焦化厂、中煤旭阳厂、邢东热电厂等排污大户星罗棋布。邢台南部的沙河是玻璃工业重镇，北部的内丘有焦化、钢铁等产业，西部山区分布着300多家大大小小的石子厂，邢台东部的上千家板厂，在带动大量农村就业的同时，也带来了大气污染隐患[10]。依据2012年的数据，有着70万人口的邢台市，机动车保有量已突破20万台。在能源消费结构中，邢台的煤耗量巨大，天然气所占比例不高。邢台的城市化率在河北排名靠后，大量人口仍居住在农村，冬季只能通过燃煤取暖，户户冒烟成为常态。
控制与居民生活密切相关的各种污染源排放更是雾霾长期治理的挑战，机动车燃油排放以及燃煤排放中生活和商用燃煤排放都与居民的活动息息相关[11]，此外建筑用和居民用油漆、装修、汽车加油过程、城市垃圾处理和居民做饭等都涉及居民的活动，伴随着邢台市的发展，居民活动持续增加，这些都给邢台市雾霾天气污染控制带来巨大挑战。邢台市郊区居民的主要燃烧燃煤，燃煤的使用会带来大量大气污染物，因此尽早大规模实现用天然气代替燃煤是遏制大气污染的一个途径。在城市发展中，不断面临新的大气污染形势，这就给环保部门带来新的困难。必须要加大邢台市相关政府部门的执法力度，努力遏制污染源。
4运用高斯物理模式研究邢台市雾霾天气
4.1高斯物理模式
运用高斯物理模式通过测二氧化硫的方法对邢台市某居民小区的PM2.5浓度做一个演示，通过看二氧化硫的浓度来分析邢台市某居民小区的PM2.5。
高斯模式的四点假设为：①污染物浓度在空间中按高斯分布（正态分布）；②在整个空间中风速是均匀的、稳定的、风速大于1m/s；③源强是连续均匀的；④在扩散过程中污染物是质量守恒的[12]。
H222z地面轴线质量浓度扩散模式：
pQuyz3e()
P为地面污染物质量浓度，mg/m； Q为排放污染物的源强,mg/s；
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u为平均风速，m/s； H有效烟云高度，m；
y,z为污染物在y,z方向的标准差，m；
4.2运用高斯物理模式估算的邢台市某居民区的PM2.5浓度
运用高斯物理模式求得邢台市相邻居民小区中心处的PM2.5浓度（主要以二氧化硫为代表）[4]。
邢台市按连长为500m的正方形划分为面源单元，每个面源单元的排放量为6000mg/s。源平均有效高度为18m，风速为2.5m/s，当时的大气稳定度为C类，按高斯物理模式求得相邻面源单元中心处二氧化硫地面质量浓度。
由y和C类稳定度查表得虚拟点源距离x1=1200m； 由x1+x=1200+500=1700m,C类稳定度查表得知y=157.5m；
由x=500m、C类稳定度查表得z=32.6m。将以上数值代入以下公式：
pQuyze(H222z)
[]62*(32.6)^2e0.12789ug/m3 3.14*2.5*15.75*32.618^24.3得出的居民小区的PM2.5浓度
利用高思物理模式简单易算的特点，对邢台市某居民小区污染物浓度进行估算，以此来研究污染源对居民的影响。根据高斯物理模式可求得邢台市某居民小区中心处的二氧化硫浓度为0.12789m3。二氧化硫是PM2.5的代表[13]，利用求二氧化硫的方法可估计相邻居民小区的PM2.5的浓度。
5结论与治理对策
污染物从污染源扩散到居民生活区主要受风速影响，当风速越大时，扩散到居民区的污染物浓度越小；当风速越小时，扩散到居民区的污染物浓度越大。污染物扩散主要通过垂直扩散和水平扩散两种方式，由于邢台市处于山麓地区，在“弧状山脉”形成的“避风港”范围内，邢台地区大气稳定易形成大气逆辐射，影响污染物的垂直扩散。受此效应的影响导致邢台地区的年平均风速较小，影响了污染物的水平扩散。
邢台市的雾霾天气比较严重，不仅是对邢台市民健康产生了很大危害，也影响了邢台市的交通，使交通事故频发。综合以上所述，分析邢台市的雾霾主要与以下几点原因有关
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系：（1）邢台市独特的地理特征，邢台市紧邻太行山，太行山脉对气流的阻挡作用，大气状态较为稳定，邢台的平均风速较小，使得邢台易形成雾霾天气；（2）邢台市正出于发展时期，邢台的污染企业比较多，污染源广发分布，外加这些企业有着大量就业人群，所以在治理时有一定难度；（3）邢台市的雾霾天气多发生于春冬季，邢台市的发展比较落后，邢台市的一部分居民及邢台市周围农村的居民冬季取暖方式主要是燃煤取暖，燃煤燃烧释放的二氧化氮、二氧化硫以及与之有关的二次污染物是PM2.5的主要来源。借助高斯物理模式计算的污染源排放的二氧化硫对居民区产生的影响，让我们更清晰的看到污染物的扩散方式及产生的结果。
总体来说，对邢台严重雾霾现象进行综合防治，除了要完善立法以及优化政府的行政能力之外，还要具体做到如下几点：
（1）对雾霾现象的治理需要全民参与、共同治理，树立全民忧患意识、生态文明意识。这就需要加大对市民的宣传力度，积极倡导节能减排，引导每一个人参与到环境保护当中。加强对学生的教育，让学生意识到雾霾的危害。在社会中形成一种绿色环保的氛围，积极倡导环保，努力行动。
（2）要对污染源进行控制。预防雾霾控制污染源是关键，邢台市的主要雾霾污染来源是居民做饭燃烧源以及邢台市周边农村地区冬季取暖燃烧，以及机动车的尾气排放。因此我们必须努力实现邢台市民使用天燃气等清洁能源做饭，邢台市周边农村地区必须严禁秸秆燃烧，采用沼气普及，用沼气代替燃煤。控制邢台市区的机动车辆，倡导市民公交或骑自行车出行，减少自家轿车的使用。
（3）要做好雾霾天气的预测工作。要开展邢台市的雾霾天气预测平台的建设工作,要及时向公众发布雾霾防御信息，要为政府相关政策制定提供建议。同时，还要做好雾霾天气的预警监测机制，当有大雾天气时，有关部门应立即启动预警监测系统，发布预警信号，霾天的预警信号分为黄色和橙色两级，雾天的预警信号分为黄色、橙色和红色三级。应充分尊重公众的知情权，准确、及时地向民众预报，提醒市民做好防护，促进各部门的联合行动。雾霾天气的监测预报要求较高，因此就需要加大邢台市的相关专业人士、专业设备以及程序化管理，建立比较完善的机制。
（4）加强邢台市的绿化也是治理邢台市雾霾天气的有效手段之一。邢台雾霾天气的主要污染物为PM2.5，污染源排放出一部分粉尘物质或液体状物质，对于这些污染物，植物具有很好的净化作用。许多植物都可以吸收过滤大气中的有害气体，同时也有防尘的作用，例如有些植物能够有效减少汽车尾气中的氮氧化合物，改善城市生态环境。因此通过加大栽植防护林、路旁树木、农作物以及居民区和公园内的各种植物，在一定程度上有助于吸收雾霾天气中的超细微尘，起到“防范大于治疗”的效果。
（5）向发达国家学习雾霾治理的先进经验。英国自1952年伦敦烟雾事件之后，英国政府特别重视环保事业的发展，英国政府支持公众使用节能减排的电动汽车，为购车人实施了一系列优惠办法。此外，英国政府还制订了一系列相关的大气污染物治理方案。除英 5
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国之外，美国、日本等在大气污染治理方面也有比较好的措施。我们应该向他们学习他们治理大气污染的好经验，邢台相关政府部门应制定相关政策，限制污染源的排放。
综上所述，通过对雾霾现象的分析研究，希望引起邢台市相关部门、人员及公众的广泛关注，吸取经验教训，全民参与、共同治理，早日挥别雾霾天。
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参考文献
[1]吴亦添.雾霾天气形成的原因[EB/OL].新浪博客,http://www.daodoc.com/，2015-03-02/2015-03-20.[11]孙鹏举.我国雾霾污染法律治理研究[C].山西财经大学，2014,6-10.[12]程水源,崔建升等.建设项目与战略环境影响评价[M].中国环境科学出版社,2008,93-117.[13]丁钰,刘丽颖.雾霾天气颗粒污染物的特性及吸收气态污染物过程的分析[J].上海环境科学，2009,28(1):11-15.邢台学院2015届本科毕业论文
谢辞
整个论文的完成首先要感谢我的指导老师李玉平老师，她是给我的论文指明方向，并不辞辛苦的耐心改正。同时我也要感谢系其他老师对我的指导和帮助，当然也要感谢我身边的同学和朋友，感谢他们给我提出的意见和想法。是这些人让我的论文更加充实，更加真实，更加完善，因此在此对所有帮助我指导我的人致以深深的谢意。
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