春季一次典型沙尘天气对贵阳市空气质量影响研究.pdf

2023年第3期环保科技Vol.29No.3春季一次典型沙尘天气对贵阳市空气质量影响研究赵晓韵1，2张春辉12刘群1,2钟敏文1,2石宇1,2（1.贵阳市环境信息中心；2.贵阳市环境空气质量预测预报中心，贵阳550 0 0 0）摘要：2 0 2 1年3月2 2-2 3日贵阳市经历了一次由沙尘天气影响的污染过程，对此期间贵阳市PM1o、PM 2.5质量浓度变化特征、天气形势、气团特征以及气象条件进行了简要分析。结果表明：贵阳市受此次沙尘传输污染影响长达55h（2 1日2 3：0 0 2 4日0 5：0 0），直接导致贵阳市3月2 2日一2 3日空气质量为轻度污染，首要污染物为PM1o；沙尘天气过程期间，贵阳市大气形势静稳、近地面水平风速弱，导致PM1o浓度持续累积。关键词：沙尘;PM1o；贵阳市；传输影响中图分类号：P431,X823Study on air quality impacted by a typical dust weather in the spring of GuiyangZhao Xiaoyul,Zhang Chunhui,Liu Qun,Zhong Minwen,Shi Yu-2.Guiyang Ambient Air Quality Prediction and Forecast Center,Guiyang 550000,China)Abstract:From March 22 to 23,2021,Guiyang experienced a pollution process influenced by dustweather.During this period,the change characteristics of PMio and PM2.s mass concentration,weathersituation,air mass characteristics and meteorological conditions in Guiyang were briefly analyzed.Theresults showed that Guiyang was affected by the dust transport pollution for 55 hours(23:00 on21March-05:00 on 24 March),and the air quality in Guiyang was slightly polluted from March 22to 23,and the primary pollutant was PMio.During the dust weather,the atmospheric situation inGuiyang was stable and the horizontal wind speed near the ground was weak,leading to the continu-ous accumulation of PMo concentration.Keywords:dust;PMio;Guiyang;transmission effect沙尘天气是强风将干旱、半干旱地表大量尘沙扬起，使空气变浑浊、水平能见度降低的一种天气现象，沙尘天气过程通常伴随着大风、低能见度、大气污染以及流沙尘土覆盖和掩埋等，影响交通、建筑、农、林、牧业、公共设施和社会活动，以及人类的健康和生活。春季是我国北方沙尘活跃多发季节，随着风向及大气环流系统的变化，南方地区容易陆续受到沙尘传输的影响 2 贵阳市地处西南地区贵州省中部，距离蒙古等沙尘源2 0 0 0 km以上，自2 0 15年以来，我市受沙尘文献标志码：A(1.Guiyang Environmental Information Center;天气影响较大并出现首要污染物为PMio的污染天气较为罕见。本文以2 0 2 1年3月沙尘天气过程中贵阳市空气质量监测和统计资料为依据，从PM1o浓度变化、气象条件演变以及区域性污染传输等方面进行分析,以期提高对春季沙尘天气区域传输影响的认识，为贵阳市污染天气预警预报提供参考。1资料2021年3月2 1-2 5日贵阳市AQI、PM l o、PM 2.5等日均及小时数据来源于贵阳市10 个空气质量自收稿日期：2 0 2 3-0 2-15;2 0 2 3-0 4-2 4修回作者简介：赵晓韵（19 8 8-），女，硕士，中级工程师，研究方向：空气质量预报与大气环境分析等。E-mail:232023年第3期动监测国控站;3月2 1日2 5日贵州省其他地州市AQI数据来源于中国环境监测总站数据公开发布平台。气象观测数据由贵阳国家基本气象站（57 8 16)观测,来源于国家气象科学数据中心（中国气象数据网）。2结果与讨论2.1沙尘天气发展与传输概况沙尘颗粒在空气中可长时间悬浮、传输甚至随洋流进人全球大气循环中，包括浮尘、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴和特强沙尘暴5种类型 3-5。我国沙尘主要来源于西北省份、内蒙古和境外的蒙古等地，多发于春秋季节 6 ，在沙尘源附近，沙尘可以被扬起到起止日期沙尘天气类型03.13 03.18强沙尘暴03.19 03.21 扬沙03.27 04.01强沙尘暴3月2 12 4日受较强冷空气携沙尘南下影响（见图1）,贵州省中部（贵阳）、东南地区（黔东南和黔南)及北部地区（遵义)轻度污染，省西北及西南地区受到沙尘天气影响虽未出现颗粒物轻度污染，但浓度较平常也有一定的升高。2.2沙尘对贵阳市环境空气质量影响变化特征分析沙尘主体从2 1日19 时从黔东南进人我省，传输路径为黔东南黔南贵阳，贵阳市作为省会城市，经济发展及能源消耗量远高于黔东南州和黔南州,加之近年来人为活动及机动车保有量显著增多,贵阳市本地排放源的影响对空气质量的贡献也大于黔东南州和黔南州，因此本次沙尘天气过程中贵阳市AQI值高于黔东南和黔南。按照受沙尘天气过程影响城市空气质量评价补充规定（环办监测 2 0 16 12 0 号)中沙尘天气影响起始和结束时间的判定方法，贵阳市自3月2 1日2 3时起受沙尘天气过程影响至3月2 4日0 5时影响结束，共计54h，导致3月2 2 日2 3日贵阳市空气质量指数（AQI）分别为12 7 和114，为轻度污染，首要污染物为PM1o。在研究污染物在不同地区的传输、扩散方面,后向轨迹(HYSPLIT)模型具有处理多种气象要素输入场、物理过程和不同类型污染物排放源较为完整的输送、扩散和沉降的能力 15,是一种有效的方法模型。本次沙尘天气过程后向轨迹如图2 所示，可以看出3月17 日19 日郑州受到此次沙尘天气影响，贵阳市随后在2 0 日-2 3日受到影响。24环保科技10km 的高空层 7-8 ,在无降水情况下,沙尘随气流向下游地区长距离传输，我国中东部地区历来易受沙尘气溶胶影响 9-12021年3月，我国共发生3次沙尘天气过程，按沙尘类型分，强沙尘暴2 次，扬沙1次。3月13日上午，蒙古国西南部发生沙尘暴天气，沙尘随气流向南移动，于14 日傍晚在蒙古国与内蒙古中西部交界处人境，15日晚间至19 日，沙尘主体自西北向南经河北、北京、天津、山东至河南,2 0 日至2 3日再到湖北、湖南、贵州、广西（其中郑州19 2 1日、武汉2 1日、岳阳2 1日、长沙2 1-2 2 日、贵阳2 2 2 3日、桂林2 2 日、河池2 2 2 3日出现污染），是近10 年我国遭遇强度偏强、范围偏广的沙尘天气过程 12-13。表12 0 2 1 年3月沙尘天气基本情况统计 14影响系统影响面积/(万km）蒙古气旋、地面冷锋270地面冷锋207蒙古气旋、地面冷锋314表2贵州省各市州3月2 1-2 4日AQI变化情况表时间贵阳铜仁黔东南遵义安顺黔南黔西南毕节2021.3.21512021.3.221272021.3.231142021.3.24903月2 2 日贵阳市PM1o日均值为2 0 3g/m，超过环境空气质量标准（GB30952012）【16 二级标准限值约1.36 倍。由图3可见,3月2 1日2 3时起PM1o浓度开始异常升高，且PM1o的浓度值为PM2.5的3倍以上，表明贵阳市空气质量受到较大颗粒物的影响，之后空气质量连续轻度以上污染。沙尘影响期间PM1o小时浓度连续出现高值，在3月2 1日的2 3：0 0 和2 2 日的11：0 0 出现波动高值，分别为2 2 0 g/m和2 7 0 g/m,双峰现象明显，质量浓度上升迅速。PM2.5小时质量浓度变化特征与PM1o基本一致,2 次高值分别为46 g/m和59 g/m。24日0 5：0 0 起PM1o质量浓度回落至正常水平。沙尘天气的出现使得空气质量明显下降，根据我国环境空气质量标准（CB3095-2012）规定，PM1o和PM2.s的二级浓度限值分别为150 g/m和75g/m，贵阳市春季PM2.s/PMlo主要集中在0.6 10.80之间 17 ,从图3和图4可以看出，本次沙尘天气过程贵阳市PM2.5/PM1o在0.4以下，说明受沙尘天气过程影响,粗颗粒态的颗粒物增加 18 。由图5可见,3月2 2 日-2 3日贵阳市颗粒物组分分析显示污染物偏粗颗粒型，说明3月2 2 日2 3日贵阳Vol.29No.3起源南疆东部和蒙古国蒙古国、内蒙古西部及南疆盆地蒙古国8985861251067710170836889793077961299986857530344779976575862023年第3期市空气质量受沙尘天气过程影响。2.3沙尘过程天气形势及气象条件分析结合中央气象台发布地面实况图（图6），3月22日0 8 时-3月2 3日2 0 时贵阳市基本处于高压前部均压场控制（图6 圆圈所示为高压系统，红色三角形表示贵阳的位置），天气形势静稳，风力较弱，污染物扩散条件不利。沙尘暴天气通常是强冷空气活动造成的 19 ，从2021年0 3月2 1日0 5时空气质量指数与气场空间分布图75E85E95E105E115E125E55N环保科技图7 可以看出，从3月2 0 日起，受冷空气影响，贵阳市气温骤降，风速减弱，3月2 1日夜间开始沙尘主体影响贵阳市,2 2 2 3日风速持续偏弱，污染物不易扩散，在我市滞留时间长，导致3月2 2 日2 3日空气质量达轻度污染，首要污染物为可吸人颗粒物（PM 1o）;2 4日午后温度回升，风速增强，水平和垂直扩散条件转好，颗粒物浓度快速沉降和扩散，沙尘天气过程影响结束。2021年0 3月2 1日0 8 时空气质量指数与气场空间分布图135E75E85E95E105E115E125E55N1002Vol.29No.3135E30045N20045N15035N35N10025N25N5015N15N2021年0 3月2 1日11时空气质量指数与气场空间分布图2021年0 3月2 1日14时空气质量指数与气场空间分布图75E85E95E105E115E125E55N100230020015010050135E75E01955N85E95E105E115E125E004135E101030045N20045N15035N35N10025N25N5015N15N2021年0 3月2 1日17 时空气质量指数与气场空间分布图75E85E95E105E115E125E55N45N35N25N15N300200150100502021年0 3月2 1日2 0 时空气质量指数与气场空间分布图135E75E55N30020045N150100635N10025N5015N图1a果颗粒物浓度传输轨迹85E95E105E115E125E135E30020015000810050252023年第3期环保科技Vol.29No.32021年0 3月2 1日2 3时空气质量指数与气场空间分布图75E85E95E105E115E125E55N45N35N25N1512021年0 3月2 2 日0 5时空气质量指数与气场空间分布图75E85E95E105E115E125E55N1012101445N35N25N15975E55N45N35N25N502021年0 3月2 2 日0 2 时空气质量指数与气场空间分布图135E75E55N30020045N15035N10025N5015N135E75E85E95E105E115E125E55N1006300200 45N15035N10025N5015N2021年0 3月2 2 日11时空气质量指数与气场空间分布图85E95E105E115E101410285E95E105E115E125E10242021年0 3月2 2 日0 8 时空气质量指数与气场空间分布图135E016300200150100502021年0 3月2 2 日14时空气质量指数与气场空间分布图125E135E300200 45N15035N10025N5015N图1b颗粒物浓度传输轨迹135E3002001501005075E85E95E105E115E125E55N135E30020015010050262023年第3期NOAAHYSPLITMODELBackward trajectories ending at 0000UTC 20 Mar 2106UTC18Mar GFSGForecast Initialization120环保科技Backwardtrajectories endingat 0000UTC23Mar2106UTC21MarGFSGForecastInitialization山2901N899210000Vol.29No.3NOAAHYSPLITMODEL34321021041061081101162111贵阳郑州3000250020001500100058850018 120600181206001812 060003/1903/18JobID:136443JobStart:ThuMar1815:14:05.UTC2021Source1lat:34.75661lon.:113.649644heights:500,100mAGLTrajectoryDirection:Backward,VerticalMotionCalculationMethod:Meteorology:0600Z18Mar2021-GFS300rPM10250F(u/a)/20015010050H25002000150010005805001812060018 12 06001812 060003/1703/22JobID:177250JobStar:SunMar21.15:33:44UTC2021Source1lat:26.629907 lon.:106.709177heights:500,100mAGLDuration:7?.hrsTrajectoryDirection:BackwardModefVerical VelocityVerticalMotionCalculationMethod:Meteorology:0600Z21Mar2021-GFS图2 3月17-2 2 日沙尘天气过程沙尘传输路径后向轨迹图PM2.5PM10/PM2.50:1/00:SI I03/21Duration:72.hrsModel Vertical Velocity0/0:/00:61 T03/200.60.50.40.30.20.1图3贵阳市2 0 2 1年3月2 1-2 5日PMl与PM2.5浓度变化趋势贵州省2 0 2 1/0 3/2 2 0-2 3点PM10/PM2.5贵州省2 0 2 1/0 3/2 30-2 3点PM10/PM2.50.90.8遵义市0.7铜仁地区0.6毕节市贵阳市六盘水市安顺市黔南州黔西南州贵州省2 0 2 1/0 3/2 40-2 3点PM1o/PM2.50.90.8遵义市0.7铜仁地区0.6华节市0.5贵阳市黔东南州六盘水带0.4安顺市黔南州0.3黔西南州10.2图4贵阳市2 0 2 1年3月2 2-2 4日PM2.5/PMlo日均值0.90.8遵义市0.7铜仁地区0.6华节市0.5贵阳市黔东南州六盘水市0.4安顺市0.3黔西南州10.20.5黔东南州0.4黔南州0.310.2272023年第3期140120-100-(su/ar)/s2Wd806040-20-环保科技Vol.29No.3贵阳市SO2PM1oNO1PM2.5co偏燃煤型偏二次型偏粗颗粒型偏机动车型偏综合型其它类型02021-03-1923MAR202112UTC(23MAR 202120BJT)Sea Level Pressure(hPa)50E100E2021-03-2060*E70*E2021-03-21BO*E90*E2021-03-222021-03-23图5贵阳市颗粒物组分分析图23MAR2021 00UTC(23MAR202108BJT)Ses Level Pressure(hPa)110*E120EH2021-03-24130E140E2021-03-25 2021-03-26150*E50*E80*E70E80E90*E100*E110*E120*E130*E40E中央气集台ICMA150*E80*ENational Meteorological CenterCNMC),China2MAR202112UTC(22MAR 202120BJ)Sou Level Pressure(hPa)50E100*E90E60*E70E100*E80*E9O*E110*E110E120E120E130%E130*EAnalyser:Wangll150*E80ENational Meteorological Center(NMC),China2MAR202100UTC(22MAR202108BJT)Seu Lovel Pressure(hPa)50*E100E9O*E60*E70*E100E80ESOE120*E110*E120*E130EAmalyser:Zhaow30140*E50*E台CMA象台（CM80ENstional Mataorological Center(MC),China9O*E100E110*E图6 3月2 2 日0 8 时-2 3日2 0 时地面实况图120*E130EAnalysor:WangM90ENational Meteorological Center(NMC),China100*E120*E130*EAnalyserZhaow282023年第3 期一湿度90806050401920Bd/9159109059002021/03/193结论（1)2 0 2 1年3 月13 日2 3 日，沙尘从蒙古自西北向南传输，经河北、北京、天津、山东至河南，再到湖北、湖南、贵州、广西，强度偏强，影响范围偏广,是贵阳市自2 0 15年以来首次受沙尘天气影响并出现首要污染物为PM1o的污染天气。(2)贵阳市受此次沙尘传输污染影响长达54h（2 1日2 3：0 0 2 4日0 5：0 0），直接导致贵阳市3月2 2 日-2 3 日空气质量为轻度污染，首要污染物为 PM1(3)此次沙尘天气过程贵阳市受均压场控制，天气形势静稳，扩散条件不利，受冷空气南下携带沙尘传输影响，污染物浓度持续累积,PM1o浓度维持较高。（4)沙尘天气的监测及预测工作已成为环境空气质量研究的重要组成部分，在春季沙尘天气高发季节，贵阳市应密切关注区域传输的影响，提高沙尘天气的预报和预警服务能力。参考文献1 曾庆存，董超华，彭公炳，等沙尘暴及相关的自然灾害 J气候与环境研究，2 0 0 7，12（3）：2 2 5-2 2 6.2杨雪，张祥志，汤莉莉，等春季一次典型沙尘天气对南京市空气质量影响研究 J环境监测管理与技环保科技一温度气压风速2021/03/202021/03/21图7 沙尘过程期间贵阳市气象要素小时变化图2008:397408.8黄艇，宋煜，胡文东，等大连地区一次沙尘过程的激光雷达观测研究J中国沙漠，2 0 10，3 0（4）：9 8 3-988.9张仁健，王自发，王纬青岛、合肥和北京三城市沙尘天气的长期变化趋势 J.过程工程学报，2 0 0 4，4(S1):721-725.10张晔，王海兵，左合君，等中国西北春季沙尘高发区及沙尘源解析J中国环境科学，2 0 19，3 9(10):4065 4073.11 刘清华，王新，任素玲2 0 19 年春季我国沙尘天气卫星监测数据分析 J卫星应用，2 0 2 0（2）：2 5-28.12张璐，宋桂英，范凡，等.2 0 2 1年3 月1416 日中29Vol.29No.322.520.017.515.012.510.07.55.03.53.0(s/叫)/2.52.01.51.02021/03/222021/03/23术,2 0 17,2 9(3):18-2 2.3国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.沙尘天气等级：GB/T204802017S 北京：中国标准出版社，2 0 17.4王式功，董光荣，陈惠忠，等沙尘暴研究的进展J中国沙漠，2 0 0 0，2 0(4)：3 49-3 56.5 QIAN W H,QUAN L S,SHI S Y.Variations of the duststorm in China and its climatic controlJ.J Climate,2002,15(10):1216-1229.6庄国顺，郭敬华，袁蕙，等.2 0 0 0 年我国沙尘暴的组成、来源、粒径分布及其对全球环境的影响 J科学通报,2 0 0 1,46(3)：19 1-19 7.7郭本军，贺千山，李成才，等。激光雷达对沙尘天气的遥感研究 C/中国气象学会2 0 0 8 年年会大气环境监测、预报与污染物控制分会场论文集，北京，2021/03/242021/03/252023年第3 期国北方地区沙尘暴天气过程诊断及沙尘污染输送分析 J环境科学学报，2 0 2 2，42(9）：3 51-3 6 3.13 段伯隆，刘新伟，郭润霞，等“3 15”北方强沙尘暴天气成因分析 J干旱气象，2 0 2 1，3 9（4）：541-553.14 孔祥吉，王雨，黄侃，等.2 0 2 1年春季我国沙尘天气发生时空特征分析 J林业资源管理，2 0 2 2（3）：117-121.15 1ROLPH G,STEIN A,STUNDER B.Real-time envi-ronmental applications and display sYstem:readyJ.Environ Model Softw,2017,95:210-228.16 国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.环境空气质量标准：CB30952012S.北京：中国环境科学出版社，2 0 16.17王琴，马琳达贵阳市空气中PM2.5/PM1o时空分布特征研究J环保科技，2 0 15，2 1（1）：2 8 3 1，35.18 孙珍全，邵龙义，李慧沙尘期间大气颗粒PM1o与PM2.5化学组分的浓度变化及来源研究J中国粉体技术,2 0 10,16(1)：3 5-40.19 孙永刚，孟雪峰，荀学义，等温度平流在沙尘暴和大风天气预报中的差异分析J气象，2 0 14，40(11):1302-1307.(上接第5 页)参考文献1林德锋，黄华斌。枫江流域水污染状况及防治对策J 中国环境管理，2 0 0 1(2）：3 5-3 6.2植奇明金属离子对活性污泥法处理效能的影响研究 J世界有色金属，2 0 16(2 0)：9 5-9 6.3刘冰，李培启，余国忠，等微污染原水强化混凝处理技术研究 J信阳师范学院学报（自然科学版），2013,26(1):119-123.4陈斐.印染废水的Fenton及类Fenton处理技术 J.印染，2 0 16,42(15)：51-53.5 孙科生化处理和膜处理技术在沼气工程的对比分析 J.资源节约与环保，2 0 2 1（4）：7 1-7 2，7 7.6邵俊龙，王绍科，和夜，等高浓度工业有机废水光催化处理技术 J工业技术创新，2 0 14，0 1（1）：3 0-35.7 DU J A,LAI X Y,YANG N L,et al.Hierarchically or-环保科技dered macro-mesoporous TiO,-graphene compositefilms:improved mass transfer,reduced charge recombi-nation,and their enhanced photocatalytic activities J.ACS Nano,2011,5(1):590-596.8刘辉，董晓楠，孙超超石墨烯/二氧化钛复合光催化剂的制备及可见光催化性能研究 J陕西科技大学学报（自然科学版），2 0 13，3 1（1）：2 3-2 8.9黄进刚，曲文亮，徐晓军，等垃圾渗滤液中COD值与UV254值的相关性分析J华北水利水电学院学报,2 0 0 8,2 9(5):9 9-10 1.10鱼鲍秀瑾，邵争辉，武献春，等UV254在焦化废水处理中的应用 J燃料与化工，2 0 11，42（6：42 43,67.11蒋绍阶，刘宗源.UV254作为水处理中有机物控制指标的意义J重庆建筑大学学报，2 0 0 2，2 4（2）：61-65.12邓昌川潮州市枫江流域整治方案研究 J中国资源综合利用，2 0 2 0，3 8（6）：12 7-12 9.13 丁媚英潮州：推进枫江综合整治改善群众生活环境 J.环境，2 0 2 1(12)：53-55.14XU T G,ZHANG L W,CHENG H Y,et al.Signifi-cantly enhanced photocatalytic performance of ZnO viagraphene hybridization and the mechanism study J.Appl Catal B,2011,101(3/4):382-387.15 KAMAT P V.Graphene-based nanoarchitectures.an-choring semiconductor and metal nanoparticles on a two-dimensional carbon support J.J Phys Chem Lett,2010,1(2):520-527.16 ZHANG H,LV X J,LI Y M,et al.P25-graphenecomposite as a high performance photocatalyst J.ACSNano,2010,4(1):380-386.17 曹春华，张玉敏，刘立TiO,/氧化石墨烯复合材料的合成及光催化性能研究 J江汉大学学报（自然科学版），2 0 13，41(1)：47-50.18 熊裕华，李凤仪，朱志怀，等Fe3+/TiO,光催化剂降解孔雀绿染料的研究 J水处理技术，2 0 0 5，3 1(2):21-25.19孙伟，梁光远，赵丽平，等.Cu,O/TiO,光催化降解罗丹明B工艺条件的研究J工业水处理，2 0 14，34(5):54 57.20沈文浩，刘天龙，李翠翠，等.TiO2胶体光催化降解罗丹明B染料J环境工程学报，2 0 12，6（6）：1863-1870.Vol.29No.330